背侧与腹侧视觉通路在客体表征中的交互作用：功能磁共振与经颅磁刺激的结合研究

Distinct visual streams and sub-streams are engaged in visual perception, especially in object and scene perception. Their functional dissociation and interaction has been a much-talked-about topic in recent years. The fact that we only have limited understanding of the interaction between the information presented in different streams impedes theoretical progress as well as computational modelling of human visual cognition and the development of efficient rehabilitation of brain-lesion patients with apraxia and agnosia. The present project aims to advance on the basis of recently reported paradigm and effects of automatic extraction of between-object affordances (Xu, Heinke & Humphreys, 2015). Focusing on this paradigm, the proposed study will combine MRI-guided online TMS, Continuous Flash Suppression, and consecutive TMS-fMRI technique to (1) test the functional role of the dorsal visual stream in perception of complex objects, outline the involved neural mechanism, (2) provide causal evidence regarding the interaction between the dorsal and the ventral visual streams in high-level visual cognition, and (3) examine the modulatory impact of task status (task vs. resting state). The proposed project will help to illustrate how different information in distinct visual streams interact and integrate, and advance our understanding of the relationship between vision, action, and conceptual knowledge, topics that have attracted much attention and effort in recent years, and provide the much-needed new insight on the interaction between the ventral and the dorsal visual streams.

腹侧和背侧视觉通路在客体表征中的交互是近期视觉研究中的热点问题。但已有的研究仅仅检验腹、背侧视觉通路在特定任务中的功能参与及通路间交互的存在性，未能具体描述这种交互的神经机制，也未能具体解释其功能意义。本项目希望以物体间可供性（between-object affordance）加工为切入点，(1)利用磁共振导航的经颅磁刺激（MRI-guided TMS）及持续闪烁抑制技术操纵神经活动，在行为水平上考察腹侧和背侧视觉通路的功能关系，（2）创新性地结合经颅磁刺激和功能性核磁共振成像技术，直接考察两条视觉通路间的交互，为其间的神经连接提供高空间分辨率的、因果性的证据。（3）考察任务状态对上述连接的调控。这是在此领域使用TMS-fMRI技术的首次尝试。本研究将深入揭示高级视觉认知过程中动作性信息和知觉、概念性信息在神经水平上的整合与相互影响，为进一步探索这一热点问题提供亟需的研究依据。

客体识别过程中视觉信息需要和语义、运动、程序性知识整合。在神经层面上，这种整合的重要体现之一便是腹侧和背侧视觉通路在客体表征中的交互。这种交互是近期视觉研究中的热点问题。已有的研究证明了这种交互的存在性，但未能系统、具体描述两条通路在其中的充分性和必要性，也未能具体解释两条通路间的依赖关系和功能意义。本项目以物体间可供性（between-object affordance）加工为切入点，创新性地实现物体语义、功能信息与视觉可供性信息的分离，利用磁共振导航的经颅磁刺激（MRI-guided TMS）和功能性核磁共振成像技术考察两条视觉通路间的交互，为其间的神经连接提供证据，并利用动态因果模型技术（DCM）考察了任务状态对两条视觉通路之间有效功能连接的调控。在行为上，本研究证明可供性加工不依赖于物体识别和语义信息提取。与行为研究结果一致，利用磁共振导航的经颅磁刺激技术，本研究因果地证明背侧视觉通路对可供性信息的加工不依赖于腹侧视觉通路，而磁共振研究以及动态因果模型分析则进一步提示：背侧视觉通路对客体可供性信息的加工并不依赖于对物体功能和语义信息的提取；相反，对于有功能意义、可识别的物体，腹侧通路的物体可供性加工会接收背侧视觉通路的输入。本研究结合行为和认知神经科学领域的研究方法，利用来自多种技术的数据共同证明客体识别等高级视觉认知过程中可供性信息加工的独立性和必然性，并刻画了其与知觉、概念性信息在神经水平上的整合与相互影响。这一结果为深入了解两条视觉通路之间交互影响的机制、条件和功能意义提供了新的证据，也呈现了利用认知神经科学方法对可供性这一较为抽象的心理学概念进行实证研究的尝试，为进一步实证地研究可供性这一概念及其后的生态知觉理论积累了经验。在理论上，这或许有助于回答自下而上的视觉信息与自上而下的知识系统如何共同影响机体的功能实现，在应用上，对这些问题的检验或许有助于建立更具有类脑性的视觉引导的人工智能系统。