视角形状和注意力效应的神经表征：来自fMRI和MEG的证据

引言

我们总是从特定的视角感知物体。在很多情况下，物体的观察者依赖的形态，即视角形状，与其客观形状，即现实世界中的物理形状不同。例如以45度角旋转的硬币其视角形态为椭圆形或橄榄形，而其客观形态是圆形。

灵长类动物即使在不同视角、位置甚至大小的条件下，也能可靠地识别物体。大量研究表明，在变换了视角、位置甚至大小的条件下，灵长类依旧能维持强大的客观形状神经表示。然而，视角形状的神经表示受到的关注远不及客观形状。

传统对于视角形状是否存在的观点存在争议。有人认为视角形状是直接可见的；而另一些人认为它们是通过想象构造出来的。有关视角形状的理解广度依然存在分歧。有些人主张视角形状的感知涉及认知参与和深层次的解释，而另一些人则否认其在高层认知处理中的角色，而仅仅将视角变化视为纯粹的感官体验。

最近的研究重新点燃了这一话题。他们通过双选强迫选择范式发现参与者在视角形状匹配干扰条件下的反应时间更长，从而为视角形状感知的存在提供了证据。基于这一工作，我们旨在探讨视角形状的神经表示及其受注意的影响。

来源

本文由Yi Lin, Yung-Yi Hsu, Tony Cheng, Pin-Cheng Hsiung, Chen-Wei Wu和Po-Jang Hsieh等人共同撰写，他们来自不同国家和研究机构，包括National Cheng Kung University和Academia Sinica等。本文发表在《Cortex》期刊（176期）上，文章的数字对象标识码为10.1016/j.cortex.2024.04.003。文章于2024年4月5日接受，2024年4月26日在线发表。本文是一篇开放获取文章。

实验方法

为了解决上述问题，我们采用功能性磁共振成像（fMRI）、脑磁图（MEG）和多变量解码技术，研究视角形状的时空神经表示。参与者观察旋转对象，并通过测量他们的脑部活动，分析基本形状和视角形状的神经表示。

样本选择与实验任务

共有22名右利手普通话用户参与了fMRI实验，21名完成了MEG任务。在实验中，参与者分别进行物体形状和视角形状的识别任务，每种任务分别重复5遍，总计10次。

刺激材料

实验中使用的刺激物是Morales等人创建的硬币形物体，这些物体通过旋转生成不同的视角形状（如圆形、旋转圆形、椭圆形、大椭圆和小圆形）。这些刺激物被用于形状判别任务。

数据采集与预处理

MRI数据使用3T扫描仪收集，MEG数据在磁屏蔽室内使用306通道全头系统收集。MRI数据的预处理包括时序校正、运动校正和空间归一化等步骤。MEG数据采用MaxFilter软件去除外部噪声、应用滤波器、信号空间分离和污点清理等步骤进行预处理。

数据分析

fMRI数据的分析使用SPM12软件实施，包括第一层级分析和模式解码分析。MEG数据的模式解码分析则使用MATLAB与支持向量机（SVM）完成。我们通过分别训练不同的形状分类器（如圆形对椭圆形、圆形对大椭圆形和小圆形对椭圆形），比较神经表示倾向于视角形状的程度。

实验结果

fMRI和视角形状表示

fMRI模式解码结果显示，多个脑区（包括两侧的枕叶、颞枕叶皮层和枕叶）在圆形和椭圆形神经表示区分上表现出显著差异。在物体形状判别任务中，部分脑区（例如左枕极、右侧枕外侧皮层）显示出了其神经表示倾向于其视角形状的趋势。

MEG和时间维度

MEG模式解码结果表明，在物体形状判别任务中，从100ms到200ms左右，枕叶区域的旋转圆形神经表示倾向于视角形状。而在视角形状判别任务中，则显示出较长的倾向效应，这一效应从100ms开始，在200ms延续。与物体形状判别任务相比，视角形状判别任务中，在300ms左右后，颞叶区也体现出倾向效应。

结论

本研究表明，视角形状的神经表示存在于大脑的低级和高级视觉区域，且这些神经表示受注意力的调节。我们发现，无论任务类型如何，外侧枕皮层在其表示倾向于物体视角形状中扮演重要角色。低级视觉区域（如枕极）体现了完整的形状信息处理，支持了“反投”推测。注意力的调整对神经表示影响显著，尤其体现在更高级别的视觉处理区域，这表明视觉感知受目标导向的注意力显著调节。在视角形状判别任务中，左侧额中回作为唯一显现趋势的前额叶区域，验证了视角形状的语义处理与决策过程。

本研究揭示了视角形状的神经表示的时空特征，并证实了视角形状神经表示的存在及其受注意力的显著影响。未来研究应进一步探讨这些机制，深化对视角形状感知与注意力调控的理解。