丘脑跨通路在感知中的作用

大脑的“中介”如何塑造我们的感知

我们的日常体验看起来是无缝的：我们看见、听到并触碰世界，同时还在追踪目标、期望和情绪。几十年来，科学家们认为这种顺畅的感知主要来自大脑外层皮层不同区域之间的直接对话。本文综述提出，一个隐秘的参与者——位于大脑深处的丘脑——悄然改写了这一观点。通过在所谓的“跨丘脑”通路中充当强大的中介，丘脑似乎帮助将感官输入与我们的动作、欲望和期待联系起来，从而从根本上修正了我们对大脑如何构建感知的理解。

大脑区域之间的一条隐蔽高速公路

作者描述了一个在大脑中重复出现的网络模式：信号从一个皮层区域发出，深入到高阶丘脑核，然后再发送到其他皮层区域。这些皮层—丘脑—皮层通路，或称跨丘脑通路，有别于皮层区域之间的经典直接连接。它们主要起源于大层5神经元——皮层的主要输出细胞，并在其丘脑突触处使用异常强大的“驱动”连接。这意味着它们不是轻微调整活动，而是可以强烈决定下游皮层区域的行为。同一丘脑细胞常常向多个目标区域分支，形成一个高效的枢纽，能够在大范围脑区之间广播并混合信息。

从触觉与视觉到运动与思维

基于清醒动物的最新实验，综述表明跨丘脑通路不仅是解剖学上的好奇点；它们对行为至关重要。在小鼠的触须（触觉）系统中，沉默从初级触觉皮层到称为POm的高阶丘脑核的通路，会严重损害动物检测和区分纹理的能力。在视觉系统中，破坏从初级视觉皮层到枕下丘脑（pulvinar）的通路，会使小鼠更难分辨视觉图案的不同方向。在这两种情况下，易难任务的表现都会下降，表明这些通路有助于支持感知质量本身，而不仅仅是在边缘上进行微调。

将感觉与情境和内部状态融合

一个最引人注目的主题是，跨丘脑通路似乎专门用于将原始感觉输入与情境、奖励和内部状态编织在一起。来自丘脑中继的记录显示，它们传递的是关于运动、觉醒和特定刺激的学习价值的信息，而不仅仅是视觉或纹理的物理特征。例如，枕下丘脑传出至更高视觉区的信息既编码视觉场景如何移动，也编码动物自身如何运动，帮助大脑区分由自身运动引起的变化与外界的变化。类似地，高阶丘脑活动追踪哪些纹理被奖励，并能改变下游皮层区域对这些刺激的偏好。在额叶回路中，连接前额皮层与背内侧丘脑（mediodorsal thalamus）的相关跨丘脑环路支持工作记忆、规则切换和灵活的决策制定。

门控、预测与体验的稳定性

综述强调，高阶丘脑核并非简单的中继；它们是动态的门控器。单个丘脑神经元接收来自多个皮层和皮层下来源的汇聚输入，并受到来自基底神经节和不确定带（zona incerta）等区域的强烈抑制性控制。这种连线方式使丘脑能够开启或关闭特定的皮层对皮层通路，或根据情境偏向自下而上的感觉信号、自上而下的预期，或两者的混合。这样的门控可能是预测加工的基础——利用运动命令来预测即将到来的感觉，并在预测失败时标记不匹配。丘脑-皮层环路中的持续活动也使这些通路成为维持短期感知和工作记忆的候选者，它们对关键皮层神经元的专门作用促使一些理论家提出丘脑在意识体验中可能具有核心作用。

为何这改变了我们对大脑计算方式的认识

总体而言，文章得出结论：跨丘脑通路是大脑如何进行计算的核心组成部分，而非旁支通道。通过将来自层5皮层神经元的强烈、精心整合的信号经由高阶丘脑传回皮层，它们帮助决定我们感知的内容、我们如何将感知与动作和奖励联系起来，以及在环境变化时我们如何灵活调整行为。未来需要在回路特异性工具上的进展，以便一次操纵整个跨丘脑环路，但目前浮现的图景很清晰：丘脑作为一个灵活的枢纽，在皮层层级间转换和路由信息，挑战以皮层为中心的模型，并重塑关于感知、学习与意识的理论。

引用: Koster, K.P., Mo, C. The role of transthalamic pathways in perception. Commun Biol 9, 585 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-10042-0

关键词: 丘脑, 感知, 皮层回路, 神经通路, 认知灵活性