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揭开视觉感知神经的生理学奥秘

匹兹堡大学医学中心 2019-08-07
对周围世界产生视觉感知时,大脑是如何运作的?

 

当我们对周围世界产生视觉感知时,大脑是如何运作的?在过去几年里,由阿弗尼尔·格休曼博士(Avniel Ghuman, PhD)领导的认知神经动力学实验室(the Laboratory of Cognitive Neurodynamics)一直在研究神经活动如何通过大脑的视觉感知区域来反映信息流。

 

Avniel Ghuman, PhD

阿弗尼尔·格休曼

Associate Professor of Neurological
Surgery, University of Pittsburgh
Director, MEG (Magnetoencephalography)

匹兹堡大学神外科副教授,MEG主任

 

鉴于植入人脑的电极记录技术比非侵入式神经记录收集数据更精确,格休曼博士正在进行一个大型研究项目——对颅内定位监测的患者进行侵入式神经记录。

 

认知神经动力学实验室由美国国家精神健康研究所(the National Institute of Mental Health)创新新科学家生物行为研究奖(the Biobehavioral Research Awards  for Innovative New Scientists ,BRAINS)资助,并与该部门的大脑调节实验室(the department’s Brain Modulation Lab)进行合作,主要研究面部信息编码、单词阅读和联想幻觉过程中的颞叶活动,同时探索神经活动代表性内容的新方法。

 

图1:视觉过程中的神经活动轨迹。高密度的活动记录

左侧腹侧颞叶上方的ECoG(A)可以评估患者在看什么 ,通过最大程度地捕获电极间的信息,分析反射到各个因素之间的神经活动轨迹 (B)

 

最近,格休曼博士与卡耐基梅隆大学( Carnegie Mellon University)的研究者进行合作,共同研究了《解码和重建现实世界社会感知的神经生理基础》(the Neural Basis of Real World Social Perception)并获得了美国国家科学基金会(the National Science Foundation)颁发的“脑计划”奖(BRAIN Initiative Award)。研究指出,社交和情感是决定我们在日常生活中如何与他人进行互动的关键因素。

 

这些研究与我们的癫痫监测组(Epilepsy Monitoring Unit)接受颅内监测的患者相关,我们将自然行为的颅内记录与尖端凝视跟踪技术、视频分析工具、大数据统计和机器学习工具结合起来,以了解真实世界中视觉发生的快速、复杂的神经信息处理。

 

 

以前大多数有关社会行为的神经基础研究都依赖于人工的实验室控制实验。这些研究提供了对社会脑的重要见解,但并没有捕捉到真实世界行为的丰富性。事实上,尽管某些个体在现实世界中存在严重的社交障碍,但这些个体(如自闭症谱系障碍和创伤后应激障碍)在实验室条件下通常只会受到轻度的损伤。

 

因此,为了更好地理解社会脑紊乱的神经生理基础,我们需要一个社会脑在自然行为中如何表现的模型。格休曼博士的团队开发的新技术(图1)正被应用于自然视觉感知,解码患者在与医生、护士和来访者互动时,在数小时内所看到的内容。因此,当前研究工作的目标是形成一个模型,可以让研究者了解社会脑的紊乱如何导致现实世界中的异常社会行为。

 

本文作者

 


R. Mark Richardson, MD, PhD

马克·里查德森 医学博士
Assistant Professor, University of Pittsburgh 

Department of Neurological Surgery

匹兹堡大学神经外科助理教授

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