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障礙物導(dǎo)航編碼的腦區(qū)機(jī)制研究 |
東赫恩·卡姆（Dongheon Kham）|尹貞貞（Yoonjung Lee）|蘇珍·樸（Soojin Park）
韓國(guó)首爾延世大學(xué)心理學(xué)系
摘要
在復(fù)雜環(huán)境中導(dǎo)航需要檢測(cè)由路徑與場(chǎng)景元素相互作用（即所謂的障礙物）所產(chǎn)生的導(dǎo)航限制。然而，這些路徑-對(duì)象相互作用在腦中的神經(jīng)表征仍很大程度上未知。通過(guò)三個(gè)功能性磁共振成像（fMRI）實(shí)驗(yàn)，我們研究了場(chǎng)景選擇性區(qū)域——特別是枕葉位置區(qū)（OPA）——是否編碼了路徑與對(duì)象之間的對(duì)齊關(guān)系，這種對(duì)齊關(guān)系決定了障礙物的存在及其導(dǎo)航重要性。在實(shí)驗(yàn)1中，多體素模式分類(lèi)顯示OPA能夠區(qū)分路徑被物體阻擋的場(chǎng)景和未被阻擋的場(chǎng)景，這表明由路徑-對(duì)象對(duì)齊定義的障礙物存在是組織其活動(dòng)模式的關(guān)鍵特征。實(shí)驗(yàn)2排除了基于低級(jí)視覺(jué)特征的解釋?zhuān)涸谕ㄟ^(guò)紋理化去除高級(jí)場(chǎng)景信息后，OPA不再顯示出顯著的障礙物解碼現(xiàn)象，而早期視覺(jué)皮層則仍能做到這一點(diǎn)。最后，在實(shí)驗(yàn)3中，通過(guò)表征相似性分析測(cè)試了不同的障礙物表征模型。OPA中的神經(jīng)模式最好用路徑的可用性來(lái)解釋?zhuān)@表明該區(qū)域編碼的是場(chǎng)景的功能性可導(dǎo)航性，而不僅僅是障礙物的存在。這些發(fā)現(xiàn)共同表明，OPA整合了路徑和對(duì)象信息，以表征與行動(dòng)相關(guān)的空間結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展了其在邊界表征中的既定作用，使其能夠處理由交互作用定義的靈活導(dǎo)航限制。
部分內(nèi)容摘錄
引言
在日常生活中，空間導(dǎo)航是我們面臨的關(guān)鍵認(rèn)知任務(wù)之一。早晨通勤上班、在公園散步或在家中移動(dòng)都是我們每天進(jìn)行的導(dǎo)航活動(dòng)。在影響我們導(dǎo)航行為的各種因素中，環(huán)境中類(lèi)似墻壁的結(jié)構(gòu)的存在至關(guān)重要。這些結(jié)構(gòu)通常被稱(chēng)為邊界，它們不僅定義了整體的空間布局
參與者
所有三個(gè)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)收集均發(fā)生在COVID-19疫情期間，這限制了現(xiàn)場(chǎng)招募，導(dǎo)致樣本量相對(duì)較小。盡管如此，我們認(rèn)為三個(gè)實(shí)驗(yàn)中的一致結(jié)果支持了觀(guān)察到的效應(yīng)的可靠性。
共有12名參與者（6名女性；1名左撇子，年齡在21至29歲之間）從延世大學(xué)招募，并獲得了經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。沒(méi)有任何參與者被排除在分析之外。
結(jié)果與討論
我們首先測(cè)試了場(chǎng)景選擇性區(qū)域是否能夠區(qū)分有無(wú)障礙物的場(chǎng)景。如果這些區(qū)域明確編碼了障礙物的存在，那么它們應(yīng)該根據(jù)障礙物是否存在顯示出不同的活動(dòng)模式；如果它們僅表示路徑方向或?qū)ο笪恢玫葐为?dú)特征，那么神經(jīng)模式在兩種條件下不應(yīng)有所不同。我們使用了雙向線(xiàn)性支持向量機(jī)（SVM）對(duì)障礙物的存在（存在與否）進(jìn)行了分類(lèi)。
實(shí)驗(yàn)2
實(shí)驗(yàn)2的目的是確定場(chǎng)景選擇性區(qū)域中對(duì)障礙物存在的編碼是否由場(chǎng)景中的低級(jí)視覺(jué)特征驅(qū)動(dòng)。為此，我們使用了實(shí)驗(yàn)1中的圖像的紋理化版本。這些圖像保留了包含低至中級(jí)視覺(jué)特征的全局紋理，同時(shí)去除了高級(jí)場(chǎng)景信息，使得物體和場(chǎng)景都無(wú)法被識(shí)別[48]、[49]。我們假設(shè)EVC（視覺(jué)編碼區(qū)）仍會(huì)顯示出
參與者
共有13名參與者（7名女性；均為右撇子，年齡在19至29歲之間）從延世大學(xué)招募，并獲得了經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。其中一名參與者因未完成實(shí)驗(yàn)而被排除。所有參與者的視力均正常或經(jīng)過(guò)矯正后達(dá)到正常水平，并且都提供了知情同意書(shū)。實(shí)驗(yàn)程序得到了延世大學(xué)機(jī)構(gòu)審查委員會(huì)的批準(zhǔn)。
刺激物
為了確定是哪種級(jí)別的視覺(jué)特征驅(qū)動(dòng)了障礙物的表征，我們對(duì)刺激物進(jìn)行了紋理化處理
結(jié)果與討論
實(shí)驗(yàn)2的主要問(wèn)題是，在去除圖像中的高級(jí)場(chǎng)景信息后，場(chǎng)景選擇性區(qū)域是否仍能表征障礙物。這使我們能夠測(cè)試這些區(qū)域中的障礙物編碼是否反映了基于路徑與對(duì)象之間可供性關(guān)系的更高層次處理，還是僅僅是由障礙物在圖像中創(chuàng)建的低級(jí)視覺(jué)差異。
實(shí)驗(yàn)3
到目前為止，我們已經(jīng)通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)使用模式分類(lèi)證明了OPA中對(duì)障礙物存在的表征。然而，這種編碼如何支持導(dǎo)航處理仍不清楚。場(chǎng)景選擇性區(qū)域僅僅是檢測(cè)到了障礙物的存在，還是評(píng)估了當(dāng)前路徑的導(dǎo)航可能性？這個(gè)問(wèn)題很重要，因?yàn)樽鳛閷?dǎo)航者，我們經(jīng)常遇到部分被阻擋的路徑——例如被建筑物或碎片阻擋的路徑——但
結(jié)果與討論
為了評(píng)估場(chǎng)景選擇性區(qū)域中與障礙物相關(guān)的編碼性質(zhì)，我們將神經(jīng)表征差異矩陣（RDMs）與四個(gè)假設(shè)模型進(jìn)行了比較：三個(gè)模型捕捉了不同的路徑-障礙物編碼方案（不同類(lèi)型的障礙物、障礙物存在、路徑可用性），另外兩個(gè)模型測(cè)試了對(duì)障礙物固有移動(dòng)性或位置的敏感性（圖6B）。
OPA與“不同類(lèi)型的障礙物”模型顯示出顯著的相關(guān)性（Mdn = 0.01, n = 12, Z = 2.04, p =.021）
總體討論
本研究的目的是調(diào)查場(chǎng)景選擇性區(qū)域是否編碼了由路徑與對(duì)象相互作用產(chǎn)生的、與導(dǎo)航相關(guān)的限制。實(shí)驗(yàn)1表明，當(dāng)路徑與對(duì)象對(duì)齊形成障礙物時(shí)，OPA表現(xiàn)出明顯的神經(jīng)模式，這表明這種路徑-對(duì)象對(duì)齊是影響該區(qū)域激活的關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)2進(jìn)一步證明了這一點(diǎn)
作者貢獻(xiàn)聲明
蘇珍·樸（Soojin Park）：撰寫(xiě)——審閱與編輯、撰寫(xiě)——初稿、監(jiān)督、資金獲取、正式分析、概念構(gòu)思。尹貞貞（Yoonjung Lee）：撰寫(xiě)——審閱與編輯、驗(yàn)證、概念構(gòu)思。東赫恩·卡姆（Dongheon Kham）：撰寫(xiě)——初稿、可視化、調(diào)查、正式分析、數(shù)據(jù)管理、概念構(gòu)思。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒(méi)有已知的、可能影響本文所報(bào)告工作的競(jìng)爭(zhēng)性財(cái)務(wù)利益或個(gè)人關(guān)系。
