面孔相关的双稳态知觉的脑结构及功能基础

发布时间：2017-09-02 03:19

  本文关键词：面孔相关的双稳态知觉的脑结构及功能基础

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【摘要】：当面对一种模棱两可的感觉刺激输入时,个体会对其有不同的解释,导致主观知觉会在几种状态下进行一种自发的和不可预测的循环往复的转换,这种现象叫做双稳态知觉或多稳态知觉。每个个体的转换速率是存在个体差异的,也就是说个体对于稳态维持的能力是不尽相同的。双稳态知觉为我们研究意识的视觉加工过程提供了可行的途径,因为当个体知觉体验在不断变化的时候,视觉输入的物理刺激是保持恒定不变的。到目前为止,双(多)稳态知觉的大脑神经基础仍是许多视知觉研究人员争论不休的话题,越来越多的研究者对其大脑机制进行了不同方面的探索。近年来,许多研究使用了功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)技术探索了双稳态知觉大脑初级视皮层激活模式的神经机制,然而双稳态知觉自发转换的速率个体间差异的神经结构及功能基础还未明确,特别是同时考虑感觉皮层的灰质结构以及高级脑区自上而下的调控作用。此外,是否初级视觉皮层的知觉表征包含着面孔、花瓶这些高级内容信息,哪些神经或神经网络的激活决定了不同个体双稳态知觉的转换模式,到目前为止,还未有研究给出明确的答案。本研究从个体差异的神经基础和任务态fMRI神经激活两方面出发,考察了双稳态知觉个体差异形成的脑结构及功能基础,以及个体在进行双稳态知觉转换时大脑的实时活动状态及神经表征差异,为阐明双(多)稳态知觉形成的大脑结构和功能基础提供了有价值的脑影像学方面的研究依据。实验一:首先,我们使用了基于体素的形态测量学(voxel-based morphometry,VBM)的研究方法对鲁宾面孔-花瓶错觉图形的转换速率与感觉皮层的灰白质结构的相关关系进行了测量。实验发现,左侧梭状回面孔区(fusiform face area,FFA)的局部灰质体积/密度和转换速率呈显著的正相关关系。然后,基于脑结构分析的结果,我们又使用了格兰杰因果分析的方法对静息态fMRI数据进行了分析,探索了从高级认知加工脑区到感觉皮层的自上而下的调节机制对双稳态知觉转换速率的影响。知觉转换速率和格兰杰因果相关分析的结果显示,顶上小叶(superior parietal lobule,SPL)和大脑后部扣带皮层(posterior cingulate cortex,PCC)这两个高级认知脑区对左侧FFA的自上而下的因果调节和知觉转换速率呈显著的正相关。这些结果说明了左侧FFA作为视知觉加工的关键脑区,与鲁宾面孔-花瓶图形的双稳态知觉转换有着密切的关系。实验二:基于实验一的结果,以及以往双稳态知觉研究的基础,我们设计了任务相关的fMRI实验,并预先定义好了包括双侧FFA在内的14个视知觉加工脑区,通过单变量激活强度以及多变量激活模式分析(multivariate pattern analysis,MVPA)的研究方法探索了双稳态知觉的大脑神经机制。激活强度分析的结果显示,在双稳态(鲁宾面孔-花瓶图片)知觉材料和非双稳态(真实面孔、花瓶图片)知觉材料两种条件下,梭状回面孔区的神经激活与两种条件下的面孔稳态有显著的相关关系。说明梭状回面孔区在双稳态知觉转换过程中,对鲁宾面孔-花瓶双稳态知觉的知觉转换也起着决定性的作用。此外,fMRI激活模式分析的区分指标的结果显示,双稳态知觉状态能够改变从初级视知觉皮层(V1到V4)到包括双侧外侧枕叶(LO)、左侧梭状回面孔区(lFFA)以及双侧颞上沟(STS)在内的高级视知觉皮层的神经表征。但是,类别信息指标的结果显示,只有面孔特异性的高级视知觉脑区包含着面孔内容这一高级视知觉信息,这些脑区包括右侧枕叶面孔区(rOFA)、双侧梭状回面孔区(FFA)以及双侧颞上沟(STS)脑区。本研究首次结合了基于体素的形态学分析以及静息态格兰杰因果分析的方法在大学生样本上来共同探讨双稳态知觉的个体差异的神经基础。在一定程度上,我们的实验是首个尝试使用格兰杰因果分析方法探索双稳态知觉中不同水平的脑区因果角色的研究,能够帮助我们直接的发现,在影响双稳态知觉转换速率的关系中,高级认知脑区对于感觉皮层自上而下的控制作用。随后,基于实验一的结果以及前人研究,我们又设计了以鲁宾面孔-花瓶图形和真实面孔、花瓶图片为材料的fMRI任务态的实验,并采用了激活强度分析和激活模式分析的方法探究个体在执行双稳态知觉转换任务时大脑的实时活动状态,发现了人类初级到高级视知觉皮层对双稳态知觉的表征差异及各自的特点。综合实验一与实验二的结果,我们认为:(1)FFA的解剖学结构在一定程度上可能决定了鲁宾面孔-花瓶的双稳态知觉的个体知觉转换特征,这个过程可能是受SPL和PCC这些高级认知加工脑区相关的注意功能所控制调节的。(2)FFA在双稳态知觉转化过程中,对鲁宾面孔-花瓶双稳态知觉的知觉转换也起着决定性的作用。(3)我们的实验还发现了意识信息可以改变初级到高级视知觉皮层的神经表征,但是只有高级视知觉皮层包含着意识信息的内容。综上所述,本研究通过使用不同的分析方法较为全面地阐释了大脑结构和功能差异对双稳态知觉转换的影响,从而为揭示双稳态知觉产生的生理和心理机制提供重要的实验依据。
【关键词】：双稳态知觉 鲁宾面孔-花瓶 VBM GCA MVPA
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：B842.2
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 1 文献综述10-16
• 1.1 双稳态知觉的定义及其理论10-12
• 1.2 相关行为研究综述12-14
• 1.3 认知神经方面的研究14-16
• 2 问题提出与研究方案16-18
• 2.1 问题提出16
• 2.2 研究目标和思路16-18
• 3 实验一双稳态知觉转换个体差异的脑结构和功能基础18-25
• 3.1 实验目的18
• 3.2 实验方法18-22
• 3.2.1 被试18
• 3.2.2 实验材料18-19
• 3.2.3 磁共振扫描参数设置19
• 3.2.4 基于体素的形态学分析19-21
• 3.2.5 格兰杰因果分析21-22
• 3.3 实验结果22-24
• 3.3.1 行为实验结果22
• 3.3.2 局部灰质体积/密度和知觉转换速率的相关关系22-23
• 3.3.3 高级脑区对低级脑区的调控作用对知觉转换的影响23-24
• 3.4 讨论24-25
• 4 实验二：双稳态知觉转换的大脑神经机制25-32
• 4.1 实验目的25
• 4.2 实验方法25-29
• 4.2.1 被试25
• 4.2.2 实验材料25-26
• 4.2.3 磁共振扫描参数26-27
• 4.2.4 感兴趣区的定义27
• 4.2.5 fMRI数据分析27
• 4.2.6 激活强度分析27-28
• 4.2.7 激活模式分析28-29
• 4.3 实验结果29-31
• 4.3.1 行为实验结果29
• 4.3.2 激活强度分析结果29-30
• 4.3.3 神经激活和知觉转换率相关分析的结果30
• 4.3.4 激活模式分析结果30-31
• 4.4 讨论31-32
• 5 总的讨论与结论32-36
• 5.1 总的讨论32-35
• 5.1.1 双稳态知觉转换个体差异的脑结构基础32
• 5.1.2 双稳态知觉转换个体差异的功能基础32-33
• 5.1.3 双稳态知觉转换的神经激活机制33-35
• 5.2 结论35-36
• 6 研究不足与未来展望36-37
• 参考文献37-43
• 致谢43-45
• 硕士期间研究成果45

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本文编号：776076