高分辨率fMRI线圈揭示婴儿对面孔、场景和身体的选择性反应

【字体：大中小】 时间：2021年11月17日 来源：Current Biology

编辑推荐：

　　在一项对2到9个月大的婴儿进行的功能性磁共振成像研究中，麻省理工学院的研究人员发现，婴儿视觉皮层的某些区域与成年人一样，对面孔、身体或场景表现出强烈的偏好。

“这一结果将使很多人不得不真正努力理解婴儿大脑，这是发育的起点，以及发育本身，”麻省理工学院研究生和该研究的主要作者Heather Kosakowski说

在成年人大脑的视觉皮层中，有一小块区域专门对面孔做出反应，而附近的区域则对身体或风景等场景表现出强烈的偏好。

神经科学家长期以来一直假设，儿童需要多年的视觉经验才能发育出这些区域。然而，麻省理工学院的一项新研究表明，这些区域形成的时间比之前认为的要早得多。在一项针对2到9个月大婴儿的研究中，研究人员发现，婴儿视觉皮层的某些区域已经表现出对面孔、身体或场景的强烈偏好，就像他们对成年人一样。

“麻省理工学院麦戈文大脑研究所成员、这项新研究的资深作者、约翰·W·贾弗（John W.Jarve）大脑和认知科学教授丽贝卡·萨克斯（Rebecca Saxe）说：“这些数据推动了我们的发展图景，使婴儿的大脑在更多方面比我们想象的更接近成年人。”

利用功能磁共振成像(fMRI)，研究人员从50多个婴儿中收集了有用的数据，这远远超过了以往任何研究实验室能够扫描到的数据。这使得他们能够以一种前所未有的方式来检查婴儿的视觉皮层。

麻省理工学院研究生、该研究的主要作者希瑟·科萨科夫斯基（Heather Kosakowski）说：“这一结果将使许多人不得不真正努力理解婴儿的大脑、发展的起点以及发展本身。”这篇文章发表在《Current Biology》。

独特的区域

20多年前，麻省理工学院(MIT)认知神经科学教授南希·坎维舍(Nancy Kanwisher)利用功能磁共振成像(fMRI)发现了梭形面部区域:这是视觉皮层的一个小区域，它对面孔的反应比其他任何视觉输入都强烈。

从那时起，Kanwisher和她的同事们也识别出了视觉皮层中对身体(外体区，简称EBA)和场景(海马旁区域，简称PPA)做出反应的部分。

Kanwisher是麻省理工学院大脑、思维和机器中心的成员，也是这项新研究的作者之一。他说:“几乎每个成年人身上都或多或少存在着一组功能非常独特的区域。这就提出了这些地区如何发展的问题。他们是如何做到这一点的?又如何让每个人的大脑结构都如此相似呢?”

试图回答这些问题的一种方法是调查这些高度选择性区域是何时在大脑中首次发育的。一个长期存在的假设是，这些区域需要数年的视觉经验，才能逐渐对它们的特定目标进行选择。研究视觉皮层的科学家在4岁或5岁的儿童中发现了类似的选择性模式，但对更小的儿童的研究很少。

2017年，Saxe和她的一名研究生本·迪恩(Ben Deen)报告称，他们首次成功使用功能磁共振成像(fMRI)研究醒着的婴儿的大脑。这项研究包括了来自9个婴儿的数据，表明虽然婴儿确实有对面孔和场景做出反应的区域，但这些区域还不是高度选择性的。例如，梭状回面部区域并没有表现出对人脸，而不是其他类型的输入，包括人体或其他动物的脸的强烈偏好。

然而，这项研究受限于研究对象数量少，而且依赖于研究人员专门为婴儿开发的fMRI线圈，这种线圈无法提供像成人线圈那样高分辨率的成像。

在这项新研究中，研究人员希望从更多的婴儿身上获得更好的数据。他们建造了一种新的扫描仪，这种扫描仪对婴儿来说更舒服，功能也更强大，分辨率与用于研究成人大脑的功能磁共振成像扫描仪相似。

在父母的陪同下，这些婴儿进入专门的扫描仪，观看视频，这些视频要么展示了面孔，要么展示了身体的部分，比如踢脚或挥手，要么展示了玩具之类的物体，要么展示了山脉之类的自然场景。

研究人员为这项研究招募了近90名婴儿，从52名婴儿中收集了有用的fMRI数据，其中一半的婴儿使用新线圈收集了更高分辨率的数据。他们的分析显示，婴儿视觉皮层的特定区域对面孔、身体部位和自然场景表现出高度选择性的反应，这些反应发生在成人大脑的相同位置。然而，对自然场景的选择性不如对面孔或身体部位的选择性强。

婴儿的大脑

这些发现表明，科学家们关于婴儿大脑如何发育的概念可能需要修正，以适应观察到的这些专门区域开始与成人相似的时间比任何人预期的都要早。

Kanwisher说:“这些数据令人兴奋之处在于，它们彻底改变了我们理解婴儿大脑的方式。视觉神经科学领域已经形成了许多理论，以适应这样的观点:这些专门区域的出现需要多年的发展。我们想说的是，不，你只需要几个月的时间。”

因为他们的大脑区域的数据响应场景并不如其他地点他们观察,研究人员现在打算追求额外的研究区域,这一次更大的屏幕上显示婴儿图片,更真实的模拟一个场景内的经历。在这项研究中，他们计划使用近红外光谱(NIRS)，这是一种不需要参与者进入扫描仪的非侵入性成像技术。

Saxe说:“这让我们可以问，由于扫描仪实验设置的视觉限制，我们在这项研究中低估了婴儿对视觉场景的强烈反应。”

研究人员现在正在进一步分析他们为这项研究收集的数据，希望更多地了解梭状回面部区域的发展是如何从最小的婴儿发展到最大的婴儿的。他们还希望进行新的实验来检验认知的其他方面，包括婴儿的大脑如何对语言和音乐做出反应。