Shared symmetry detection with divergent temporal dynamics in marmosets and humans
这项研究表明，尽管普通狨猴与人类在检测视觉对称性方面都具有强大且快速的前馈机制，但狨猴在时间动态方面表现出一种分歧，即缺乏人类感知中那种具有特征性的、可能由反馈驱动的旋转对称性持续处理过程。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
对称性是视觉世界的一种基本语言，是我们大脑似乎天生就能立即识别的一种模式。它是脸部的镜像、蝴蝶平衡的双翼，或是地板上重复的瓷砖。几十年来，科学家们一直知道人类大脑拥有一个专门用于识别这些模式的网络，当我们看到这些模式时，大脑后部的特定区域会被激活。但关于人类思维方式的生物学中有一个核心问题一直悬而未决：这种能力是一种特殊的人类发明，还是从我们遥远的灵长类祖先那里继承下来的共同特征？为了找到答案，研究人员需要观察其他灵长类动物的大脑，但如何在不进行侵入性手术的情况下做到这一点一直是主要的障碍。以往在猴子身上的研究依赖于显示血液流动的脑部扫描，却无法捕捉到大脑处理模式时那瞬息万秒的电信号时序。
一支研究团队现在通过比较人类和普通狨猴（一种小型新世界猴）对视觉对称性的反应，填补了这一空白。他们专注于两种截然不同的模式类型：反射（类似于镜像）和旋转（形状随转动而重复）。通过使用一种从头皮记录电信号的非侵入性方法，他们发现这两个物种都具有快速、自动检测镜像对称的能力。然而，在涉及旋转对称时，这两个物种出现了分歧。人类在大脑中维持着对旋转模式稳定且持续的电信号反应，而狨猴的大脑仅在最初做出短暂反应后便趋于平静。这一发现表明，识别对称性的基础、快速机制是古老且在灵长类动物中通用的，但人类用于充分细化这些模式的更复杂、更持久的处理过程，可能是后来才发展的。
为了进行这种比较，科学家们必须克服一个重大的技术挑战：如何在不损伤大脑或需要每天放置电极的情况下，从猴子身上记录清晰的大脑信号。他们设计了一个由32个微型传感器组成的定制柔性网格，并将其手术缝合在三只成年雄性狨猴的头骨上。这个重量仅为6克的装置充当了大脑电活动的永久窗口，使得这些动物可以多次参与测试。狨猴接受训练，在观看屏幕时安静地坐在椅子上，通过保持不动来换取一滴果汁奖励。与此同时，一组13名志愿者戴着标准的传感器帽，观看完全相同的图像。
展示给这两组人群的图像是基于对称性数学规则精心制作的纹理。一些模式通过在一条线两侧进行镜像来重复自身，被称为双重反射。另一些则通过绕中心点旋转来重复，被称为四重旋转。为了确保大脑是对称性本身而非仅仅是对图像随机变化的反应，研究人员将这些对称图像与看起来相似但缺乏模式的打乱版本交替展示。他们通过寻找与图像闪烁速度相匹配的有节奏电脉冲来测量大脑的反应。由于大脑对对称部分与对简单图像变化的反应不同，研究人员能够分离出这两种信号。
结果揭示了两个物种在处理镜像对称方面惊人的相似性。在狨猴和人类中，大脑都会产生一个强而稳定的电信号，该信号在镜像模式出现在屏幕上的整个过程中持续存在。这种信号在头部后部的视觉处理区域最为强烈，其时序和强度在两个物种之间几乎完全一致。这表明，检测反射的能力是一种保守的特征，很可能在数亿年前就已进化出来，用以帮助灵长类动物识别环境中的面孔、身体和其他生物。
然而，当研究人员观察旋转模式时，情况发生了变化。虽然人类的大脑在旋转模式可见期间持续发出稳定的电律动，但狨猴的大脑反应却不同。猴子的大脑在旋转模式出现时会发出一个快速、尖锐的信号，但该信号很快就会消退，导致大脑在图像显示的剩余时间内保持静默。这种差异是针对旋转模式特有的；对于镜像模式，猴子的大脑依然会产生长期的稳定反应。研究人员排除了这可能是由于猴子注意力不集中或眼球运动导致的可能，因为图像很大，且眼球运动受到了追踪和控制。
这项研究指出了灵长类动物大脑处理视觉信息时的一种特定分歧。初始的、快速的对称检测似乎是一种在两个物种中运作方式相同的反馈前机制。但是，维持对称性的持续表征的能力——特别是对于更复杂的旋转——似乎依赖于一种在人类身上表现稳健但在狨猴身上较弱的神经活动。这种持续的活动可能涉及信号在不同大脑部位之间的往复循环，这一过程在狨猴中的发育程度可能不如人类或其近亲猕猴那样成熟。
通过确立狨猴可以用于以人类般的精度研究这些复杂视觉过程，这项研究为神经科学开启了一扇新的大门。与大脑褶皱深邃、视觉区域隐藏在深处的猕猴不同，狨猴的大脑是光滑且易于接近的。这意味着在未来，科学家可以将这些表面记录与大脑内部的直接深度测量相结合，以了解这些电路究竟是如何运作的。研究结果证实，虽然我们拥有共同的、古老的对称视觉基础，但人类大脑增加了一层持续处理的机制，使我们能够以其他灵长类动物可能无法实现的方式，去把握并细化这些模式。
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