【PNAS】天生眼盲的人也能准确区分外界刺激类型

来源:澳门威利斯人官方网站 时间:2017-05-16浏览:0

早期关于视觉系统功能的研究指出,对外界刺激种类的识别主要依赖于视皮层中腹侧通路的处理,其中的一个关键区域是腹侧颞叶区域(ventral-temporal cortex, VTC),该区域对刺激类型的识别主要依赖于视觉输入。然而,近日的一篇研究在盲人身上发现,即便没有视觉的输入,仅给予听觉的输入,VTC区也能很好地识别外界刺激类型。该研究于2017年5月15日在线发表在《PNAS》上,标题为《Development of visual category selectivity in ventral visual cortex does not require visual experience》。

该研究的第一作者和通讯作者是来自比利时天主教鲁汶大学(Katholieke Universiteit Leuven)的Job van den Hurk博士。实验对象是成年健康人,其中:天生眼盲(congenitally blind)有14人(5名女性,9名男性,平均年龄37岁),对照组中具有健康视力的有20人(11名女性,9名男性,平均年龄34.5岁)。研究中,使用了与听觉和视觉相关的四种类别刺激(face, object, scene, body),并用fMRI记录相关脑区的活动,然后进行统计分析。

图1中比较了,视力正常的人在仅听觉输入、仅视觉输入及眼盲人在听觉输入刺激下VTC区的活动图,其中左图是经过阈值化处理之后的结果,右图是没有经过阈值化处理之后的结果。

从中可以看出,对于视力正常的人,仅听觉输入时,VTC区对于不同类别刺激的分类边界很模糊;而仅视觉输入时,VTC区对不同类别刺激的分类边界就很清晰,说明了视觉输入对VTC区域分类能力的影响。

对于眼盲的人,虽然只有听觉输入,但VTC区对不同类别刺激也能达到很好的分类效果(分类边界比较清晰)。通过计算数据之间的相关性发现,仅视觉输入下正常视力人的数据与眼盲人的数据之间存在着一定的相关性(r=0.3415),而与仅听觉输入下正常人的数据之间的相关性就很弱(r=0.1775)。

 

图1. 不同实验对象和类别刺激下,VTC区的活动数据

 

基于记录到的fMRI数据,研究人员分析了不同实验对象对不同类别刺激的分类准确率。如图2所示,仅视觉刺激下正常视力人的VTC区数据具有几乎100%的分类准确率,但仅听觉刺激下正常视力人的VTC区数据则具有相对较弱的分类准确率,而且对body vs object的分类效果与瞎猜(chance=50%)没有显著的区别。

对于盲视人的VTC区数据,也表现出非常高的分类准确率。

 

图2. 不同实验对象和类别刺激下,VTC区的分类准确率

 

随后,研究人员分析了根据盲视人的数据训练得到的分类器,能否对正常视力人的数据有很好的预测效果,以及根据正常视力人的数据训练得到的分类器,能否对盲视人的数据有很好的预测效果。结果如图3所示,其中左图是根据盲视人数据预测正常视力人数据(blind-to-controls prediction),右图是根据正常视力人数据预测盲视人数据(controls-to-blind prediction)。从中可以看出,分类器的泛化能力还是很不错的,除了个别类别的识别,如body vs object。但blind-to-controls prediction和controls-to-blind prediction仍存在一定的不对称性,这种不对称性可能与不同信号数据的内在差异性有关。

 

图3. 分类器的泛化能力比较

 

图4. 不同实验对象和类别刺激下,数据之间的相似矩阵

 

图4中给出了不同实验对象和类别刺激下数据之间的相似矩阵。从中可以看出,对于正常视力人,仅视觉输入下的数据具有非常高的内部一致性(internal consistency),而仅听觉输入下的数据具有相对低的内部一致性。

此外,眼盲人的数据与正常人仅视觉输入下的数据具有相对较高的相关性,而与正常人仅听觉输入下的数据具有相对较低的相关性。

传统的观点认为,生物体对外界刺激类别的识别需要借助于视觉的输入,但本文中介绍的这篇研究指出,对于天生眼盲的人,仅靠听觉输入也是可以识别外界刺激类别的。这一研究成果为我们全面理解大脑对不同外界刺激类型的处理机制提供了帮助。

 

本文为原创编译,转载请注明出处

XML 地图 | Sitemap 地图