視覺變換的基因分析
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人類對(duì)自身眼睛所看見事物這一基本生物活動(dòng)的機(jī)理的認(rèn)識(shí)，還停留在一個(gè)起步階段。
這張圖，你看到的是一個(gè)花瓶、還是兩張人的側(cè)臉？
仔細(xì)觀察它一段時(shí)間，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，有的時(shí)候看到的是白色花瓶，有的時(shí)候又是黑色的兩張人臉，而且隨著時(shí)間推移，似乎看到的圖像會(huì)在花瓶和人臉之間來回自動(dòng)切換，但是，在任一特定時(shí)刻，你只能看到花瓶或人臉中的一種。
這一變換不是圖像的問題，而且也不是你眼睛的問題：眼睛的視網(wǎng)膜接收到的物理刺激是恒定不變的。
那么，變換在哪里？在你的大腦里。變換不定的是我們大腦中的知覺的圖像。
這一獨(dú)特而有趣的視覺認(rèn)知現(xiàn)象稱為視知覺雙穩(wěn)態(tài)，有名的知覺雙穩(wěn)態(tài)例子除了前面的人臉花瓶外，還有Necker立方體：由于缺乏深度信息，該立方體既可以被看作左圖朝左上方凸出，也能視為右圖向右下方凸出。
而當(dāng)雙眼分別呈現(xiàn)不同的圖像刺激時(shí)，大腦知覺到的圖像在一只眼的影像停留幾秒鐘后又會(huì)被另一只眼的影像所取代，往復(fù)交替，兩只眼睛均力爭(zhēng)使自己接收到的圖像刺激在大腦的知覺中占主導(dǎo)地位，這一現(xiàn)象被形象地稱為“雙眼競(jìng)爭(zhēng)”。
視知覺雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象在1832就被研究者Necker以Necker立方體為例展開了科學(xué)、系統(tǒng)地描述(1)。1838年，另一位研究者Charles Wheatstone則利用自制的立體鏡首次系統(tǒng)地研究了視知覺競(jìng)爭(zhēng)的另一分支——雙眼競(jìng)爭(zhēng)(2)。
知覺競(jìng)爭(zhēng)可以被大腦自上而下地主觀控制(3,4)。人類知覺切換速率的快慢和主觀控制能力的強(qiáng)弱存在巨大的個(gè)體間差異。一些精神疾?。ㄈ珉p向情感障礙、自閉癥）的患者會(huì)表現(xiàn)出與常人不同的知覺競(jìng)爭(zhēng)模式(5-9)，表現(xiàn)在知覺切換速率快慢、在每個(gè)知覺狀態(tài)下停留的時(shí)間長(zhǎng)短等方面，因此，研究知覺競(jìng)爭(zhēng)的生物學(xué)基礎(chǔ)可能有助于我們尋找這些特定精神疾病的生物學(xué)標(biāo)記(10)。對(duì)人類視知覺競(jìng)爭(zhēng)及其主觀調(diào)控的認(rèn)知科學(xué)研究，一直以來都依賴于心理學(xué)行為實(shí)驗(yàn)和包括腦電圖、腦磁圖、腦核磁共振成像等在內(nèi)的腦成像研究(11-13)，鮮少涉及遺傳學(xué)方面的探索。
最近，北京大學(xué)饒毅實(shí)驗(yàn)室和方方實(shí)驗(yàn)室的陳碧清、朱子建、娜仁等人，對(duì)近3400人的中國(guó)漢族大學(xué)生群體的知覺切換行為和大腦的主觀調(diào)控進(jìn)行了系統(tǒng)研究，他們選取了經(jīng)典的Necker立方體和基于紅藍(lán)立體眼鏡的雙眼競(jìng)爭(zhēng)兩種視知覺競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)驗(yàn)范式，并探究了Necker立方體的知覺切換速率受大腦自上而下主觀調(diào)控的影響。通過分析這些被試的行為和基因組數(shù)據(jù)，他們發(fā)現(xiàn)個(gè)體的自發(fā)知覺切換速率具有約25%的遺傳力，為將知覺切換速率作為潛在的精神疾病生物標(biāo)記奠定了遺傳基礎(chǔ)。接著，研究人員在2441人的大樣本中從多個(gè)水平進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析，并用943人的樣本進(jìn)行驗(yàn)證，挖掘出PRMT1、OR11A1、OR1L6等基因與自發(fā)知覺切換速率相關(guān)，單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)rs184765639、rs75595941、基因MIR1178等則與主觀調(diào)控強(qiáng)度有關(guān)聯(lián)(14)。
進(jìn)一步的大腦核磁共振結(jié)構(gòu)成像實(shí)驗(yàn)揭示，rs184765639的不同基因型個(gè)體的左側(cè)尾部中額葉的皮質(zhì)表面積存在差異。耐人尋味的是，雖然雙眼競(jìng)爭(zhēng)和Necker立方體兩者之間存在少量共有的關(guān)聯(lián)基因和相關(guān)信號(hào)通路，但是從行為和遺傳兩個(gè)角度一致性地發(fā)現(xiàn)，視知覺競(jìng)爭(zhēng)的不同范式之間的相關(guān)性并不高（相關(guān)系數(shù)不到0.3），意味著不同知覺競(jìng)爭(zhēng)范式存在不完全相同的生物學(xué)機(jī)制。
該文題為Genomic analyses of visualcognition: perceptual rivalry and top-down control，2018年9月21日在線發(fā)表于Journal of Neuroscience（《神經(jīng)科學(xué)雜志》）。饒毅實(shí)驗(yàn)室和方方實(shí)驗(yàn)室在利用基因組學(xué)研究方法來探索人類的視覺認(rèn)知行為的生物基礎(chǔ)方面開展合作，這是他們第一篇合作論文，結(jié)合了饒毅實(shí)驗(yàn)室的遺傳分析特長(zhǎng)和方方實(shí)驗(yàn)室的視覺認(rèn)知特長(zhǎng)。合作單位為重慶醫(yī)科大學(xué)。
饒毅實(shí)驗(yàn)室研究人類認(rèn)知行為的分子基礎(chǔ)，這篇視知覺競(jìng)爭(zhēng)的全基因組關(guān)聯(lián)研究是饒毅實(shí)驗(yàn)室發(fā)表的第四篇關(guān)于人類認(rèn)知的研究、第三篇人類認(rèn)知遺傳分析的文章。其中發(fā)表的第一篇為2016年朱子建等在Cognition（《認(rèn)知》）雜志上有關(guān)人類記憶干擾與再鞏固機(jī)制的論文(15)，饒毅與心理系吳艷紅教授為共同通訊作者；第二篇為2018年陳碧清等在Journal of Human Genetics（《人類遺傳學(xué)雜志》）發(fā)表的人類從眾行為的全基因關(guān)聯(lián)分析研究(16)，通訊作者為饒毅；第三篇為2018年朱子建、陳碧清等發(fā)表于European Journal of Human Genetics（《歐洲人類遺傳學(xué)雜志》）的人類記憶的全基因組關(guān)聯(lián)分析研究(17)，通訊作者為博士畢業(yè)研究生朱子建和陳碧清。2018年最新這篇《神經(jīng)科學(xué)雜志》論文的通訊作者為北京大學(xué)麥戈文腦研究所的饒毅和方方兩位教授，饒毅實(shí)驗(yàn)室的博士畢業(yè)生陳碧清和朱子建、方方實(shí)驗(yàn)室的博士畢業(yè)生娜仁為共同第一作者。
參考資料
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(http://www.jneurosci.org/content/early/2018/09/21/JNEUROSCI.1970-17.2018)
文章來源：公眾號(hào)“饒議科學(xué)”
