面临特定的大脑区域响应面临即使有些人天生失明

20多年前,神经学家南希·坎维舍和其他人发现,大脑的一小部分的底部附近的头骨反应更强烈的脸比其他对象。这个地区被称为的梭状回面孔区被认为是专门用于识别面孔。

现在,在一个令人惊讶的新发现,坎维舍和她的同事们表明,这个地区也成为活跃在人先天失明者,当他们用手摸脸的三维模型。这一发现表明,这一地区不需要视觉体验开发对面孔的偏好。

“这并不意味着视觉输入不看见subjects-it可能发挥作用,”她说。“我们这里显示是视觉输入没有必要开发这个特定的补丁,在相同的位置,相同的选择性的脸。这是相当惊人的。”

坎维舍,沃尔特·a·Rosenblith认知神经科学教授和麻省理工学院麦戈文脑研究所的一员,是这项研究的资深作者。n .之一Apurva Ratan Murty麻省理工学院博士后,是该研究的第一作者,发表在本周美国国家科学院院刊》上。论文的其他作者包括Santani腾,前麻省理工学院博士后;高级研究科学家,这是麻省理工学院联合追求智慧,MIT-IBM沃森主任和麻省理工学院人工智能实验室;和大卫分为和安娜Mynick前实验室技术人员。

有选择性的对面孔

天生失明的人允许研究人员研究解决长期存在的问题如何专业化在大脑中产生。在这种情况下,他们专门调查面临知觉,但悬而未决的问题同样适用于人类认知的许多其他方面,坎维舍说。

“这是问题的一部分,科学家和哲学家一直在问自己数百年来,关于心灵和大脑的结构从哪里来,”她说。“在多大程度上我们产品的经验,以及在多大程度上我们有内置的结构吗?这是一个版本的这个问题问的特定角色视觉体验在构建区域。”

新的工作建立在2017年的一项研究来自比利时的研究人员。在这个研究中,先天失明的受试者与功能性磁共振成像(fMRI)扫描他们听各种各样的声音,一些相关的面孔(如笑或嚼),和其他人没有。研究发现更高反应附近的FFA face-related听起来比听起来如球弹跳或手鼓掌。

在新的研究中,麻省理工学院的团队希望利用触觉经验来衡量更直接的盲人的大脑如何应对。他们创造了一个环3-D-printed对象包括脸、手、椅子、迷宫、旋转这样的主题能够处理每一个在磁共振扫描仪中。

他们通常开始于有视力的受试者,发现当他们处理3 d对象,一个小区域与FFA优先活跃的位置当受试者摸了摸脸,而当他们碰到其他对象。这个活动,这是弱于视觉信号时产生者看着脸,并不令人感到意外,坎维舍说。

“我们知道,人们从事视觉图像,从之前的研究,我们知道,视觉图像可以激活FFA。所以你看到的响应与接触的人不是震惊,因为他们视觉想象他们的感觉,”她说。

然后研究人员做了相同的实验,使用触觉输入,有15名受试者被先天失明者。令他们吃惊的是,他们发现,大脑显示面临特定的活动在同一地区有视力的受试者,正常人水平类似于3-D-printed面临着处理。

“当我们看到它在最初几个主题,这真是令人震惊,因为没人见过个人面临特定的梭状回的激活盲人受试者之前,“Murty说。

连接模式

研究人员还研究了几个假设,提出了解释为什么face-selectivity似乎总是在大脑中相同的区域发展。一个著名假说表明FFA发展face-selectivity因为它接收视觉输入中心凹视网膜的中心,我们倾向于关注面临的中心视野。然而,由于这一地区开发的盲人能输入,没有新的发现不支持这一观点。

另一个假设是,FFA的自然倾向于弯曲的形状。为了测试这一想法,研究人员执行另一组实验中,他们让盲人受试者处理各种3-D-printed形状,包括立方体、球体,和鸡蛋。他们发现FFA没有任何偏爱在方形曲面物体对象。

研究人员确实发现第三个假说的证据,那就是面对选择性FFA的出现,因为它连接到大脑的其他部分。他们可以测量FFA的“连接指纹”——FFA的活动和活动之间的相关性在大脑的其他部分失明和视力正常的科目。

然后用每组的数据来训练一个计算机模型来预测大脑的选择性反应的确切位置面临基于FFA连接指纹。他们发现,当模型训练的病人的数据,它可以准确地预测结果在盲人受试者,反之亦然。他们还发现证据表明,连接大脑的额叶和顶叶,参与高层处理感觉信息,可能是最重要的在确定FFA的角色。

“这是暗示这个非常有趣的故事,大脑电线本身在发展不仅仅是通过知觉信息和做数据输入和分配的大脑,根据某种广泛不可知论者统计程序,”坎维舍说。“相反,出生时大脑的内生约束存在,在这种情况下,高级的形式连接大脑区域,而这些连接可能是发挥因果作用的发展。”