基于功能磁共振成像的跨种族面孔加工神经机制的研究

The mechanism of cross-race face processing has been generally investigated by many behavioral studies. Converging evidence has demonstrated that people perform better when they identify faces from their own race than those from other race. However, the neural mechanism of such cross-race effect is not yet clear. The functional magnetic resonance imaging (fMRI）is one of the best effective methodologies for the investigation of brain function. However, the mechanism of cross-race face processing has not been systemically and intensively investigated due to the absence of effective experimental paradigm and advanced method of fMRI analysis. The current study uses fMRI methodology and method of brain netwokr analysis to explore the difference in the network between cross-race face identification and ethnical categorization, the origin of the effect of cross-race face processing reflected by fMRI BOLD change, and the relationship between the ability to identify own-race face or other-race face and the organization of functional network of our brains. The current study aims to construct the brain network model for cross-race face processing, and provide evidence about neural mechanism for the cognitive model. As a result, this sutdy can facilitate to discover the mechanism of cross-race face processing. Meanwhile, it may be helpful to address an important problem whether the mechanism of face processing is specific.

对跨种族面孔加工机制的探讨一直是认知神经科学领域的研究热点。大量研究发现人们识别本族面孔的效率高于外族面孔。但目前对这种跨种族效应的神经机制尚不清楚。功能磁共振成像（fMRI）是一种研究脑功能的有效技术，但是目前针对跨种族面孔加工的fMRI研究由于采用的实验设计和数据分析方法较为简单，因而尚未对该问题形成较为系统和深入地探讨。本项目利用fMRI技术，基于脑功能网络分析方法，分析跨种族面孔个体识别与种族分类的网络差异，探查面孔加工中fMRI跨种族效应产生的根源，研究跨种族面孔加工能力与大脑功能网络组织的相关性，进而完善跨种族面孔加工的脑网络模型，对跨种族面孔加工的神经机制进行较为系统地研究。本研究有望为目前的跨种族面孔加工认知模型提供功能神经影像学上的证据，进而加深对跨种族面孔加工效应机制的认识；同时本研究还能为探讨面孔加工机制是否具有特异性这一热点争论提供重要的理论依据。

大量研究发现人们识别本族面孔的效率高于外族面孔。但目前对这种跨种族效应的神经机制尚不清楚。本项目基于脑功能网络分析方法，对跨种族面孔加工的神经机制进行较为系统地研究。研究内容主要包括3个方面：1) 基于动态因果模型脑网络，探查跨种族面孔个体识别与种族分类的神经机制的差异；2)基于Granger因果脑网络分析，探讨跨种族面孔加工的发展机制；3）利用“倒相关”实验范式对自上而下的面孔加工神经机制进行研究。首先，我们发现面孔个体识别任务和面孔种族分类任务分别在的传统的面孔加工脑区引起不同的激活模式。在负责面孔识别的主要脑区，即双侧“梭状回面孔加工区”（FFA）和双侧“枕叶面孔加工区”（OFA），对于本族面孔来说，个体识别和种族分类产生相同的激活强度；而对于外族面孔来说，个体识别产生的激活强度要显著强于种族分类。但是对于负责面孔动态特征加工的主要脑区，即右侧颞上沟（STS），激活模式却完全相反。这一发现表明对于本族面孔的加工侧重于个体识别，而对于外族面孔的加工则侧重于种族分类。另外，我们发现从FFA到STS的加工通路负责面孔个体识别；而从OFA到STS的通路负责面孔种族分类。而且这两条通路的功能连接强度成负相关的关系。这些发现表明面孔个体识别和面孔种族分类之间，在其信息传递模式上也存在trade-off效应。其次，我们发现随着年龄的增加，儿童大脑皮层间的有效连接逐渐增强。更重要的是，我们发现本族和外族面孔识别时的大脑有效连接差异受到了年龄的调制。也就是说，异族效应的神经机制也经历了儿童期的长期发展。第三，我们发现在所有传统的面孔加工脑区中，只有右侧FFA对面孔的虚幻加工具有特异性反应。同时我们提取了面孔虚幻加工下的神经网络。该网络包括前额叶高级认知皮层和视觉皮层的部分脑区。这些发现表明位于前额叶的高级认知脑区可能发出自上而下的信号提高视觉皮层面孔反应区的敏感性，因而使人们对外界视觉刺激的感知受到期望的影响而偏向面孔。