Research
  • Research Progress
  • 刘嘉课题组通过发展性面孔失认症揭示面孔识别的脑网络基础
     
            近日,北京师范大学心理学部认知神经科学与学习国家重点实验室刘嘉教授课题组在NeuroImage杂志在线发表了题为 “The neural network for face recognition: Insights from an fMRI study on developmental prosopagnosia” 的研究论文,基于对发展性面孔失认症的研究揭示了关于面孔识别的脑网络基础。
     
            面孔识别对我们的社会交往有着重要的作用,我们的大脑究竟是怎样快速从面孔中提取身份信息的?经典的神经模型认为,面孔信息加工是通过多个脑区的协同活动完成的。这些脑区包括由枕叶面孔区,梭状回面孔区和后颞上沟构成的核心面孔加工网络,负责面孔的视觉信息处理;以及由前颞叶,杏仁核等广泛脑区构成的外周面孔加工网络,负责面孔的语义情绪等信息的处理。尽管对这些脑区各自的功能已经有很多探讨,然而这些脑区之间究竟是如何交互并最终实现面孔身份识别的这一关键问题目前仍不清楚。发展性面孔失认症个体的低级视知觉和一般认知能力均为正常,却无法识别面孔身份,为研究正常人的面孔身份识别机制提供了神经心理学模型。据刘嘉教授课题组之前基于近万人的筛查估计,我国面孔失认症患者的患病率大概在1.2% 左右 (Zhao, Li et al., Neuropsychologia, 2016) 。
     
            在该项工作中,研究者首先定位出64名面孔失认症被试和62名正常控制组被试的面孔加工网络,并结合经典面孔加工模型对核心面孔加工网络和外周面孔加工网络进行划分。然后,研究者结合静息态功能磁共振成像和体素级别的全局功能连接分析(global brain connectivity)方法,对核心面孔网络内连接和核心-外周面孔加工网络间连接进行刻画和组间比较。研究发现,面孔失认症组的右侧枕叶面孔区和梭状回面孔区的核心面孔加工网络内连接显著弱于正常控制组(图1,左),说明在面孔视觉信息处理阶段,面孔失认症患者的枕叶面孔区和梭状回面孔区表现出异常的连接减弱。而对于核心-外周面孔加工网络间连接,面孔失认症组在梭状回面孔区表现出异常的连接降低,说明梭状回面孔区与外周面孔加工网络的信息传递出现异常(图1,右)。
    图1.面孔失认症核心面孔网络内连接(左)和核心-外周面孔网络间连接(右)的异常
     
            研究者以面孔失认症组异常脑区为种子点,进一步刻画了面孔失认症的异常连接网络(图2,左)。利用支持向量回归(support vector regression)方法,研究者发现面孔失认症个体的异常连接网络可以预测其在面孔长时记忆任务中的行为损伤,说明该异常连接网络具有行为意义(图1,右)。进一步的特征选择发现,在异常连接网络中,右侧梭状回面孔区与右侧后颞上沟和右侧前颞叶之间的连接对行为预测起着尤为关键的作用。
            图2. 面孔失认症个体的异常连接网络能预测其面孔识别行为损伤。
     
            综上,基于对面孔失认症的异常连接网络的刻画,研究者提出了一个关于面孔身份识别的改进模型,强调脑区之间的协同合作对面孔识别的贡献(图3)。该研究揭示了面孔识别的脑网络基础,并为今后面孔加工的认知神经机制研究提供了基于神经心理学的理论模型。

            该研究论文的第一作者为博士生赵远方,通讯作者为刘嘉教授和宋宜颖副教授。该研究获得国家自然科学基金,国家基础研究项目,国家社会科学基金, 长江学者奖励计划资助。
    图3.改进的面孔身份识别神经模型
     
    论文链接: 
    Zhao, Y., Zhen, Z., Liu, X., Song, Y., & Liu, J. (2018). The neural network for face recognition: Insights from an fMRI study on developmental prosopagnosia. NeuroImage. 169:151-161.
     http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811917310455