基于DTI腦網(wǎng)絡(luò)多變量分析的面孔識(shí)別能力個(gè)體差異的研究.pdf

1、面孔信息是人類(lèi)的生存進(jìn)化和社交生活中最重要的視覺(jué)刺激之一。而面孔信息在大腦中的加工機(jī)制仍不得而知。探究面孔識(shí)別的腦連接網(wǎng)絡(luò)有助于人們了解面孔信息在大腦中的加工機(jī)制;有助于對(duì)臨床上伴有面孔識(shí)別障礙疾病的研究和治療;還有助于機(jī)器視覺(jué)中人臉識(shí)別算法的改善和提升，對(duì)國(guó)土保衛(wèi)、公共安全和交通安檢上具有重要意義。
　　在認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域，已有的研究證明人類(lèi)的面孔識(shí)別能力存在兩種極端情況，即面孔識(shí)別超級(jí)能力和面孔身份識(shí)別障礙。進(jìn)一步的研究表明在普通

2、人群中面孔識(shí)別能力也存在著較大的個(gè)體差異，而現(xiàn)存的研究往往忽略了個(gè)體差異所帶來(lái)的影響。本研究從面孔識(shí)別的個(gè)體差異角度入手，對(duì)面孔識(shí)別神經(jīng)機(jī)制進(jìn)行研究。在神經(jīng)影像科學(xué)領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)與面孔識(shí)別相關(guān)的腦區(qū)，比如:梭狀回面孔區(qū)（the fusiform face area，F(xiàn)FA）、枕葉面孔區(qū)(the occipital face area，OFA)，以及顳葉等腦區(qū)。此外，進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)面孔識(shí)別能力依賴(lài)于一個(gè)分布于全腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)該網(wǎng)

3、絡(luò)理論，面孔加工可以分解為多個(gè)認(rèn)知加工環(huán)節(jié)，并由網(wǎng)絡(luò)內(nèi)多個(gè)相互協(xié)調(diào)的功能模塊實(shí)現(xiàn)。面孔識(shí)別可以視為面孔加工多個(gè)認(rèn)知環(huán)節(jié)的功能集成。因此，從網(wǎng)絡(luò)分析的角度入手探討面孔加工的腦區(qū)之間連接模式，可以為面孔加工神經(jīng)機(jī)制的進(jìn)一步研究提供直接的影像學(xué)依據(jù)。
　　本研究利用彌散張量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI）構(gòu)建面孔加工的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)該網(wǎng)絡(luò)連接模式與面孔識(shí)別能力的個(gè)體差異之間的關(guān)系進(jìn)行分析。本研究首先通過(guò)

4、一系列的面孔和物體識(shí)別任務(wù)來(lái)對(duì)被試者的面孔識(shí)別能力進(jìn)行測(cè)量，然后通過(guò)DTI技術(shù)獲取被試者大腦的結(jié)構(gòu)連接矩陣，最后探究被試者的腦結(jié)構(gòu)連接矩陣與面孔識(shí)別能力之間的關(guān)系。這里最后一步分析包括四階段，第一，根據(jù)現(xiàn)存的認(rèn)知和神經(jīng)影像知識(shí)選擇出可能與面孔加工相關(guān)的腦區(qū);第二，根據(jù)皮爾遜相關(guān)分析篩選出與面孔識(shí)別能力可能具有關(guān)聯(lián)的腦連接;第三，利用彈性網(wǎng)回歸建立基于大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的面孔識(shí)別能力預(yù)測(cè)模型;最后，采用支持向量機(jī)(SVM)模型來(lái)驗(yàn)證本研究提取出

5、的面孔識(shí)別腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的有效性。
　　綜上，本研究得到了一個(gè)有效的面孔識(shí)別腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，并且驗(yàn)證了左側(cè)梭狀回腦區(qū)、部分枕葉腦區(qū)、右側(cè)顳極腦區(qū)以及部分邊緣系統(tǒng)腦區(qū)與面孔識(shí)別能力具有密切關(guān)系。這些發(fā)現(xiàn)表明傳統(tǒng)的功能影像研究中發(fā)現(xiàn)的面孔加工腦區(qū)在面孔識(shí)別腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中扮演著重要角色。此外，本研究還驗(yàn)證了面孔識(shí)別信息在大腦中是以腦網(wǎng)絡(luò)的形式加工的。本研究的發(fā)現(xiàn)有助于揭示面孔信息在整個(gè)面孔加工網(wǎng)絡(luò)中的傳遞模式，為研究面孔加工的神經(jīng)機(jī)制提供重要的影