枕颞网络在快速阅读中的作用：一项fMRI研究
枕颞叶网络在快速阅读中的作用——基于fMRI的研究
背景介绍
阅读是人类获取新知识的最有效的认知途径。尽管大多数以英语为母语的成年人平均阅读速度约为每分钟200到400个单词(w/min)，但许多人期望提高阅读速度，以更快更有效地获得新知识。一些速读爱好者声称他们可以以每分钟3万到4万个单词的速度阅读英语句子。为了提高阅读速度，可能采用多种策略，例如抑制发音习惯、在阅读时专注于关键词或概念、避免重复阅读句子以及通过训练扩大眼界范围等。
这些策略的提出引发了关于阅读过程中大脑活动的研究。已有的研究表明，阅读过程涉及多个复杂的语言处理的脑区。特别是，位于视觉皮层和颞叶的区域被认为在语言处理和阅读速度的调节中起到关键作用。然而，快速阅读不仅仅是简单的序列过程，还涉及多个脑区之间的动态交互。然而，早期关于这种交互的研究较少，因此本研究通过fMRI和先进的数据分析方法，探讨视觉颞叶网络在快速阅读中的作用。
论文信息
本文由Dexin Sun, Zhilin Zhang, Naoya Oishi, Qi Dai, Dinh Ha Duy Thuy, Nobuhito Abe, Jun Tachibana, Shintaro Funahashi, Jinglong Wu, Toshiya Murai和Hidenao Fukuyama等人撰写，研究人员分别来自深圳先进技术研究院、京都大学等机构。论文发表于《Neurosci. Bull.》，DOI为https://doi.org/10.1007/s12264-024-01251-w。论文于2023年4月23日收到，2024年3月15日接受。
研究设计
研究流程
本研究首先招募了23名参加了速读训练课程的日本本土讲者，但4人未能完成全部实验，因此最终纳入了19名参与者（7名女性，12名男性；年龄范围为20至46岁，平均32.4岁）。参加者进行了不同速度（慢速、中速和快速）的阅读任务，并在3特斯拉的fMRI扫描仪下接受扫描。
每节fMRI实验共包含19个区块（9个任务区块和10个休息区块），每个任务区块为30秒的视频，分别以慢速、中速和快速的速度呈现。参与者在任务区块期间阅读句子，在休息区块期间注视屏幕上的固定十字。实验结束后，参与者需要回答与内容相关的问题，以评估其速读性能。
数据处理
所有数据使用SPM12进行预处理及分析。每个参与者的回声平面成像（EPI）图像首先进行了几何失真校正，然后使用标准蒙特利尔神经影像学研究所（MNI）模板进行空间标准化，并对EPI图像进行高斯平滑处理。实验还包括对脑功能数据进行高通过滤和低频噪声去除。
全脑激活分析与参数调制分析
实验数据在个体水平和组水平进行建模分析，以探索阅读速度在大脑激活变化中的作用。在参数调制分析中，通过调整阅读速度（慢、中、快速）来研究阅读速度对大脑片段活化的调制效果。
心理生理交互分析和动态因果模型分析
研究进一步通过心理生理交互分析（PPI）和动态因果模型（DCM）分析，探讨了速读过程中视觉颞叶网络中不同脑区的功能连接和有效连接。其中，选择VOT（腹侧枕颞皮层）作为种子区，分析在速读训练组和对照组中的功能连接。
主要结果
行为结果
在读速训练组中，慢速阅读、中速阅读和快速阅读的准确率分别为69.1%、60.9%和63.1%，差异不显著。总的来说，迅速呈现句子的条件与慢速呈现句子的准确性相当。
全脑激活结果
阅读速度增加时，左STS（上颞沟）、左中颞回、左中枕回、左前中央回等区域的激活减弱。研究表明，阅读速度增加带来更大的认知负荷，需要更高水平的空间处理，但这些区域变得更松散活跃。
参数调制分析
在速负对比中，训练组显著激活的区域包括左中枕回和上颞回，而比较组激活区域为上颞回和上枕回。在速正对比中，训练组和比较组的激活区域相对稀少，主要包括中枕回。总的来说，速读训练组的VOT、STS和IO与比较组相比，在阅读速度增加时的抑制效果更显著。
功能连接分析
研究发现，VOT作为种子区时，不同阅读速度下的功能连接存在差异。特别是，左侧枕颞网络在快速阅读条件下功能连接减弱最为显著。在训练组中，VOT与STS和IO的激活模式在慢速对比快速条件下呈现更强的连接变化，显示出速读训练对连接模式的显著影响。
动态因果模型分析
DCM分析揭示了有效连接的调制情况。在速读训练组中，发现从ASTS到VOT的抑制连接更强，而从IO到VOT的增强连接较为显著。同时，分析显示在速读训练组中，信号从ASTS到VOT的抑制激活效应大于比较组，而从IO到VOT的增强效应较为适度，显示出大脑视觉颞叶网络在速读训练中的连接调制作用。
结论
本研究揭示了速读训练对语言阅读网络中的分布变化，表明大脑活动变化与速读训练相关：
- 在阅读实验中，参与者主要激活了处理视觉和阅读相关的脑区，特定速率的增加导致左侧枕颞网络的去激化。
- 阅读速度增加导致VOT及相关区域在左侧枕颞路径中的功能连接减弱。
- 采用IO作为感觉输入，DCM结果揭示了枕颞路径中的有效连接，强调了了解语言阅读过程中功能和有效连接的意义。
本研究为速读训练中的大脑功能变化提供了更精确的映射，有助于加深对大脑语言处理过程的理解。