神经科学家对人脑如何组织成专门用于识别面孔或场景或用于其他特定认知功能的系统有了很多了解。 仍然存在的问题与这些能力如何产生有关。 这些网络——以及构成它们的区域——在出生时就已经专门化了吗？ 还是它们随着时间的推移发展出这些敏感性？ 结构又如何影响功能的发展？ 埃默里大学的心理学家丹尼尔·迪尔克斯说：“这是一个关于知识如何组织的古老的哲学问题。” “它从哪里来？ 我们天生拥有什么，又有什么需要经验？”
迪尔克斯和他的同事们在对迄今为止在此背景下研究的最年轻的人类进行的神经连接调查中探讨了这些问题：30 名婴儿，年龄从 6 天到 57 天不等（平均年龄为 27 天）。 他们的发现表明，回路布线先于并可能指导区域特化，从而阐明了知识系统如何在人脑中出现。 沿着这些思路进一步研究可能为自闭症等神经发育障碍提供见解。
在这项周一发表于美国国家科学院院刊的研究中，研究人员观察了两个研究最深入的、专门用于特定视觉功能的大脑网络——一个负责面部识别，另一个负责处理场景。 枕叶面孔区和梭状回面孔区选择性地响应面孔，并在成人中高度连接，表明它们构成了一个面部识别网络。 相同的描述适用于海马旁回位置区和后扣带回复合区，但用于场景。 所有这四个区域都位于下颞叶皮层，即人类耳朵的后方。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。 通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够持续产出关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
该团队使用了一种称为静息态功能磁共振成像 (rsfMRI) 的技术，该技术测量不同大脑区域活动同步的程度，以评估它们的连接程度。 婴儿在睡眠和紧紧包裹的状态下接受扫描。 “从新生儿那里获取 fMRI 数据是神经影像学的新前沿，”神经科学家和主要研究作者弗雷德里克·坎普斯说，他现在在麻省理工学院。“你需要参与者的头部保持静止，而睡着的婴儿是愿意保持静止的。”
研究人员发现，在这个幼小的年龄，面孔区域彼此高度连接，但与场景区域没有连接，反之亦然。 它们要过几个月才会对面孔或场景具有选择性，这表明连接先于功能的发展。
该团队还评估了这些区域与大脑中视觉输入首次从视网膜到达的部分之间的连接：初级视觉皮层或 V1。 该区域的结构使得来自视网膜中心的输入与来自视野外围区域的输入到达不同的区域，从而形成视觉世界的地图。 面孔网络与 V1 的中央区域紧密相连，而场景网络与 V1 的外围区域联系更紧密。 这种安排可能与我们通常注视面孔有关，而场景则扩展到我们整个视野。 因此，这些存在于婴儿最早期的网络被连接起来，以便接收最适合它们最终执行的功能的输入。
这是否意味着面部识别和场景处理是天生的？ 研究人员对此观点存在分歧。 2017 年，哈佛医学院的神经生物学家玛格丽特·利文斯通发表了一项新生猕猴研究，发现连接先于功能——但仅限于视觉地图。 利文斯通并非这篇新论文的作者，她认为对特定事物类别（如面孔）的敏感性源于看到它们的经验积累。 她说：“你天生就拥有这些地图，这就是驱动大脑最终组织的原因。” “那是经验作用的脚手架。” 在另一项研究中，她发现没有见过面孔长大的猴子没有发展出面孔选择性。
然而，其他人已经表明，先天盲人也具有面孔和场景选择性区域（例如，使用触觉或听觉刺激），这表明这些功能可能是天生的——或者至少，它们可能不仅仅依赖于视觉输入。 迪尔克斯指出，面孔并不是我们唯一注视的东西，其他研究人员提出，来自参与社交互动（例如母亲和婴儿之间）的高级皮层区域的“自上而下”的连接也可能塑造面孔选择性的发展。 这场辩论没有很快平息的迹象。 利文斯通说：“这一切都归结为这个哲学问题：人类是特殊的吗？ 他们的大脑是否有部分注定会成为这些特殊的东西？” “或者我们能否使用我们从低等动物那里继承的低级原则来解释它？”
除了这种理论上的争论之外，迪尔克斯还着眼于可能的临床应用。 他对两种被认为涉及大脑布线差异的神经发育障碍特别感兴趣：自闭症患者有社交障碍，可能与面部处理有关。 威廉姆斯综合征是一种导致导航问题的疾病。
可以研究自闭症儿童的兄弟姐妹，以询问面孔区域的连接性是否可以预测该病症的发病，该病症通常至少在两岁时才被诊断出来。 迪尔克斯还希望研究患有威廉姆斯综合征的婴儿，以询问场景处理区域之间的连接性是否存在问题。 “了解这一点很重要，”他说，“因为也许我们可以利用婴儿大脑令人难以置信的可塑性来更早地进行干预。”