摘要 — 正字法视觉感知(阅读)是通过大脑不同语言中心与视觉皮层之间广泛的动态相互作用进行编码的。在本研究中,我们利用脑磁图 (MEG) 研究了正字法视觉感知解码,其中短语以视觉方式呈现给参与者。我们比较了使用枕叶内的传感器和使用整个头部传感器获得的解码性能。使用了两种简单的机器学习分类器,即支持向量机 (SVM) 和线性判别分析 (LDA)。实验结果表明,仅使用枕叶传感器的解码性能与任务期间使用所有传感器获得的性能相似,均高于偶然水平。此外,通过采取短时间窗口进行的时间分析表明,与后期相比,枕叶传感器在开始时更具判别性,而在后期使用整个头部传感器设置的表现略好于枕叶传感器。这一发现可能表明在视觉语言感知过程中存在顺序(从视觉皮层到枕叶以外的其他区域)。
涉及大脑视觉区域的电刺激会产生被称为光幻视的人造光感知。这些视觉感知在先前涉及皮层内微模拟 (ICMS) 的研究中得到了广泛的研究,并成为开发盲人视觉假体的基础。尽管已经取得了进展,但在实施功能性 ICMS 进行视觉康复方面仍然存在许多挑战。对主枕叶进行经颅磁刺激 (TMS) 提供了一种非侵入性产生光幻视的替代方法。盲人面临的一个主要挑战是导航。在科学界,评估视觉假体辅助导航能力的方法一直被忽视。在本研究中,我们调查了唤起侧向光幻视以在计算机模拟的虚拟环境中导航的有效性。更重要的是,我们展示了虚拟环境和视觉假体的开发如何相互关联,使患者和研究人员都受益。使用两个 TMS 设备,将一对 40 毫米的 8 字形线圈放置在每个枕半球上,从而产生单侧光幻视感知。参与者的任务是使用外围设备根据存在光幻视的视觉半场进行一系列左转和右转。如果参与者能够准确地感知所有十个光幻视,则模拟目标能够前进并完全退出虚拟环境。我们的研究结果表明,参与者可以解释单侧光幻视,同时强调基于计算机的虚拟环境的集成以评估视觉假体在导航过程中的能力。
视觉诱发电位测试 (VEP) 通过测量从视神经到视觉皮层的视觉通路传导来检查从视网膜到大脑枕叶皮层的视觉通路的功能。VEP 是由视觉刺激(例如计算机屏幕上交替的棋盘格图案)引起的反应。反应由放置在头上的电极记录下来,并在计算机上以图形形式观察。这些反应通常源自枕叶皮层(靠近头部后部),这是大脑中负责接收和解释来自眼睛的视觉信号的区域。VEP 测试测量视觉刺激从眼睛传播到大脑枕叶皮层所需的时间。它可以显示神经通路是否存在任何异常。
纵裂 - 将两个大脑半球分开 中央沟 - 分隔额叶和顶叶 侧裂 - 将额叶、顶叶与颞叶分开 顶枕沟 - 位于内侧表面,将枕叶与顶叶/颞叶分开 距状裂 - 位于枕叶内侧表面 中央前回 - 中央沟前部 - 初级运动区 中央后回 - 中央沟后部 - 初级体感区
后内侧皮质 (PMC) 是大脑默认模式网络的主要中枢,与多种内部驱动认知有关,包括视觉空间工作记忆。然而,它对这些认知过程的确切贡献仍不清楚。使用 MEG,我们测量了健康人类参与者(男女青年)在执行视觉空间工作记忆任务时的 PMC 活动。多元模式分类分析揭示了在编码和检索过程中在一组先验定义的皮质 ROI 中与刺激相关的信息,除了 PMC 之外,还包括前额叶、枕叶和腹颞叶皮质。我们在信息流分析中测量了这些刺激信息在区域之间交换的程度,从而测量了区域间随时间的格兰杰因果关系。与任务的视觉性质一致,来自枕叶皮质的信息在大多数时期内塑造了其他区域。然而,PMC 在视觉空间工作记忆中塑造了枕叶和前额叶皮质中的物体表征,在检索过程中影响枕叶皮质,并在所有任务时期影响 PFC。我们的研究结果与 PMC 在表征内部内容(包括记忆信息)以及将外部刺激与记忆材料进行比较方面所发挥的作用相一致。
从眼睛到大脑:视觉是一个复杂的过程,始于眼睛。为了看到眼睛所看到的东西,眼睛的视觉信号必须发送到大脑。大脑中直接从眼睛接收信息的最重要区域之一是丘脑,它是大脑深层中心的结构。信息从那里传递到大脑后叶,即枕叶皮质。皮质是一种特殊的大脑组织,皮质区域专门用于各种不同的功能。例如,皮质有助于形成我们的记忆、解释和产生语言和言语、处理来自五种感官的信息,并有助于控制自主运动。枕叶皮质是专门用于视觉的区域。枕叶皮质从丘脑接收到视觉信息后,会向丘脑提供反馈,以控制我们关注的视觉信息,同时还会将信息发送到大脑的其他区域,以便我们能够根据所见采取行动或识别所见并将其与存储的记忆进行比较。除了皮质之外,眼睛还会将信息发送到我们的脑干和一个称为下丘脑的区域;发送到这些区域的重要视觉信息有助于我们的大脑控制眼球运动、眼睛的聚焦能力以及睡眠-觉醒周期。
大脑由四个主要的表面叶或功能区组成,即额叶(橙色)、颞叶(绿色)、顶叶(蓝色)和枕叶(黄色),如图 3 所示,它们具有各自的功能。枕叶位于头骨后部,负责视觉处理。颞叶负责感觉处理、长期记忆、视觉记忆以及情感和语言。顶叶负责融合来自周围环境(例如环境及其与我们身体的关系)的信息(例如抓取物体时双手的协调)。额叶负责自愿运动、决策、思考、认知处理(例如计划和注意力),被称为我们的个性中心。2 3
视觉认知模型通常假设大脑网络会预测刺激的内容以促进其后续分类。然而,在网络层面理解预测和分类仍然具有挑战性,部分原因是我们需要从动态神经信号中逆向工程它们的信息处理机制。在这里,我们使用可以隔离特定内容通信的连接性测量来重建每个参与者(N = 11,男女皆有)的网络机制。每个人都被提示预测的 Gabor 刺激的空间位置(左 vs 右)和内容[低空间频率(LSF) vs 高空间频率(HSF)],然后他们进行分类。使用每个参与者同时测量的 MEG,我们重建了预测和分类行为的 LSF 与 HSF 内容的网络。我们发现,在前额叶皮质的监督控制下,预测内容根据任务需求灵活地从颞叶皮质向下传播到侧枕叶皮质。当它们到达侧枕叶皮层时,预测会增强自下而上的 LSF 与 HSF 对刺激的表征,从枕叶腹侧顶叶到运动前皮层,进而产生更快的分类行为。重要的是,内容通信是通常在大脑区域之间测量的信号到信号通信的子集(即 55 – 75%)。因此,我们的研究分离了处理认知功能信息的功能网络。