文献笔记4: A direct demonstration of functional specialization in human visual cortex

脑成像文献笔记由于各种原因停了好久。但觉得还是应该静下心来读一些文献。希望以后可以以一周一篇的速度读下去。

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这周读的文章还是一篇早期的PET研究。研究来自于脑成像研究的另一个发源地,英国的伦敦大学学院UCL。Friston曾在一个报告中回忆脑成像的“黄金时期”:那个时候用一个星期收数据,一个星期分析数据,一个星期写文章,然后文章就可以发到Nature。我猜想这篇文章就是发表在那个好时候。

这篇文章 "A direct demonstration of functional specialization in human visual cortex",研究的内容是人类视皮层的功能特异化。脑功能特异化早在Broca和Wernicke之后就逐渐被人们所接受。对于视皮层,使用猴子做的电生理研究也发现了专门加工颜色和运动信息的V4和V5区域。但在当时,一些人类脑损伤的研究似乎支持相反的观点——视皮层没有特异的加工区域。因此这篇文章使用PET,第一次在正常人类上演示出了功能分离。

使用脑成像验证功能分离,需要设计两个实验任务A和B,并找到激活区域甲和乙:区域甲只在任务A激活,但不在任务B激活;区域乙只在任务B激活,但不在任务A激活。Zeki早先在猴子的电生理研究中定义了V4和V5区。这个研究直接把猴子实验的刺激任务搬到人类实验上。

文章包含两个实验。实验一是颜色知觉实验。扫描了6个被试。三个实验条件分别是:闭眼、看彩色刺激图片和看等亮度的灰色刺激图片。实验二是运动知觉实验。扫描了3个被试。三个实验条件分别是:闭眼、看运动刺激和看静止刺激。有意思的是,这两个实验被作为“初步结果“都被分别发表过。其中定义人类颜色加工中枢V4的文章还被发表在Nature上 (Lueck et al., 1989)。



PET数据分析统计参数图 (statistical parametric mapping, SPM)的分析框架。统计方法上这一脉渐渐成为正统,并推广到后来的fMRI数据分析上。文章主要的结果就是,相比于看灰色图片,看彩色图片会激活人脑的V4区 (上图);而相比于看静止刺激,看运动刺激会激活人脑的V5区 (下图)。结果显示出漂亮的功能分离。



不过最有意思的一个数据分析是所谓"Seed analysis of covariance structure"。这与目前流行的种子点功能连通性分析类似,但做的是被试个体间差异的相互协变。研究使用了5个种子点:V1、左右V4和左右V5。研究的假设是,在看彩色刺激时,V1的激活会与V4的激活相关;而在看运动刺激时,V1会与V5的激活相关。在645页第一段的结果描述里,作者说使用V4做种子点,可以看到V1/V2和对侧V4区显示出高相关。但图4 (下图下行)显示相关最高的区域是V1/V2区域而不是圈出来的V4。如果做过种子点相关分析的人都知道,相关最高的区域应该在种子点。所以图4下应该显示的是以V1/V2做种子点,可以看到V4显示出高相关。结果段落的描述和图4所显示的内容其实并不一致。不过瑕不掩瑜。这种种子点的方法在当时确实是开创性的。



Lueck, C. J., Zeki, S., Friston, K. J., Deiber, M. P., Cope, P., Cunningham, V. J., … Frackowiak, R. S. (1989). The colour centre in the cerebral cortex of man. Nature, 340(6232), 386–9.

Zeki, S., Watson, J., Lueck, C., Friston, K., Kennard, C., & Frackowiak, R. (1991). A direct demonstration of functional specialization in human visual cortex. J. Neurosci., 11(3), 641–649.

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