大腦處理感覺信息加工中一個重要的特征是將來自多個感覺通道的信息有機地整合在一起，使人和動物由感覺刺激引發(fā)的行為更加優(yōu)化、合理，從而獲得更高的生存概率。這種多模態(tài)信息整合表現(xiàn)為將多種感覺通道的信息整合為一種總的感知，或者一種感覺信息調節(jié)另一種感覺信息的加工（跨模態(tài)調節(jié)）。在以往的研究中，跨模態(tài)調節(jié)被廣泛地報道。一般規(guī)律是，較強的感覺通道（如視覺）調制其他較弱的感覺系統(tǒng)（如聽覺、嗅覺等），而反之則鮮有報道。在視覺-嗅覺交互作用方面，以前研究(Zhou et.al.,2010)利用雙眼競爭削弱視覺的辦法，成功觀察到了嗅覺對視覺物體知覺時間的影響，表明嗅覺系統(tǒng)和視覺物體認知通路（腹側通路，圖1）存在交互作用。但是，目前尚不清楚這種交互作用是否僅僅局限于視覺腹側這一特定通路，或是可以擴展到背側通路。前者表明視覺-嗅覺跨模態(tài)調節(jié)的特異性，而后者說暗示視覺-嗅覺交互作用的廣泛性與一般性。
中國科學院心理研究所認知與發(fā)展心理學研究室張弢研究組以人類被試為研究對象，通過考察氣味對運動方向的判斷是否存在影響，從而在行為水平上探索嗅覺和視覺背側環(huán)路系統(tǒng)之間的交互作用�；镜乃枷胧�，先讓被試在兩種不同的氣味和兩個不同的運動方向之間建立起關聯(lián)，然后測試被試在不同氣味呈現(xiàn)下的方向分辨能力是否存在差異（圖2）。在這里，一個特別的地方是所選用的運動刺激。對每一個被試，該研究在運動刺激中加入了不同水平的噪聲，使得他們在正常情況下（無氣味）剛好能達到隨機水平之上的正確率。通過這種噪聲淹沒的方式，有效降低了視覺信號的強度，達到與嗅覺信號可靠性可比擬的程度。這一操控（采用模棱兩可的運動刺激）是成功觀察到嗅覺調控視覺運動知覺的關鍵（實驗1）。為了消除決策/反應偏差帶來的影響，該研究設計了反向關聯(lián)（實驗2）、中立氣味關聯(lián)（實驗3）和隨機關聯(lián)（實驗4）等一系列控制實驗，結果一致顯示，氣味能夠顯著地改變被試對模棱兩可的運動刺激的方向知覺，且這種方向知覺的改變與之前建立的氣味—方向映射關系是相關的（圖3）。這些結果暗示處理運動信息的背側通路與嗅覺系統(tǒng)也可能存在著某種交互作用。該研究結果及時地擴展和補充了該研究組對視覺-嗅覺跨模調節(jié)機制的認識，有助于我們全面理解多感覺整合是如何通過在神經環(huán)路層面的機制來實現(xiàn)的。盡管由于神經環(huán)路的復雜性，多感覺通道跨模調節(jié)作用的細胞水平神經電生理機制暫時還不為人所知，但是，本研究結果無疑為未來全面揭示跨感覺模態(tài)調節(jié)的神經機制提供了新的線索和思路。
該研究受國家自然科學基金（No.31070960、31271175）、認知神經科學與學習國家重點實驗室開放課題（No.CNLZD1305）和心理所青年啟動基金（No.Y3CX112005）資助。研究結果在線發(fā)表于Scientific Reports（Kuang, S. & Zhang, T. Smelling directions: Olfaction modulates ambiguous visual motion perception. Sci. Rep. 4, 5796; DOI:10.1038/srep05796 (2014). ）。
圖1：視嗅覺系統(tǒng)大腦皮層示意圖。視覺皮層是大腦皮層的主要組成部分，它有兩條獨立的信息處理通路，腹側通路負責物體的認知而背側通路負責對運動、空間方位等信息的處理。已有證據(jù)表明嗅覺能調節(jié)視覺物體認知功能，但不清楚嗅覺是否也能調節(jié)運動信息處理。否定的答案暗示視覺-嗅覺交互作用可能具有局限性和特異性，肯定的答案則表明這種交互作用的一般性，即同時存在于腹側物體認知和背側運動認知兩條神經環(huán)路上。
圖2： 實驗任務與設計。被試的任務是判斷模棱兩可的運動點群的運動方向（水平向左或右，二選一迫選）。每次實驗由配對和測試兩個時間窗口組成。配對期間的運動方向是明確的（不含噪聲）而測試期間的運動方向是模棱兩可的（含噪聲）。兩運動方向分別與兩種氣味（香蕉或茴香）隨機配對（實驗1、2、4），或與中立氣味配對（實驗3）。
圖3： 實驗結果。氣味能夠顯著影響運動方向的判斷（實驗1），且這個影響與該氣味所配對的方向有關（實驗2）。中立氣味并不能產生這種影響（實驗3），且隨機化配對方式并不能消除這種影響，這些結果表明氣味調節(jié)了運動知覺而非僅僅是決策/行為偏差。
