Nature封面故事:大脑语义地图成功绘制
2016/04/30
为了更好地理解大脑如何处理语言,来自加州大学伯克利分校的研究人员运用功能性核磁共振成像(fMRI)来绘制聆听讲故事的人们的大脑的地图。这篇研究文章于4月27日作为封面故事发表于Nature。


为了更好地理解大脑如何处理语言,来自加州大学伯克利分校的研究人员运用功能性核磁共振成像(fMRI)来绘制聆听讲故事的人们的大脑的地图。运用获得的突破,该小组可以准确地预测研究参与者听新故事时的神经反应。这些反应在不同的个体之间,惊人地相似,这篇研究文章于4月27日作为封面故事发表于Nature。

以前关于对大脑如何解释语言的神经影像学研究揭示了一些称为语义系统的一组大脑区域似乎代表了语言的含义。但是这些研究都集中在单一和狭窄的问题或假设大脑如何表示单词或句子的含义。

为了绘制大脑语义表达更广泛的地图,伯克利的Jack Gallant和其同事在7个研究生志愿者聆听电台广播两个多小时的故事时,扫描了他们的大脑。他们希望在大脑尽可能自然的状态做地图定位。

研究方法

研究小组通过检测血流在每小部分的、三维的脑组织对故事中不同概念的反应进行量化。首先研究人员计算了故事中985个常见的英文单词出现得有多频繁,然后他们使用一个回归模型来估计这些常见的单词在每个志愿者每小部分脑组织产生的反应。

研究人员使用这种模式来预测当研究参与者听了他们以前没有听过的故事时,志愿者大脑中的功能磁共振成像反应。该模型能够准确预测大脑中各种不同的区域的大脑活动,包括颞叶皮层、顶叶皮层和前额叶皮质部位。

下一步,研究者确定了每个皮质部分代表的语义信息类型。研究人员在三个维度使用了主成分分析,他们使用这些维度的信息来绘制了在大脑中色彩编码的语义地图。在不同的皮质区域相对应如人,地方,或视觉特性的概念。

最后,Gallant的团队,开发了一个计算机方法来将不同的个体中的地图整合到一起产生一个语义图集。

研究结果

尽管有些变化,但在个体之间的地图是令人惊讶地相似。作者指出,这可能是由于样本比较小和平均,都是加州大学伯克利分校的研究生。

另一个令人吃惊的发现是在所研究的人的脑半球之间功能性对称,这和几十年来研究发现脑损伤患者在语言处理中显示左半球偏差相矛盾。不过这些研究大多集中在语音的产生,而本研究检测的是语言的理解。

读者可在http://gallantlab.org/huth2016体验该图集的一个互动版。图中所示为一个实验对象的皮层表面,上面覆盖有被预测会在相应皮层位置引起特别强的反应的单词。单词颜色表示语义类别:例如,绿色单词大多是视觉和触觉概念,而红色单词大多是社会概念。白色线条描绘出了人们以前就知道的兴趣区域。


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