《Communications Biology》:Dynamic face-related eye movement representations in the human ventral pathway
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为破解“看不见脸时大脑如何预判那是脸”这一谜题,研究者利用MEG追踪面孔相关凝视轨迹,发现腹侧通路自前额叶至枕颞区呈反馈式动态激活,揭示凝视序列本身即可驱动自上而下的类别预测,为理解社交互动中眼动控制与感知耦合提供了新机制。
想象这样一个场景:眼前没有脸,只有一串跳跃的小圆点引导眼睛来回扫视,你却仍能“感觉”那是张脸。为何空洞的轨迹能唤起如此鲜明的类别预感?传统观点认为,腹侧通路只在真实面孔图像进入视网膜后才启动“识脸程序”。然而现实中,人类常凭一瞥零散的注视位置就能迅速判断所见是否为人脸,提示凝视序列本身可能携带足够的类别信息。已有fMRI研究曾发现,当受试者复现自己看脸时的眼动轨迹,即使屏幕空无一物,梭状脸区(FFA)与海马旁位置区(PPA)仍出现类别选择性激活,但时间动力学缺位、神经机理不明,尤其不知此种“无图识脸”的表征如何沿腹侧通路传递,也不清楚其究竟依赖自下而上的视觉输入还是自上而下的预测信号。
为回答这些问题,Su Zhongbin、Wang Lihui等研究者设计了一项跨越行为与神经层面的多层次实验,并发表于《Communications Biology》。他们先记录31名大学生在自由观看面孔与房屋图像时的真实凝视轨迹,继而在脑磁图(MEG)扫描中让同一批受试者用眼睛“重走”自己(SF、SH)或他人(OF、OH)的轨迹,同时保持屏幕仅呈现灰底与跳点,绝无真实图像;最后增设经典“看图”对照环节,以比较有无视觉刺激时大脑处理差异。通过高时空分辨的MEG、多变量解码与空间梯度建模,团队首次刻画了“面孔相关凝视轨迹”在腹侧通路的动态时空图谱,证实其能够自眶额皮层(OFC)经前颞叶(ATL)、内侧颞叶(MTL)反馈至腹侧枕颞皮层,从而在没有图像的情况下预测“这是一张脸”。
关键技术方法包括:1) 自由视看采集个体化凝视轨迹;2) MEG视线追踪同步记录306通道神经信号;3) 源空间最小范数估计结合个体MRI重建全脑电流;4) 时空聚类与Bonferroni校正确定显著差异;5) 五阶多项式拟合实现三维空间梯度分析;6) 留一法交叉验证的逻辑回归解码MEG类别信息。
主要研究结果如下:
Distinct patterns between face- and house-related gaze tracks
行为实验显示,仅凭注视坐标与时长,机器学习即可在70.5%±11.4%的精度区分面孔与房屋轨迹;MEG阶段复现该差异,自视轨迹(SF vs SH)达66.3%,他视轨迹(OF vs OH)达66.5%,交叉实验验证表明轨迹模式高度一致且自生成轨迹更易被识别。
Neural face-related gaze pattern representations
事件相关磁场(ERF)对比“SF-SH”与“OF-OH”发现,面孔轨迹在OFC与腹侧ATL最早出现更强激活(200–300 ms),随后波及MTL与枕叶,提示反馈方向;交互对比(SF-SH)-(OF-OH)进一步显示自生成轨迹的特异效应遍布腹侧流,并伴随额叶眼场(FEF)与辅助眼场(SEF)参与。
Dynamic spatiotemporal patterns of the gaze-related representations
空间梯度分析量化了“前→后”与“腹→背”两条轴线上ERF差异的单调递减:面孔相关信号在额极/腹侧最强,向后、向背逐步衰减;自生成轨迹的y轴梯度峰值比他人轨迹提前约310 ms,证实个体化眼动序列优先触发预测表征。
Classification-based whole-brain source-reconstruction
多变量解码锁定五个时空簇,最早200 ms即右侧OFC可区分SF vs SH;他人轨迹最早575 ms才在右OFC出现差异,再次印证自上而下的预测时间优势。
对照“Image Session”发现,真实图呈现时梯度方向完全逆转:激活最早出现在后段枕颞区(约200 ms)并向前传递,符合传统 feedforward 模型。两阶段y轴梯度呈负相关(r≈-0.99),z轴梯度正相关,证明任务性质决定信息流向。
综上,该研究揭示:1) 面孔特定的凝视轨迹本身足以驱动腹侧通路产生类别选择性动态表征;2) 该过程遵循“OFC→ATL→MTL→枕颞皮层”的自上而下时间序列,与图像驱动路径相反;3) 自生成轨迹因承载个体最优采样策略,可更快、更强地激活预测机制;4) 眼动程序作为对象行为相关性的一部分,被纳入腹侧流的分布式表征。这一发现为理解社交场景中“看脸”预测的快速启动提供了神经基础,也提示OFC-ATL网络退化可能导致凝视模式紊乱,为额颞叶痴呆等疾病的早期评估开辟新思路。论文同时呼吁重新审视背侧“动作”与腹侧“认知”流在眼动控制中的交互,强调类别化预测不仅依赖视觉输入,更深度嵌入我们主动探索世界的运动计划之中。