人类身体在枕颞皮层内的拓扑地形学表征

One of the most robust organizational principles in the brain is the topographic mapping of the body (Somatosensory homunculus and Motor homunculus) in the somatosensory and motor systems. Although the topographic representation of our own body has been supported by massive experiences and evidences, we still don’t know whether the topographic representation of the human body by visual input exists. We will use the high-field/high-resolution (7 Tesla) functional magnetic resonance imaging (fMRI), high informational variant of population receptive filed (pRF) and eye tracking technique to study the topographic representation of the human body by visual input. This project contains two parts: (1) using the high-resolution fMRI-based pRF technique to study whether the topographic representation of the human body by visual input exists; (2) combining of eye tracking technique, we study how was the topographic representation of the human body organized in human cortex. The project will contribute to our understanding of the processing mechanism of the human body in cortex.

人类自身身体在躯体感觉和运动皮层内的拓扑地形学表征（表现为：躯体感觉侏儒图和运动侏儒图）可以说是大脑皮层内最强、最重要的组织原则之一。虽然自身身体的这种地形学表征（涉及个体对自身的感觉和运动）早已得到大量研究证据的支持，但外部视觉输入的人体各部位在大脑皮层内的表征（涉及个体对他人的知觉）是否也具有这种地形学上的拓扑对应关系仍是一个值得研究的问题。我们将通过使用高强场（7 特斯拉）、高分辨率的脑成像技术、高信息含量的类群感受野技术及眼动追踪技术，力求深入地探讨外部视觉输入的人体部位在大脑皮层内的拓扑表征性质。本项目包括两个研究内容：（1）使用基于高分辨率功能性磁共振成像的类群感受野技术，研究外部视觉输入的人体部位在大脑皮层内是否具有精细的拓扑地形学表征；（2）结合眼动追踪技术，研究这种地形学表征是按照哪种有序方式进行排列的。这项研究的成果将有助于理解大脑对人体信息的加工机制。

本项目原计划通过使用高强场（7 特斯拉）、高分辨率的脑成像技术、高信息含量的类群感受野技术及眼动追踪技术，力求深入地探讨外部视觉输入的人体部位在大脑皮层内的拓扑表征性质。但由于新冠疫情原因，最终无法跨省使用高场强、高分辨率的7T磁共振成像系统。而在省内使用3T磁共振成像系统未获得期待的人类身体在枕颞皮层内的拓扑地形学表征结果。虽然如此，在本项目的支持和开展过程中，我们仍然获得了一系列的成果：首先，针对本项目涉及的关键技术“基于功能性磁共振成像的群感受野技术”，我们在中文核心期刊《生理学报》上发表了一篇综述文章，对这个关键技术进行了全面的介绍；其次，我们在3T磁共振系统上使用了基于功能性磁共振成像的群感受野技术进行了相关的研究，并在中科院JCR分区的一区杂志《Current Biology》上发表了一篇研究论文，该论文报道了我们使用这种技术研究视觉拥挤效应的神经机制所取得的重要进展，我们发现视觉早期皮层V2的群感受野大小在视觉朝向拥挤过程中起着关键性作用，是视觉朝向拥挤的一个重要瓶颈。这个研究不仅加深了我们对视觉系统进行物体识别机制的理解，而且具有重要的临床意义；此外，针对本项目涉及的另一项关键技术“眼动追踪技术”，我们也使用该技术进行了一些研究，并在中文核心期刊《心理科学》上发表了一篇研究论文，在这篇论文中，我们研究了人类的视觉系统在眼跳过程中是否存在双相调节机制，这种双相调节机制是否具有刺激选择性？我们的研究表明，人类的视觉系统在眼跳过程中存在双相调节机制，并且这种双相调节机制具有刺激选择性。