热门:《eLife》：你如何这么爱脑补？

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原始elife神经前研

视觉表现

你身边有爱脑浆的伙伴吗？ 几句话说明他/她可以把电视剧加在头上。 将实际看不见的东西在精神上具体化的能力称为“视觉表象”( visual imagery )，也称为“心灵上看到的”( seewiththemind’seye )。

产生视觉表现的神经机制是什么样的？ 为了回答这个问题，很多研究者把眼球集中在视觉表象和视觉的相似性上。 研究证据表明，由枕叶、顶叶和额叶皮质多个区域组成的大型互联网是产生视觉表现的过程( pearson et al .，b； dijkstra et al .，)同时根据最近的研究结果，视觉表象的拷贝与早期视觉皮质的活动相关，这意味着与视觉表象相关的神经加工过程和视觉加工过程可能重叠( albers et al ) thirion et al .，2006； cui et al .，2007 ) .尽管有一些相似性，但视觉表现与视觉有明显区别:前者是基于内在驱动的表现，后者是基于外在驱动的表现。

几十年来，了解科学、哲学、神经科学和人工智能等行业的科学家们一直在争论“大脑如何进行内在特征”的问题。 一个观点是视觉新闻的内在特征是叙述性的( dedepictive，语言形式的)，另一个观点是这种内在特征也可以是具象的( pictive )。 现在普遍接受的一个观点是这两种表现形式存在于我们的大脑中。

个人差异

与感叹“有画面感”的人相反，另一个人永远不会幻想。 研究者用“想象中的障碍”( aphantasia )表现了不会产生这种视觉表现的集团( zeman et al .，)。 各人的想象力似乎有很大的差异。 这种差异不仅是主观报告( galton，1883 )，而且是视觉表现的客观测量( keogh &； pearson，。 极少数的研究试图深入探讨什么带来了视觉表现能力这么大的个人差异。 一份研究报告显示，视觉表象的生动性( vividness )与视皮质的bold*[1]信号变化呈正相关( cui et al .，2007 )。 另外，在被实验者产生视觉表象和视觉感知的过程中，有记录早期视皮质bold信号的相似性的研究，该相似性与视觉表象的生动关系( lee et al .； dijkstra et al .，。 这些先行研究表明视觉皮质活动和视觉表现的生动性之间有联系，但没有解释为什么善于利用早期的视觉皮质完成生动的视觉表现。 最近的研究中，keogh等人对视觉表象的另一个特征即视觉表象强度( strength )的个人差异进行了研究，发现皮质的兴奋性可能是这种个人差异的原因。 利用FMRI ( functional Magneticresonance IMS )和TMS ( TMS )，研究人员发现视皮质的兴奋性越低，视皮质的兴奋性越低。 另外，研究者使用tdcs ( transcranial direct current stimulation )进行了干预实验，明确了皮质兴奋性与视觉表象强度的因果关系。

译者注

[1] bold :血氧浓度依赖性( blood oxygen level-dependent )是fmri利用bold信号成像的技术。 具体而言，由于神经活动需要消耗氧气，因此该监测皮质所在区域的含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化可以间接地反映相应区域的神经活动。 fmri技术利用含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白两者对磁场的反应不同(含氧血红蛋白具有反磁性，脱氧血红蛋白具有顺磁性)的原理，反映了监视的脑区域的神经活动。

实验使用双目竞争表象范式( binocularrivalryimageryparadigm ) * [2]测定视觉表象的强度( figure 1)，此前的研究表明可以很好地测定精神表象的强度( pearson ) 想象一下某个视觉刺激，这个视觉表象过程有感知接下来进行的双目竞争实验中的感知，即他们感知到产生视觉表象的刺激( pearson et al .，b )的倾向。 更长期的表象过程在下一次双目竞争中增加相应刺激的感知启动* [3]。

译者注

[2]双目竞争实验是给受试者左眼和右眼带来不同刺激的实验设计，这样的实验设计让受试者感知左眼的刺激，感知右眼的刺激，同时感知不自觉地切换两刺激。 双目竞争现象受到很多因素的影响。 在现在的实验中，被实验者对某种刺激预先生成了视觉表现。 这个过程在下一次双目竞争中可能更有特点。

[3]基本效果是指由于以前出现的某种刺激而影响以后对相同刺激或相关刺激的知觉和加工过程的心理现象。 例如，给被实验者线索词“太阳”，之后出现的词为“月”时的反应比“蛟吟”短。

双目竞争表象范式

实验的流程按照“展示线索-制作视觉表现-双目竞争-反应记录”进行。

在实验中，被实验者首先看到文字r (表示红色水平方向刺激)或文字g (表示绿色垂直方向刺激)，根据线索生成视觉表现后，进行短的双目竞争实验，最后按下按钮，在双目竞争中占据感知特征的刺激(“1”是很多时候，

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个人差异

在这项研究中，研究者用两种方法测定皮质的兴奋性。 一个是记录被实验者觉醒但没有任务的状态下的resting-state的fmri数据，使用whole-brain surface-based analysis的做法进行标准化。 结果表明，测定的受试者视觉表现强度越高，大脑皮质x越高，大脑皮质的兴奋性越低，额叶皮质的兴奋性越高。 研究者还使用tms的方法测定了被实验者的光幻视阈值( pt )。 具体来说，对视皮质进行tms会产生微弱的视觉幻觉，通过测量产生该视觉幻觉所需的磁场强度，可以间接地反映皮质的兴奋性。 通过该方法得到的结论与fmri数据观察得到的结果一致。 迄今的研究表明，额叶皮质和视皮质可能在一点感知过程中合作( Østby et al .； 虽然是schlegel et al .，)，但该研究结果表明，考虑到两者的功能连接强度，无法更好地预测视觉表现的强度。 也就是说，决定受试者视觉表现强度的主要原因是额叶皮质具有高兴奋性和视皮质低兴奋性的受试者，不是这个区域间的时间结合。

受试者安静状态皮质兴奋性与视觉表象强度的关系

( a)fmri数据全脑表面组的分解结果。 上段的左右分别表示横向视角的左右半脑，下段的左右分别表示媒体视角的左右半脑。 红色表示正关联，蓝色表示正关联。 枕叶皮质(视皮质所在区域)的兴奋性与视觉表象强度呈负相关，额叶皮质的兴奋性与视觉表象强度呈正相关。

( b)tms方法测定被实验者幻视阈值的分解结果。 光幻视阈值的倒数(与皮质兴奋性成比例)与视觉表象强度呈相反的相关。

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建立因果关系

但是，仅仅确立皮质兴奋性和被实验者的视觉表现强度的关系，还不能明确两者之间是否有因果关系。 因此，研究者进一步利用tdcs技术开展了干预实验，通过控制tdcs电极的极性和位置来增强或减弱皮质的兴奋性( filmer et al .，)。 简单来说，如果把阴极电极放在某个皮质区域上，该区域的皮质兴奋性会下降，相反，如果放阳极电极，皮质的兴奋性会增强(不同电极的效果可能会受到很多做法和个人差异的影响，但strube et al .； filmer et al .，a； batsikadze et al .，； monte-silva et al .，。 为了避免阴极刺激和阳极刺激相互干扰，实验受试者分别在2天内从2种不同的电极受到刺激(至少离开24hr )。 可以进一步比较不同条件的tdcs对视觉表现强度的影响。 结果表明，在使用1.5ma的阴极刺激减弱视皮质的兴奋性的情况下，或使用1.5ma的阳极刺激增强额叶皮质的兴奋性的情况下，视觉表象强度提高。 但是有趣的是，在同样的刺激条件下，在阴极刺激下减弱大脑皮质的兴奋性，在阳极刺激下增强额叶皮质的兴奋性的情况下，被实验者的视觉表现强度没有发生显着的变化。 之所以有可能说明这个结果，是因为通过刺激两个区域其他一个区域的活动也受到影响，这个最终的刺激效果被中和( bikson et al .，)，或者实际作用的电流密度不足。

总结和讨论

该研究所报告的实验结果表明，皮质兴奋性可能影响视觉表象的强度，具体而言，视觉表象的强度与视皮质兴奋性呈负相关，与额叶皮质兴奋性呈正相关。 存在于个人之间的皮质兴奋性的差异，正在成为视觉上表现个人差异的可能性的解释。 从分子水平来看，这种大脑皮质兴奋性的个人差异可能源于兴奋性和抑制性神经递质浓度的差异:实验结果表明，早期大脑皮质的谷氨酸浓度与大脑皮质的兴奋性成正比( terhune et al .，b )，而gaba(γ-)

tdcs干预实验结果实例

( a )左:单独tdcs额叶皮质，电流1.5ma，比较有效电极位于左脑额叶，参考电极位于右侧颊，刺激时间15min。 右:用正极电极刺激额叶皮质时(统计图中为红色)，视觉表现强度增强。

( b )对额叶皮质和视皮质进行tdcs，参数相同。 左:实验中的具体刺激位置。 右:刺激额叶皮质和枕叶皮质，与电极极性无关，视觉表现强度无显着变化(统计图中蓝色和红色)，与对照组(统计图中灰色，实验中tdcs仪器刺激30s后停止)无显着差异。

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lisa clark

关于皮质兴奋性为什么会影响视觉表现的强度，作者认为皮质兴奋性的变化实际上引起了神经信号的信噪比( signal-noise ratio，snr )。 我们可以把神经活动理解为对信号施加噪音。 一般来说，神经信号是指一组神经元通过提高发行率来编码特定刺激，噪声是指其他无关的神经元活动，更高的信噪比可以带来更好的行为表现，但改变皮质的兴奋性。 通过增加或调节神经集团的活动，额叶皮质的更高兴奋性提高，可以放大自上而下的信号。 自上而下信号的增强更好地抑制了与低水平脑区域内信号无关的神经信号，提高了视皮质的信噪比。

这个研究所得到的结果似乎与迄今为止研究视觉表现的研究结果相矛盾。 例如，视皮质活动与视觉表象生动的正关联( cui et al .，2007； amedi et al .，2005； cattaneo et al .，； sparing et al .，2002 ) .但是，这些研究的实验大多测量分解事件相关( event-related )的神经活动和安静状态的视皮质的兴奋性对任务表现的影响。 那么，在这些任务中，被实验者的平均神经活动随着表象强度的增加而增加，对于哪个安静状态具有最低水平的视皮质兴奋性的被实验者，测定到最大的神经活动的一些变化的可能性很高。

极限和未来的研究方向

值得注意的是，实验中大部分被实验者的数据显示了相同的法则，但有些被实验者显示了相反的结果。 在迄今为止的一点研究中，tdcs的效果因人而异( chew et al .； lo´pez-alonso et al .，)在兴奋性的变化方向(增强或减弱)上也有不同的情况( strube et al .，)。 另一方面，不能完全排除的是tdcs的刺激实际上促进了实验任务中包含的其他认识过程，例如持续观察和选择性观察。 另外，在考虑该研究得到的结论时，需要特别考虑实验中具体使用的实验模式和实验参数。 现在的实验测定的只是视觉表象的强度，而视觉表象则是另一点的特征，如生动、容量和正确性( keogh &； pearson，； pearson et al .，； bergmann et al .，a )； 视觉表现的强度和生动性之间有关系，但没有证据说明皮质的兴奋性对其他这些特征的影响。 另外，实验中使用的视觉刺激是简单的红绿Gabor刺激(卷积正弦函数和高斯函数生成的刺激)，这种刺激非常适合早期视皮质的活性化。 另一方面，如果使用脸部刺激等更多复杂的刺激，与早期视皮质相比，在纺锤状脸部区域( fusiform face area )这样的更高级的脑区域中注意到更强的特征的可能性更高。 对于不同的视觉刺激，一种可能的特征机制是:提高额叶皮质的兴奋性可以增强自上而下的信号强度，从而增强所有类型的视觉表现。 但是，只有激活什么样的底层感觉特性(例如颜色和方向)的视觉表现才会受到大脑皮质兴奋性的影响。

现在的研究结果也为精神障碍的治疗提供了思路:在一点上，患者的表象可能没有得到控制，如精神分裂症和帕金森病，以及这两种疾病的患者更生动的精神表象( shine et al .； sack et al .，2005 )； 在另一种情况下，表象可用于疾病( pearson et al .，B )的治疗，有精神疾病倾向的个人自上而下的信号强于自下而上的信号( teufel et al .，)，使用非创伤性神经干涉疗法是患者 将来越来越多的事业需要探索带来更长时间效果的刺激方案，同时充分考虑介入手段效果的个人差异。

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原标题:《elife》:你怎么这么爱脑补？ ”。

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