经验在人脑梭状回面孔区的形成发展中的作用：功能磁共振成像研究

The fusiform face area (FFA) is the core cortical region for face processing. However, the nature of interaction between genetic specification and experience shaping for this area remains largely unknown. The current research proposal sought to address this fundamental question by systemically controlling the visual experience factor. We plan to study volunteers with different degrees of visual experiences including congenital, early, and late blind, as well as low vision. The applicant’s prior work demonstrated that tactile object (including face) recognition task reliably evokes the cortical activity in the ventral occipital temporal cortex (VOT; including the FFA). The activation pattern was indistinguishable with that of the sighted people during visual object recognition task, suggesting that the VOT has a cross-modality property. This work provided the feasibility on studying the tactile face recognition in the blind. Using task and resting-state fMRI, as well as DTI, the current study proposal will carefully examine FFA’s neural activity intensity, spatial pattern representation, structural and functional connectivity, as well as its uniqueness compared to other face-specialized areas in the across different subject groups. This multi-perspective and multilayered approach will ultimately uncover the roles of genetic specification and visual experience in shaping the functional formation and development of the human face-specialized areas. Our anticipated results will not only provide a novel experimental paradigm and chain of evidence in improving the cognitive theory and neural mechanism of face processing, but also offer a strong scientific support and theoretical direction for clinical treatment and rehabilitation training in patients with face recognition disorders.

梭状回面孔区（FFA）是面孔识别的核心脑区。但经验在FFA形成发展中的作用尚不清楚。本研究拟以先天盲、早期盲、晚期盲、低视力等具有不同程度视觉经验的盲人作为研究对象，系统控制视觉经验，试图从根本上回答此重要科学问题。申请人前期研究发现，触觉物体（包括面孔）识别可诱发盲人枕颞皮层（包含FFA）的活动，且活动模式类似于明视人视觉加工时的活动，这表明FFA具有跨通道属性，为盲人触觉面孔识别提供了可行性。本项目拟利用任务态，静息态和弥散张量等脑成像手段，重点考察FFA的神经活动强度、空间表征模式、结构连接和功能连接等指标在盲人研究组之间的异同，以及FFA相对于其他脑区的独特性。以多角度多层次阐明后天视觉经验在人类面孔选择性脑区的形成和发展中起到的作用。本研究结果将为完善面孔加工的认知理论和神经机制提供一种全新的实验范式和证据链条，并为面孔加工障碍患者的临床治疗和康复训练提供科学依据和理论指导。

本项目针对经验如何作用于人脑梭状回面孔区的形成发展这一问题进行研究。以往研究表明梭状回面孔区（FFA）是面孔识别的核心脑区。但经验在FFA形成发展中的作用尚不清楚。本研究将具有不同程度视觉经验的盲人作为研究对象，系统控制视觉经验，试图从根本上回答此重要科学问题。根据申请人前期研究发现，触觉物体（包括面孔）识别可诱发盲人枕颞皮层（包含FFA）的活动，且活动模式类似于明视人视觉加工时的活动，这表明FFA具有跨通道属性，为盲人触觉面孔识别提供了可行性。本项目利用任务态，静息态等脑成像手段，重点考察FFA的神经活动强度、空间表征模式、结构连接和功能连接等指标在盲人研究组之间的异同，以及FFA相对于其他脑区的独特性。两个触觉面孔加工实验探究了视觉经验在个体早期发展的不同时间点上对FFA的跨模态面孔特异性的作用。74名被试被分为五组：先天性失明组、早期失明组、晚期失明组、低视力组和明视控制组。在被试通过触觉加工面孔和其他物体时。同步记录功能磁共振成像数据。我们的结果显示，早期盲被试的FFA区具有显著和一致的面孔选择性激活，而且这种面孔选择性不受脸部刺激的大小和抽象程度的影响。在其他组中，FFA的跨模态面孔激活则不那么一致。这些结果表明，早期的视觉经验为FFA的跨模态特异性提供了条件，即使早期盲被试已经失去视觉经验超过14年以上，他们的FFA也依旧能参与面孔信息的跨模态加工。另外，我们利用连接梯度方法（gradient connectivity），进一步研究盲人大脑的神经可塑性。利用该方法帮助我们了解在失去视觉输入后，大脑的功能与结构会在哪些维度上发生变化，大脑又如何进行代偿。综上，本课题以多角度多层次阐明后天视觉经验在人类面孔选择性脑区的形成和发展中起到的作用。本课题的结果帮助进一步完善面孔加工的认知理论和神经机制，并提供一种全新的实验范式和证据链条，以及能够为面孔加工障碍患者的临床治疗和康复训练提供科学依据和理论指导。