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面部表情是个体内在情绪状态的外在表达,大脑能快速而准确地进行识别。以往研究发现大脑加工面孔存在外侧视觉通路和腹侧视觉通路。其中,外侧视觉通路包括后侧颞上沟(posterior superior temporal sulcus face area,pSTS-FA),腹侧视觉通路包括枕叶面孔选择区域(occipital face area,OFA)和梭状回面孔选择区域(fusiform face area,FFA)。包括顶下叶皮层(inferior parietal cortex,IP)在内的背侧视觉通路,参与面孔和面部表情加工,却鲜有研究。
近日,中国科学院心理研究所脑与认知国家重点实验室傅小兰研究组,开展了一项脑磁图(MEG)实验。研究招募了20名健康的成年被试,记录被试观看七类基本面部表情(愤怒、厌恶、恐惧、高兴、悲伤、惊讶、中性)时的大脑活动,并通过MEG定位任务确定枕叶(LO-faces)、顶下回(IP-faces)、梭状回(FG-faces)、后侧颞上沟(pSTS-faces)的面孔选择区域。研究借助时间尺度上的多变量模式分析(Multivariate Pattern Analysis,MVPA)(图1)显示:LO-faces、IP-faces、FG-faces、pSTS-faces在刺激后的100-150 ms之内开始区分面部表情(图2);相比于FG-faces和pSTS-faces,LO-faces和IP-faces有更高的峰值准确率。进一步,研究在大脑所有区域上的面部表情分类显示,枕顶叶区域的分类准确率更高(图3)。
为了探讨这些面孔选择区域解码表情信息的本质,科研人员训练具备表情识别能力的卷积神经网络,再提取表情图片在不同卷积层的特征计算Image-based RDM(基于图像)和Category-based RDM(基于类别)。表征相似性分析(representational similarity analysis,RSA)的结果显示,甚至在刺激后的约100 ms,相比于面部表情的图像级信息,LO-faces和IP-faces的神经活动与其类别级信息更相似(图4)。
该研究首次揭示了面孔选择区域对面部表情加工的时间过程,强调了腹侧、背侧、外侧视觉通路的面孔选择区域对于表情加工的快速反应,尤其是枕顶的背侧通路的重要性,为表情加工的感知计算模型提供了数据支撑。
相关成果在线发表在《神经影像》(NeuroImage)上。研究工作得到国家自然科学基金的支持。西南大学、清华大学、英国伯恩茅斯大学的科研人员参与研究。
图1. 时间尺度上的多变量模式分析
图2. 在不同面孔选择区域下面部表情区分的时间进程
图3. 大脑所有区域的面部表情区分准确率
图4. 神经反应和Image-based RDM、Category-based RDM的相似性分析
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