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        功能連接模式的不同使得個體及其面部和場景選擇性網絡中的不同區域具有差異性

        《Neuropsychologia》:Patterns of functional connectivity differentiate individuals and individual regions in face and scene selective networks

        【字體: 時間:2026年03月03日 來源:Neuropsychologia 2

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          本研究利用功能磁共振成像(fMRI)探討自然電影觀看和靜息狀態下,面部與場景處理網絡核心腦區的功能連接模式。結果顯示,個體間連接模式相似性較低,且不同腦區具有獨特的連接指紋,表明腦區特定功能與整體網絡連接密切相關。

          
        大衛·M·沃森(David M. Watson)|基拉·N·諾德(Kira N. Noad)|巴塞洛繆·P·A·奎因(Bartholomew P.A. Quinn)|蒂莫西·J·安德魯斯(Timothy J. Andrews)
        英國約克大學心理學系及約克神經影像中心

        摘要

        面孔和場景的感知與識別依賴于分布式的神經系統,這些系統包含視覺皮層中專門負責特定類別的區域,這些區域與大腦中其他廣泛的皮層區域相互作用。雖然先前的研究表明,可以根據全腦連接模式區分面孔和場景選擇性的反應,但尚不清楚每個網絡內的特定類別選擇區域是否也具有可區分的全腦連接特征,以反映其特定的功能角色。同樣不清楚個體之間是否存在不同的連接特征,這些特征是否可能是導致面孔或場景感知差異的原因。在這項研究中,我們使用了功能性磁共振成像(fMRI)技術,在多種自然觀看電影的場景以及靜息狀態下進行了實驗。我們為面孔和場景處理網絡中的每個核心區域識別出了全腦功能連接特征。研究發現,不同參與者之間的功能連接模式相似度較高,而同一網絡內不同區域之間的連接模式則存在差異。這些發現表明,特定類別選擇性的視覺網絡中的大腦區域具有與其他大腦區域獨特的連接特征。

        引言

        面孔和場景的感知依賴于位于枕葉和后顳葉的高級視覺區域(Bracci和Op de Beeck, 2023; Peelen和Downing, 2017)。在這些大腦區域中,已經識別出專門處理面孔或場景的皮層網絡。面孔選擇性網絡包括腹側視覺流中的幾個核心區域——枕葉面孔區(OFA)、梭狀面孔區(FFA)和上顳溝(STS)——這些區域共同支持對面孔的不變特征和動態特征的分析(Duchaine和Yovel, 2015; Haxby等人, 2000)。與此同時,場景感知涉及一個核心網絡,包括枕葉地點區(OPA)、海馬旁區(PPA)和后扣帶回復合體(RSC),這些區域在視覺空間處理和記憶處理中發揮不同作用(Baldassano等人, 2016; Epstein和Baker, 2019)。這些核心面孔和地點區域還與頂葉、額葉和內側顳葉中的廣泛區域相互作用,這些區域參與對人和地點的高級認知處理(Duchaine和Yovel, 2015; Epstein和Baker, 2019; Silson等人, 2019)。
        盡管這些特定類別選擇區域的功能選擇性已被充分研究,但有一種新的觀點認為,大腦功能還受到與大腦其他部分更廣泛連接模式的影響(Mars等人, 2018; Passingham等人, 2002)。研究表明,可以根據全腦連接模式預測特定類別選擇區域的空間位置(Molloy等人, 2024; Osher等人, 2016; Saygin等人, 2012)。這些連接特征對大腦發育的重要性在于,即使在特定類別反應出現之前,它們就已經存在(Kubota等人, 2025; Saygin等人, 2016)。盡管有這些發現,但目前仍不清楚是否可以根據某個特定類別選擇網絡內各個區域的功能連接特征來區分它們。也就是說,連接特征是否能夠揭示出反映這些網絡內區域不同計算角色的更細致的組織結構?
        大量證據表明,個體在視覺感知方面存在顯著且可量化的差異。例如,面孔識別能力在不同人群中差異很大,從患有發展性面容失認癥的人到“超級識別者”都有(Duchaine和Nakayama, 2006; Russell等人, 2009; White和Burton, 2022)。在場景感知方面的類似研究也顯示了個體間的變異性(Clark和Maguire, 2023; Wang等人, 2024)。全腦連接模式在個體間存在系統性差異(Finn等人, 2015; Shen等人, 2017)。這些模式被稱為“連接特征”,能夠識別出大群體中的個體。連接特征還可以預測人類行為和認知,突顯了它們對大腦功能的重要性(Beaty等人, 2018; Rosenberg等人, 2016)。然而,以往的研究主要集中在整個大腦范圍內的連接特征上。因此,目前尚不清楚面孔和場景處理網絡的連接特征在多大程度上具有獨特性。
        在本研究中,我們考察了在自然觀看電影(Finn, 2021)和靜息狀態(Raichle, 2015)條件下,面孔和場景網絡核心區域的功能連接模式。具體來說,我們探討了以下問題:(1)面孔和場景網絡的連接特征在個體內部是否具有獨特性?(2)這些網絡內的各個區域是否表現出不同的、可區分的連接特征?(3)這些網絡的連接模式在多大程度上受到任務背景或刺激內容的影響?通過研究這些問題,我們旨在加深對高級視覺皮層功能結構和網絡級組織的理解。

        方法

        此處報告的數據集和預處理流程的詳細信息改編自Watson和Andrews(2024)。在所有統計測試中,我們采用α = 0.05的標準來判斷統計顯著性。配對樣本檢驗的效果量以Cohen的單位表示,即成對差異的平均值除以兩個測量值的標準差的平均值(Lakens, 2013)。

        結果

        我們在三個電影觀看數據集(《權力的游戲》、《StudyForrest》和HCP – Movie)以及一個靜息狀態數據集(HCP – Rest)中,測量了整個大腦200個皮層區域的面孔和場景選擇性區域的功能連接性(Schaefer等人, 2018)。重要的是,面孔和場景選擇性區域是根據每個數據集特定的任務驅動的功能定位器來定義的。連接性是在每個數據集的兩個獨立部分中估計的。
        Schaefer的劃分

        討論

        在這項研究中,我們分析了多個fMRI數據集,包括電影觀看和靜息狀態下的數據,以表征大腦中核心面孔和場景選擇性皮層區域的功能連接特征。連接特征在不同數據分割中具有高度的可重復性,并且在個體內部比個體之間更為相似,這突顯了它們的獨特性。區域級的連接特征也能可靠地區分每個網絡內的不同區域。

        結論

        總之,我們發現面孔和場景選擇性皮層區域表現出獨特、個體化且受情境敏感的功能連接特征。這些發現與這樣一個觀點一致:單個大腦區域的功能特性與其與大腦其他部分的獨特連接模式密切相關。連接特征既揭示了共同的結構,也揭示了塑造類別選擇性處理的個體差異。

        CRediT作者貢獻聲明

        大衛·M·沃森(David M. Watson):撰寫——審稿與編輯、撰寫——初稿、可視化、方法論、研究、數據分析、概念化。基拉·N·諾德(Kira N. Noad):撰寫——審稿與編輯、撰寫——初稿、方法論、研究、概念化。巴塞洛繆·P·A·奎因(Bartholomew P.A. Quinn):撰寫——審稿與編輯、撰寫——初稿、方法論、研究、概念化。蒂莫西·J·安德魯斯(Timothy J. Andrews):撰寫——審稿與編輯、撰寫——初稿、監督、方法論。

        致謝

        數據部分由人類連接組項目(Human Connectome Project)和WU-Minn聯盟(首席研究員:David Van Essen和Kamil Ugurbil;項目編號:1U54MH091657)提供,該項目得到了支持NIH神經科學研究藍圖的16個NIH研究所和中心的資助;同時,數據還得到了華盛頓大學麥克唐奈系統神經科學中心(McDonnell Centre for Systems Neuroscience)的支持。
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