MIT研究：婴儿大脑视觉皮层一个关键区域的形成比以前认为的要早得多

神经科学家们长期以来一直假设，这些区域需要多年的视觉经验才能在儿童中发展。然而，麻省理工学院的一项新研究表明，这些区域的形成比以前想象的要早得多。在一项对2至9个月大的婴儿的研究中，研究人员发现婴儿视觉皮层的区域已经显示出对面部、身体或场景的强烈偏好，就像它们在成年人中一样。

麻省理工学院麦戈文脑科学研究所成员、脑与认知科学教授Rebecca Saxe 说：“这些数据推动了我们的发展图景，使婴儿的大脑看起来与成年人更相似，在更多方面，而且比我们想象的更早。”

利用功能磁共振成像（fMRI），研究人员收集了50多名婴儿的可用数据，这一数字远远超过了任何研究实验室之前能够扫描的数字。这使他们能够以一种直到现在还不可能的方式检查婴儿的视觉皮层。

麻省理工学院的研究生和这项研究的主要作者Heather Kosakowski说：“这是一个将使很多人不得不真正努力了解他们对婴儿大脑、发育的起点和发育本身的理解的结果。”该研究于2021年11月15日发表在《当代生物学》上。

独特的区域

20多年前，麻省理工学院认知神经科学教授Walter A. Rosenblith利用fMRI发现了梭状回面孔区：视觉皮层的一个小区域，对脸部的反应比任何其他类型的视觉输入都要强烈得多。

从那时起，Rosenblith及其同事们还发现了视觉皮层中对身体（身体纹状皮层，或EBA）和场景（海马旁回位置区，或PPA）有反应的部分。

他是麻省理工学院大脑、思维和机器中心的成员，也是这项新研究的作者之一。“这提出了所有这些关于这些区域如何发展的问题。他们如何到达那里，以及你如何建立一个在每个人身上都有如此相似结构的大脑？”

动态刺激

试图回答这些问题的一个方法是调查这些高度选择性的区域何时在大脑中首次发展。一个长期的假设是，这些区域需要几年的视觉经验，才能逐渐对其特定目标产生选择性。研究视觉皮层的科学家们已经在4或5岁的儿童身上发现了类似的选择性模式，但对比这更小的儿童的研究却很少。

2017年，Saxe和她的一名研究生 Ben Deen 报告了首次成功使用fMRI研究清醒婴儿的大脑。该研究包括来自九个婴儿的数据，表明虽然婴儿确实有对面部和场景做出反应的区域，但这些区域还没有高度的选择性。例如，相对于其他类型的输入，包括人体或其他动物的面孔，梭状回面孔区并没有显示出对人脸的强烈偏好。

然而，这项研究由于受试者数量少而受到限制，而且它依赖于研究人员专门为婴儿开发的fMRI线圈，该线圈不能像用于成人的线圈那样提供高分辨率的成像。

在新的研究中，研究人员希望尝试从更多婴儿身上获得更好的数据。他们建立了一个新的扫描仪，对婴儿来说更舒适，也更强大，其分辨率与用于研究成人大脑的fMRI扫描仪相似。

在进入专门的扫描仪后，婴儿和父母一起观看视频，这些视频显示了人脸、身体部位（如踢脚或挥手）、物体（如玩具）或自然场景（如山）。

研究人员为这项研究招募了近90名婴儿，从52名婴儿身上收集了可用的fMRI数据，其中一半婴儿提供了使用新线圈收集的高分辨率数据。他们的分析显示，婴儿视觉皮层的特定区域对人脸、身体部位和自然场景显示出高度选择性的反应，这些反应在成人大脑中也是如此。然而，对自然场景的选择性并不像对面孔或身体部位那样强烈。

婴儿的大脑

这些发现表明，科学家们对婴儿大脑如何发育的概念可能需要修改，以适应这些特殊区域比任何人预期的更早开始类似于成人的观察。

Kosakowski 说："这些数据令人振奋的地方在于，它们彻底改变了我们理解婴儿大脑的方式。在视觉神经科学领域，很多理论都是为了适应这样的观点而发展起来的，即你需要多年的发展才能出现这些专门的区域。而我们说的是，实际上，不，你只需要几个月就可以了。"

由于他们关于大脑中对场景做出反应的区域的数据并不像他们研究的其他位置那样强大，研究人员现在计划对该区域进行更多的研究，这次是在一个更大的屏幕上向婴儿展示图像，这将更接近于模仿在场景中的体验。在这项研究中，他们计划使用近红外光谱学，这是一种非侵入性的成像技术，不需要参与者在扫描仪中。

Saxe说：“这将让我们询问年轻的婴儿是否对视觉场景有强大的反应，而我们在这项研究中低估了这种反应，因为扫描仪中的实验装置存在视觉限制。”

研究人员现在正在进一步分析他们为这项研究收集的数据，希望能更多地了解从他们研究的婴儿的梭状回面孔区的发展情况。他们还希望进行新的实验，研究认知的其他方面，包括婴儿的大脑如何对语言和音乐做出反应。