盲人注意网络与视觉皮层重塑机制研究

Early studies have shown that the visual cortex underwent cross-modal plasticity after early visual deprivation. Our previous studies focused on the structural and connectivity mechanisms of cross-modal plasticity in the blind. Recently, several studies indicated that attention might take part in the cross-modal activation of visual cortex in the congenitally or early blind people. However, the mechanisms of top-down modulation of attention network on the cross-modal reorganization of visual cortex is still unknown. Furthermore, although some of our early studies have shown that the reorganizations of brain structure and resting-state brain function were different between the early and late blind, the effects of age of onset of blindness on the functional plasticity of the attention network is also not fully clarified. In this proposal, we introduced functional magnetic resonance imaging, electroencephalography and transcranial magnetic stimulation techniques to clarify the following scientific questions: the mechanisms of functional plasticity of the attention network in the blindness, the mechanisms of top-down modulation of attention network on the cross-modal plasticity of visual cortex in the blind, and the effects of age of onset of blindness on the functional plasticity of attention network. This study can not only increase the knowledge of the neural mechanisms of cross-modal plasticity after visual deprivation, but also provide theoretical supports on the choice of suitable rehabilitation methods for people with different age of onset of blindness.

研究表明早期视觉剥夺后视觉皮层发生了一系列跨模态重塑。课题组在前期研究中重点阐述了先盲和早盲视觉皮层跨模态重塑的结构和连接基础。近年来有研究提示注意可能参与了先盲和早盲视觉皮层的跨模态激活过程，然而盲人注意网络对视觉皮层跨模态重塑的调控机制还不明确。另外，尽管课题组的几项前期研究发现晚盲在结构和静息态脑功能重构上和先盲存在差异，但是失明年龄对注意网络功能重塑的影响还不明确。本项目结合功能磁共振成像、脑电图以及经颅磁刺激技术，试图阐明以下具体科学问题：（1）盲人注意网络内的功能重塑机制；（2）注意网络对盲人视觉皮层跨模态重塑的调控机制；（3）失明年龄对注意网络功能重塑的影响。本项目的科学意义在于能增进我们对单感觉剥夺后人脑跨模态重塑机制的认识；本项目的临床意义在于可以为盲人康复方法的研发和优选提供重要的理论依据。

本项目针对视觉剥夺诱发的枕叶皮层跨模态重塑以及注意能力提高的背景，研究注意网络的功能重塑以及注意网络重塑对视觉皮层跨模态重塑的调控机制，以及失明年龄对注意网络功能重塑的影响。项目纳入了100+例不同失明年龄的盲人，研究发现：盲人背侧注意网络内，以及背侧注意网络与腹侧注意网络的自发功能活动同步性显著增强，注意网络与视觉网络的自发脑活动的同步性也显著增强；注意网络与视觉网络的自发脑活动同步性受到失明年龄的显著影响。另外，注意网络以及视觉网络局部自发脑活动也显著增强，而且盲人局部自发脑活动与灰质体积的变化呈负相关，提示盲人自发脑活动的增强可能是对结构损伤的代偿。盲人腹侧注意网络的核心节点前岛叶亚区与视觉通路的自发脑活动同步性也发生了改变，具体表现为背侧前岛叶与背侧视觉通路连接增强，而与腹侧通路及初级视觉皮层的同步性减弱；而腹侧前岛叶与腹侧视觉通路的连接增强，失明年龄与前岛叶-视觉通路的功能同步性呈负相关，提示视觉剥夺后，视觉皮层处理的非视觉信号通过两条平行的通路(背侧与腹侧通路）与前岛叶交流。最后，为了进一步弄清盲人的注意相关网络重构模式是否在其它感觉剥夺脑中是否具有普适性，本项目额外采集了早聋的影像学数据，研究表明：早聋听觉皮层也能跨模态参与视觉任务，而且背侧注意网络的核心节点额叶眼区到听觉皮层的信息流增强；另外，重构听觉皮层与腹侧注意网络核心节点前岛叶的自发脑活动同步性也增强，这些跨模态重构都与早聋的感知能力呈正相关，进一步验证了感觉剥夺后注意网络对剥夺感觉皮层跨模态重塑的调控作用。