2019-08-30 | 枕颞皮层对文字和面孔的加工：选择性、功能连接、以及可塑性 Processing words and faces in the Occipito-Temporal Cortex: Selectivity, connectivity, and plasticity
报告人：何生
整理人：罗霄骁
审核人：周晓林
2019年8月30日上午，来自美国明尼苏达大学心理学系/中国科学院生物物理研究所脑与认知科学国家重点实验室主任何生教授应北京大学IDG/麦戈文脑科学研究所的邀请，在王克桢楼1113进行了一场学术报告，题目是“枕颞皮层对文字和面孔的加工：选择性、功能连接、以及可塑性”（Processing words and faces in the Occipito-Temporal Cortex: Selectivity, connectivity, and plasticity）。在本场讲座中，何生教授结合其研究团队的最新实验，探讨了枕颞皮层中的文字加工相关脑区和面孔加工相关脑区的选择性、功能连接，以及这些脑区的可塑性（图 1）。
图1 何生教授
我们日常生活中接触到的所有外界刺激中，面孔刺激和文字刺激最为常见。我们每个人都是加工面孔和文字的专家。但从进化和发展的角度看，我们对面孔以及文字的加工基础是完全不同的。对面孔刺激而言，从降生的那一天开始，我们就时刻与各种面孔接触，我们似乎天生就对面孔有偏好，能识别其中的信息（例如情绪）。但是对文字刺激而言，我们在上学之后才渐渐习得。已有大量研究表明，人类枕颞皮层（Occipito-Temporal Cortex，OTC）其中的一些脑区可能是专门化的面孔刺激加工以及文字刺激加工脑区。
面孔相关脑区：选择性与功能连接
为了探究OTC中不同脑区对不同刺激的敏感性，何生教授研究团队给被试呈现了各种类型的刺激（例如：面孔、文字、动物、水果、数学符号等等），并采用功能磁共振成像技术（functional magnetic resonance imaging，fMRI）记录被试的大脑活动（Shao, Weng, & He, 2017）。结果发现，OTC中有一系列脑区只对面孔刺激有稳定的激活（图 2），其中包括：前面孔区（anterior face areas，AFP）、前梭状回面孔区（anterior fusiform face area，aFFA）、后梭状回面孔区（posterior fusiform face area，pFFA）、枕部面孔区（occipital face area，OFA）、后颞上沟（posterior superior temporal sulcus，pSTS）、颞上沟后部延续部分（posterior continuation of the STS，pcSTS）。
图 2 面孔相关脑区
除了单变量的分析，何生教授研究团队还采用了多变量模式分析（multivariate pattern analysis，MVPA），结果发现上述脑区的激活模式在面孔刺激条件下相似性高，而在其他刺激条件下相似性低。无论是单变量还是多变量分析（图 3），其结果都共同提示：在面孔刺激条件下，这些不同脑区之间可能会共享、表征相似的信息，形成一个面孔加工网络。
图 3 单变量与多变量分析的结果小结
文字相关脑区：选择性与功能连接
多年之前的经典研究发现了枕颞皮层中的视觉词形区（visual word form area，VWFA）与加工文字刺激有关（Cohen, Lehéricy, Chochon, Lemer, Rivaud, & Dehaene, 2002）。何生教授研究团队最近通过fMRI技术，发现除了传统的VWFA之外，还有一个区域对文字（主要是中文文字）刺激敏感。这个区域位于枕下回（inferior occipital gyrus）或枕中回（middle occipital gyrus），何生教授团队将其命名为“枕部词形敏感区”（Occipital Word Form Sensitive Area，OWA，图 4）。OWA对文字刺激敏感，只是敏感性比VWFA低一些。这提示OWA与VWFA一起表征了文字刺激，二者是文字加工网络中的重要部分。
图 4 文字相关脑区
在一项尚未发表的研究中，何生教授团队进一步探讨了这些文字相关脑区究竟对文字刺激的什么属性敏感。他们先让被试评价了所有刺激在六个维度上的得分。这六个维度包括：熟悉程度、视觉复杂程度、符号相关程度、语言相关程度、意义程度、语音通达程度。结果发现，在加工文字刺激时，不同文字相关脑区的激活与六个维度的评分相关有较大差异。这提示，不同文字相关脑区对文字刺激不同属性的敏感程度不同，即这些脑区可能分别加工了不同的文字刺激属性。在功能连接方面，何生教授也报告了一项尚未发表的研究，表明了文字相关脑区（ITG、VWFA1、VWFA2、OWA）之间的功能连接，进一步揭示了文字加工脑网络。
面孔与文字相关脑区的功能可塑性
何生教授团队从发展的角度来探讨文字相关脑区的功能可塑性。一项未发表的研究采用事件相关电位技术（event-related potential，ERP），探究大脑阅读回路的发展。结果发现，偏侧化N170在5岁高、低阅读能力儿童之间没有差异，但在6岁儿童中，低阅读能力儿童的偏侧化N170与5岁时相比变化不大，但高阅读能力儿童的偏侧化N170发生反转。这提示，虽然阅读能力的发展可能受到自然生长发育的影响，但阅读经验在其中起重要作用。在另一项未发表的研究中，何生教授团队进一步探讨了儿童阅读能力发展的过程，探究大脑对文字刺激的加工方式如何发生变化。究竟是“特征选择”还是“预期编码”？通过计算建模以及对N1成分的分析，研究结果支持了“预期编码”假设。
何生教授团队也从特殊人群的角度探讨了面孔相关脑区的功能可塑性。一项未发表的研究采用fMRI技术，探究了先天盲人（出生就没有视力）、早期盲人（2.5岁之前失去视力）、晚期盲人（12岁之后失去视力）、以及视力低下者（未完全失去视力）在经过一系列触觉识别面孔刺激的训练之后，其面孔相关脑区激活模式的变化。结果发现，在经过训练之后，只有早期盲人的面孔相关脑区体现出对触觉面孔刺激的选择性（图 5）。这提示，早期视觉经验对塑造大脑面孔加工能力是必须的。
图 5 经过训练之后的盲人在通过触觉识别面孔时的大脑活动
小结
通过一系列实验，何生教授研究团队系统探究了人类枕颞皮层中面孔相关与文字相关脑区对相应刺激的选择性、功能连接、以及可塑性。其中面孔相关脑区主要涉及到OFA、FFA、AFP等，文字相关脑区主要涉及到OWA、VWFA1、VWFA2、ITG等。这些脑区对面孔、文字的特异性反应及其功能连接共同反映了大脑枕颞皮层的客体识别网络。在可塑性方面，何生教授团队从儿童发展的角度，揭示了阅读经验对塑造文字相关脑区功能的重要作用以及这些脑区在发展过程中加工方式的变化（“预期编码”），还从特殊人群的角度揭示了早期视觉经验在塑造大脑面孔加工能力中的重要作用。
最后，何生教授对听众提出的问题进行了细致解答，报告在热烈的掌声中圆满结束。
参考文献
Cohen, L., Lehéricy, S., Chochon, F., Lemer, C., Rivaud, S., & Dehaene, S. (2002). Language-specific tuning of visual cortex? functional properties of the visual word form area. Brain, 125(5), 1054-1069.
Shao, H., Weng, X., & He, S. (2017). Functional organization of the face-sensitive areas in human occipital-temporal cortex. NeuroImage, 157, 129–143.
Zhang, B., He, S., & Weng, X. (2018). Localization and functional characterization of an occipital visual word form sensitive area. Scientific Reports, 8(1), 6723.