空间能力的认知神经机制

The construction of the mental world relies on the visual representation of the external world. In this process, individuals not only need to recognize single objects (i.e., object recognition), but more importantly, to represent the spatial relation among them (i.e., spatial cognition). In our previous work, we have investigated the cognitive and neural mechanisms of object recognition, where we have shown that such mechanisms can be shaped by both environmental and genetic factors. In this application, equipped with newly developed techniques in the field of molecular genetics and complex neural network, we proposed a new project on spatial cognition that extends our previous work. In particularly, we will use the individual difference approach to understand the cognitive and neural mechanisms of spatial cognition from genes, brain and behavior perspectives so that we can provide a useful assistance for the education on Science, Technology, Engineer and Mathematics. The researchers in this project come from multiple disciplines, such as cognitive science, developmental psychology, neural imaging, molecular genetics and education.

认知外部世界从而构建心理世界的关键在于对外部世界的视觉理解。在这过程中，我们不仅要识别单个个体（即客体识别），更重要的是表征这些个体之间的空间关系（即空间认知）。在上一阶段，申请人对客体识别的神经机制、可塑性和遗传基础展开研究，以通讯作者在Nature Neuroscience, Current Biology,Psychological Science, Journal of Neuroscience等期刊上发表了系列论文。在现阶段，我们将借助分子遗传学技术与脑复杂网络分析技术的最新进展，将研究内容拓展到空间认知，试图通过个体差异法，在基因、脑、行为等多个层面上动态地描述空间认知的产生和发展，建立空间认知的认知神经模型，并为培养科技人才提供理论指导。本项目汇集了来自认知神经科学、发展心理学、分子遗传学和教育学等多个领域的研究者，形成了交叉互补的攻关团队，保证了本项目的顺利开展。

空间认知是指对空间信息的加工，即获取、组织和利用外部环境的空间结构和其中物体间的相互关系的能力。对空间信息的加工，是对其他感知觉信息加工的前提和基础，是我们所构建的心理世界的骨架与支撑，是人类智能的“核心知识”。对空间认知的研究，为我们理解人类智能的本质提供了重要的切入点。本项目借助认知神经科学、影像遗传学与发展心理学的最新进展，通过个体差异法，在基因、脑、行为等多个层面上系统描述空间认知的遗传基础、神经网络和行为反应，动态地描述空间认知的产生和发展。.本项目围绕空间认知的认知神经机制，主要开展了四个方面的研究内容：1. 空间认知的行为模式；2. 空间认知的神经机制；3. 空间认知的遗传基础；4. 空间认知的发展过程。在行为模式层面，我们将复杂的空间认知过程解析成由若干相对独立的认知模块构成的层级化模型，建立了一套覆盖不同尺度、不同维度和不同层次空间认知任务的行为测试库。在神经机制层面，我们运用磁共振脑成像技术构建了空间认知脑激活图谱，并运用结构网络、静息态复杂网络和动态功能网络等多种网络分析技术构建了参与空间认知的脑结构和脑功能网络，利用个体差异法分析了各种网络指标与空间行为模式个体差异之间的关系。在遗传基础层面，我们采用最新的影像遗传学研究方法，结合功能磁共振成像和多模态基因数据，首次发现S100B基因对人脑空间认知神经基础的调控作用。在发展层面，我们基于网络游戏收集了一个年龄跨度大、被试数超过20万的大数据行为样本，开创性地使用大数据分析方法研究了空间认知能力及其可塑性的发展轨迹。.本研究系统探讨了空间认知在遗传和环境的交互下的发生和发展过程，构建了空间认知的认知神经模型，勾画了空间认知的发展轨迹，为提升我国儿童青少年的理工科教育、促进科技人才的培养和选拔提供科学数据和理论指导。.在此项目基金支持下，共发表论文49篇，其中SCI/SSCI论文46篇，JCR Q1区论文33篇。