神经机制|动物身体剪影分类的神经基础

这篇文章由Yue Pu和Shihui Han撰写，发表在2024年的《neurosci. bull.》上，探讨了人类通过神经过程对动物身体剪影的快速分类和认知。这项研究旨在揭示人类如何在缺乏面部信息的情况下，通过身体剪影来识别和分类不同物种的个体。研究主要集中在对不同动物（如黑猩猩、狗和鸟）的剪影进行多模态神经成像，以了解相关的神经机制。

研究背景

人类在日常生活中对人类和非人类动物的反应存在显著差异。例如，在没有面部信息的情况下，仅凭身体剪影，人体仍能够快速区分人类与其它动物。先前的研究已经揭示了大脑中与身体和非身体刺激选择性响应相关的神经回路和神经元。然而，对于大脑如何编码同一物种的不同个体的身体剪影相似性以支持其分类表示，目前仍不清楚。

研究来源

本文由Yue Pu和Shihui Han撰写，来自北京大学心理与认知科学学院和PKU-IDG/McGovern脑科学研究所。论文于2024年1月收到，4月接受。

研究流程

本文通过多模态神经成像，包括脑电图（EEG）和脑磁图（MEG），研究了对不同动物（黑猩猩、狗和鸟）身体剪影重复抑制（repetition suppression, RS）效应的时间和空间特征。研究共分为三个实验：

实验1：立正动物体剪影的神经响应

流程：

1. 受试者：实验1和实验2各有30名大学生参与，每次实验中分别排除一名数据不佳的参与者，最终分析中包括29人。

2. 刺激和程序：每个动物和人类的身体剪影各有16张，黑色剪影展示不同姿态。EEG记录中，在每次实验中，动物和人类的身体剪影分别在交替条件（alt-cond）和重复条件（rep-cond）下随机呈现。

3. 数据收集：使用64电极帽记录EEG数据，主要分析非目标动物和人类身体剪影的ERP。

结果：

• 脑电图（ERP）结果：ERP分析显示动物身体剪影的p2和p270幅度在重复条件下相较于交替条件显著减小。

实验2：倒置动物体剪影的神经响应

流程：

1. 受试者：与实验1相同，共30名参与者，分析了29人的数据。

2. 刺激和程序：实验2使用与实验1相同的刺激和程序，只是将所有图像倒置呈现。

结果：

• 脑电图（ERP）结果：倒置动物剪影的p2和p270幅度在重复条件下显著减小，但效应小于直立剪影。对于人类剪影，倒置条件下的n170幅度也表现出显著的重复抑制效应。

实验3：动物体剪影的MEG源定位

流程：

1. 受试者：28名大学生参与，包括13名女性。

2. 数据收集：使用全脑MEG系统记录脑活动，采用相同的实验设计来识别动物剪影类别的神经网络。

结果：

• 脑磁图（MEG）结果：MEG结果显示在左顶缘和左额叶皮质（203-276 ms和352-440 ms）有显著的重复抑制效应。

结论

这项研究揭示了动物身体剪影分类的两个阶段的神经过程：

1. 早期阶段（180-220 ms，p2）：前中央电极上的p2幅度重复抑制效应表明，对于动物剪影的分类在早期神经处理阶段起作用。

2. 晚期阶段（220-320 ms，p270）：枕顶电极上的p270幅度重复抑制效应表明，在早期分类后仍有后续神经处理阶段。

意义与价值

本研究通过ERP和MEG的结合，阐明了动物身体剪影的神经分类过程，这对于理解人类-动物互动的神经认知基础具有重要意义。通过识别涉及动物剪影分类的神经过程和脑区，这项研究为进一步探索身体剪影的感知和认知提供了关键信息。

研究亮点

1. 多模态神经成像的应用：结合EEG和MEG技术，提供了高时间分辨率的神经过程数据。

2. 配置和局部信息的区分：识别了动物身体剪影分类过程中配置和局部信息的不同作用。

3. 脑区定位：通过MEG源定位，确定了左顶缘和左额叶皮质在动物剪影分类中的作用。

这项研究引导了对人体和动物剪影分类的进一步研究，并提出了未来需要探讨的科学问题，包括局部特征与配置属性在身体剪影分类中的具体机制。