综述:视觉心像的神经影像学见解:腹侧和背侧通路的结构与功能成像

时间:2026年3月25日
来源:Brain Sciences

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这篇针对放射科医师和神经科学家的综述,系统整合了功能与结构神经影像学证据,深入探讨了视觉心像(即不依赖直接感官输入生成和操控内部视觉体验的能力)的双通路神经基础。文章强调了腹侧“what”通路(侧重物体、面孔、颜色等外观特征)与背侧“where/how”通路(侧重空间关系、变换和导航)在心像任务中的内容与阶段依赖性参与,并指出长程白质通路(如ILF、IFOF、SLF)的断开可能是超越局灶性皮层损伤导致心像缺损的关键机制。作者主张采用流敏感的表型分型(物体vs.空间心像)和多模态成像(结合fMRI、结构MRI、弥散成像/纤维束成像和病变图谱)来开发可解释的神经影像学生物标志物,以提升对临床心像主诉的解读能力。

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视觉心像:连接感知与认知的桥梁
视觉心像指的是在没有视网膜刺激的情况下,生成、维持和操控类知觉视觉体验的能力。它并非单一能力,而由部分可分离的组分过程构成,包括生成、维持、审视、转换和评估。心像通过利用内部生成的视觉内容来引导记忆提取、规划和问题解决,从而支持认知功能。神经影像学证据表明,视觉心像征募的分布式神经网络与感知系统有重叠,而其现象学变异性则与初级视觉皮层的结构和功能相关。
双流模型与神经影像学框架
视觉神经科学的一个核心组织原则是双流模型,它提出了一个偏向物体识别和特征(“是什么”)的腹侧枕颞通路,以及一个偏向空间关系和视觉引导行动(“在哪里/如何”)的背侧枕顶通路。然而,这种严格区分仍在争论中。较新的观点并未放弃该框架,而是通过强调分级特化、共享表征以及流之间依赖于语境的交互(例如通过注意、记忆和目标导向控制)来完善它,而非强调解剖或功能上的独立性。这种交互观点对视觉心像尤为重要,在内心生成内容时,当基于外观的物体特征被优先考虑时会更强地征募腹侧系统,而当需要空间关系或变换时则会征募背侧系统,早期视觉皮层的参与程度则因任务需求和个体差异而不同。
从神经影像学角度看,需要一个统一的、基于流和网络的支架,以将异质性的读出结果(例如激活、连接、萎缩、纤维束完整性)转化为连贯的临床-解剖学解释。缺乏这样的框架,“减少的”腹侧/背侧参与或后部异常可能在临床上仍不明确(局部功能障碍 vs. 失连接 vs. 代偿),限制了报告的一致性和诊断推断。
腹侧通路对物体心像的贡献
腹侧视觉流从枕叶皮层延伸至腹侧颞叶区域,传统上与物体识别和细节特征处理相关。在心像中,当任务明确要求重新激活类别和特征特异性表征(例如面孔、地点、物体;颜色;精细形状)时,最能清晰支持腹侧流的参与。
形状和类别表征方面,腹侧颞叶皮层特别相关,因为它包含高级特征图和类别选择性区域,这些区域可以在内部生成视觉内容时被重新征募。颜色心像是一个特别有信息的测试案例,因为它是具有明确皮层相关性的表面属性。证据表明,内部生成的颜色体验可以与腹侧视觉皮层中的感知颜色表征汇合,hV4中的模式可以预测颜色心像任务中的行为表现。相比之下,纹理心像则是一个研究相对不足的维度,尽管它在真实世界的物体感知中起着核心作用。
背侧通路对空间心像的贡献
在空间心像范式中,心理旋转提供了最清晰、最可重复的功能成像特征:顶叶皮层(通常围绕顶内沟和相邻的顶上/下顶叶区域)激活增加,并根据任务需求和旋转参数进行调制。神经影像学综合分析表明,心理旋转稳健地征募顶内和相邻的顶叶区域,根据策略和刺激类型的不同,还可能征募前运动和前额叶区域。
除了旋转,空间心像还延伸到表征环境布局和导航可能性。场景和地点相关处理与腹侧/内侧颞叶皮层(例如海马旁回位置区,PPA)的特化区域以及支持空间情境的更广泛网络相关联。关于想象和场景构建的研究进一步涉及协调的海马-新皮层交互,表明心像的连贯空间框架依赖于关系记忆系统以及背侧顶叶计算。
结构神经影像学与连接性:失连接视角
结构神经影像学通过定位与心像相关的后部灰质节点和白质通路,对功能磁共振成像(fMRI)形成补充。弥散成像和纤维束成像提供了失连接视角,认为认知症状可能源于白质通路的破坏,而不仅仅是局灶性皮层损伤。这对于神经影像学具有相关性,因为缺损可能超出从病变核心所预期的范围,并且可能在常规MRI上“关键”皮层看似保留的情况下发生。
在心像中,腹侧通路功能,特别是物体特征心像,应依赖于连接枕叶视觉皮层与颞叶表征区域和额叶控制系统的白质系统。下纵束(ILF)支持与腹侧表征相关的枕颞连接;完整性降低可能表现为即使宏观皮层损伤有限,物体心像也特别困难。下额枕束(IFOF)提供长程的枕额整合;其破坏可能削弱对后部表征的自上而下访问,并扩大心像主诉。
空间心像,特别是变换繁重的操作,则预期强烈依赖于背侧顶额环路。上纵束(SLF)支持与空间操纵相关的顶额控制;其破坏可能表现为空间心像任务中变换效率受损。更广泛的纤维束层面观点也表明,背侧心像缺损可能源于支持跨空间注意、变换和运动计划系统整合的顶叶连接中断。
病变研究与临床神经影像学
基于病变的证据对于视觉心像的神经影像学解释具有独特价值,因为它可以揭示必要性(关键节点和连接),而不仅仅是参与性。后循环卒中(通常是大脑后动脉(PCA)区域)是获得性心像丧失最常报告的原因,病例报告将枕叶/枕颞和枕顶损伤与自愿心像显著减少联系起来。获得性失认症在各种神经事件中均有报告,进一步支持在心像丧失报告时进行有针对性的后部节点/纤维束评估。
后部皮层萎缩(PCA)为进行性后部网络受累提供了一个自然模型,其表型可能是背侧侧重(视觉空间)或腹侧侧重(物体/词语/面孔),具体取决于阶段和分布。在这种情况下,心像主诉可能作为后部网络受损的具有临床意义的标志物,特别是在常规筛查低估高阶缺损时。
失认症与超常心像:新兴神经影像学证据
失认症和超常心像代表了自愿心像生动性的两个极端。近期工作提出,生动性可能分解为物体(外观/细节)和空间(关系/变换)成分,尽管这种亚型分型仍是暂定的,尚未在标准化队列中得到一致验证。现有证据支持网络层面的解释:生动性与高阶系统征募后部视觉表征的有效性相关。在获得性心像丧失中,病变-网络映射表明,不同的病变可能汇聚于与梭状回“心像节点”相关的共同网络。
临床与神经影像学意义
视觉心像障碍可能是后部网络功能障碍的早期且功能相关的标志物,常规感知筛查可能会漏掉。患者可能报告“心灵之眼”丧失、可视化面孔/物体的能力下降,或难以想象空间布局和变换;此类主诉出现在后部卒中、后部皮层综合征(例如PCA)以及跨越神经疾病的获得性失认症表型中。识别这些症状可以指导有针对性的神经心理学测试(物体 vs. 空间心像),并完善腹侧-背侧定位假设。
心像主诉通常映射到流和网络层面的脆弱性:物体心像丧失更符合腹侧枕颞损伤,而空间心像损伤则更符合背侧枕顶功能障碍和顶额控制破坏。神经影像学前瞻性解释有助于解释那些基本感知相对保留但内部视觉化严重受损的病例,这与失连接或网络功能障碍而非单纯的局灶性皮层损伤一致。
潜在的生物标志物与未来方向
临床上可用的生物标志物可能是多层次的(节点 + 连接):
  • 灰质:枕叶、枕颞和枕顶区域的后部病变/萎缩;后部综合征中流偏向的萎缩模式。
  • 白质:支持自上而下访问和流间通信的纤维束完整性(例如,腹侧偏向表型的ILF/IFOF;背侧操纵/控制的SLF),与基于失连接的症状表达一致。
  • 连接性:与生动性极端值和获得性心像丧失相关的网络耦合(额顶 ↔ 视觉),任务fMRI探测状态依赖性征募,静息态fMRI(rs-fMRI)索引特质样组织。
总体而言,结合灰质、白质和连接性的特征可能比单一标志物更具信息性。
为提升临床敏感性和机制特异性,未来的神经影像学和临床研究方案应优先考虑:流感知的表型分型、阶段感知的任务fMRI、纤维束知情的结构成像、网络层面的推断以及特质与状态的整合。解决当前文献中的异质性、标准化需求、纵向数据缺乏以及多模态整合不足等局限性,将推动该领域朝着更精确、更具临床意义的视觉心像神经影像学模型迈进。

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