主动视觉与个体大脑中的类别选择性相关

《Nature Human Behaviour》：Active vision is linked to category selectivity in the individual brain

　　

个体在如何观看复杂视觉场景上存在可靠差异，其中最显著的变异在于凝视面孔和文本的倾向。研究人员在61名成年人中检验了以下假设：这些注视差异与个体视觉系统的表征特性相关。眼动追踪记录了每个观察者在自然场景观看过程中的特征性注视倾向，而独立的功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）在参与者被指示中心固视时记录了对面孔、文字及其他刺激的类别选择性反应。研究人员发现，凝视面孔或文本的倾向伴随着腹侧流（ventral stream）中相应类别表征的增强区分性和扩大的功能区域。这些反过来预测了阅读和面孔识别任务的表现。因此，主动视觉似乎与个体大脑中类别选择性编码的精确性及相应的神经资源相关联。

**论文解读：主动视觉与个体大脑类别选择性的关联**

**研究背景、问题及意义**
视觉是一种主动过程，需要持续的眼动来以高锐度探索不同兴趣点。传统研究多以群体平均值为基础建模，但近期发现个体在观看相同复杂场景时存在稳健的注视差异，尤其在对面孔和文字的优先凝视倾向上。这些注视偏好与场景描述中优先提及相应元素的倾向相关，且至少对于面孔，与类别特异性识别能力相关联。尽管注视差异的效应量显著且具有已知的遗传成分，其潜在的生物学机制尚不清楚。为何有些个体凝视面孔的频率是其他人的2-3倍，即使观看相同刺激？为何对文字的凝视倾向也存在类似差异？多项研究提示，面孔和文字的注视偏好可能与腹侧流的表征特性有关。例如，早期视觉皮层功能解剖的个体差异可预测低水平感知和心理物理偏差，面孔识别能力与右梭状回面孔区域（right fusiform face area, rFFA）的面孔选择性程度和大小相关。此外，观看电影片段时的面孔和文字注视倾向差异可预测下颞叶皮层的个体间表征分歧。近期非人灵长类动物的数据表明，缺乏腹侧面孔斑块的动物（无论是自然形成还是因实验性发育面孔剥夺）其面孔注视偏好显著降低，并伴随手部注视倾向增加和手部神经选择性增强。发育研究也发现，面孔和文字的突显性在青春期持续发展，与腹侧类别表征的发育平行。这些并行轨迹提示主动视觉与表征空间之间可能存在系统性联系。本研究旨在直接检验成年个体中注视倾向与腹侧流类别区分性之间的关联，并探究其对行为表现的影响。论文发表在《Nature Human Behaviour》。

**主要关键技术方法**
研究人员招募了102名健康成年人（平均年龄24.64岁），其中61人完成了功能性磁共振成像（fMRI）扫描。眼动追踪实验采用EyeLink 1000记录自然场景自由观看时的注视模式，计算首次注视比例和累计注视时间。fMRI实验采用标准功能定位器（fLoc）范式，包含面孔、伪文字、身体、房子、汽车和肢体六类刺激，参与者需中心固视并完成异常目标检测任务。行为测试包括剑桥面孔记忆测试（Cambridge Face Memory Test, CFMT）和萨尔茨堡读写速度测试（Salzburger Lese- und Rechtschreibtests, SLRT-2）。数据分析采用代表相似性矩阵（representational similarity matrix, RSM）计算腹侧颞皮层（ventral temporal cortex, VTC）的类别区分性，并采用组约束个体特异性功能感兴趣区（functional region of interest, fROI）方法测量右面孔梭状回区域（rFFA）和左视觉词形区（left visual word form area, lVWFA）的大小。额外注意力实验在60名新参与者中进行，采用双任务范式评估类别特异性注意力水平。

**研究结果**
**稳定的个体面孔和文字注视倾向的重复验证**
通过102名参与者的眼动数据，研究人员重复验证了面孔和文字注视倾向的高度稳定性：首次注视和累计注视时间的分半信度均大于0.87（P<0.001），且个体间存在显著的反相关，但排除同时包含面孔和文字的图像后反相关减弱。

**表征区分性与个体注视倾向相关联**
在61名参与者的fMRI数据中，右腹侧颞皮层（right lateral VTC）的面孔区分性与面孔首次注视比例（r=0.38, P=0.003）和累计注视时间（r=0.30, P=0.017）显著正相关。左腹侧颞皮层（left lateral VTC）的文字区分性与文字首次注视比例（r=0.44, P<0.001）和累计注视时间（r=0.29, P=0.023）显著正相关。交叉相关性分析表明这些关联是类别特异性的：面孔区分性与文字注视倾向呈负相关，而文字区分性与面孔注视倾向无显著相关。

**表征区分性与行为表现相关联**
在34名参与者中，右腹侧颞皮层面孔区分性与剑桥面孔记忆测试（CFMT）得分显著正相关（r=0.44, 单尾P=0.004）。在25名参与者中，左腹侧颞皮层文字区分性与伪文字阅读速度得分显著正相关（r=0.44, 单尾P=0.012），但与真实词阅读速度无显著相关（r=0.17, P=0.204）。

**右面孔梭状回区域（rFFA）和左视觉词形区（lVWFA）的个体大小与注视倾向及行为表现相关联**
右面孔梭状回区域（rFFA）的个体大小与面孔首次注视比例（r=0.39, P=0.002）正相关，与文字注视倾向负相关，并与面孔区分性（r=0.55, P<0.001）及剑桥面孔记忆测试（CFMT）得分（r=0.37, 单尾P=0.014）正相关。左视觉词形区（lVWFA）的大小与文字首次注视比例（r=0.35, P=0.006）正相关，与文字区分性高度相关（r=0.75, P<0.001），但与伪文字阅读速度的相关未达显著性（r=0.32, 单尾P=0.060）。

**未发现注视倾向与定位器任务中注意力水平之间的关联**
在60名新参与者的注意力实验中，类别特异性注意力水平（以双任务表现差异衡量）显示出可靠的个体差异，但与自由观看中的面孔或文字注视倾向无显著相关（所有P>0.5，贝叶斯因子BF₁₀<0.2），表明注意力介导的可能性较低。

**即时面孔突显性与面孔识别表现相关联**
在69名参与者的扩展样本中，面孔首次注视比例与剑桥面孔记忆测试（CFMT）得分显著正相关（r=0.39, 单尾P<0.001），但累计注视时间与表现无显著关联。文字首次注视比例与阅读速度得分的关联在fMRI子样本中显著，但在扩展样本中消失，提示该关联可能不稳定。

**讨论与结论**
综合fMRI和眼动数据，研究结果表明个体凝视面孔或文字的目标元素能够在其视觉系统中被更区分性地表征，且伴随更大的右面孔梭状回区域（rFFA）和左视觉词形区（lVWFA）。这些发现为最近发现的大规模系统性注视差异提供了生物学联系，并强调主动视觉与腹侧流类别选择性编码的精确性相匹配。研究人员通过额外的注意力实验排除了类别特异性注意力水平的介导作用。尽管研究样本为健康大学生，但观察到了显著的个体差异，提示更广泛样本中可能更极端。发育方面，注视倾向和神经调谐可能在生命前二十年相互塑造，而成年后稳定的神经调谐引导瞬时注视选择。未来需纵向追踪神经与注视发育，并利用单双卵双生子区分遗传与环境效应，以及通过感知训练操纵表征区分性以测试其对注视的影响。

**结论翻译**
总之，我们的关键发现是，个体在凝视面孔或文字倾向上的差异系统地与腹侧流中相应的神经资源和表征区分性相关联。先前的研究已表明，个体注视方式和视觉颞皮层（VTC）的功能布局都经历长期且经验依赖的发育。我们的结果表明，在成年期，主动视觉与腹侧流的神经调谐相互匹配。瞬时的眼跳选择系统性地优先选择那些在个体视觉大脑中能够被更区分性表征的场景元素。