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- July 22, 2011
- 01:34 AM
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吊桥
一个网友在温哥华开会，发了一张吊桥的照片，这让我想起了心理学著名的吊桥实验。搜了一下原文，这个研究确实是在温哥华附近做的，但是是另一个有名的吊桥—— Capilano Canyon Suspension Bridge。Capilano吊桥 (图片来自Google)说起来Capilano吊桥应该是心理学史里最浪漫的地点之一了。在1974年的一项研究中，心理学家就是借这个吊桥展示了爱情的幻觉是如何产生的。在那个研究中，美女实验助手就在Capilano吊桥旁边拦下刚走过吊桥的男性游客，让他们填一些调查问卷。女助手顺便撕下问卷的一角，将电话留给游客。这样做看起来是为了方便游客跟进研究的结果，而实际上是想统计随后会有多少男游客会给女助手打电话搭讪。Capilano吊桥大概有70米高，栏杆很低，而且摇晃得厉害。研究人员认为，游客刚过吊桥后会心跳加速、双腿发软，这与喜欢一个人的感觉是类似的。而这时美女助手来搭讪，游客很有可能将心跳加速、双腿发软的感觉归因为对助手的喜爱。如果游客对助手感觉好，就更有可能随后打电话搭讪。作为对照，实验的另一个地点选在附近一个离水面很近的稳固的木桥旁。结果恰好验证了实验者的假设。相比于刚过了木桥的游客，有更多走过Capilano吊桥的游客在随后给女助手打了电话。摇曳的吊桥不仅增加了游客的紧张感，而且也提高了游客对异性吸引力的判断。这么多年过去了，不知道这座吊桥有没有真的促成过姻缘。不过与这样一个有意思的研究联系在一起，也算是心理学的一个“圣地”了 :) 。希望有机会可以去看一下。“心跳”的感觉什么样？Google吊桥时顺便发现了这个视频，可以感受一下。Dutton, D., & Aron, A. (1974). Some evidence for heightened sexual attraction under conditions of high anxiety. Journal of Personality and Social Psychology, 30 (4), 510-517 DOI: 10.1037/h0037031... Read more »
Dutton, D., & Aron, A. (1974) Some evidence for heightened sexual attraction under conditions of high anxiety. Journal of Personality and Social Psychology, 30(4), 510-517. DOI: 10.1037/h0037031
- July 4, 2011
- 03:58 PM
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如何测量大脑结构 - 从影帝的文章说起
2011年奥斯卡奖已经过去很久了，但有一个话题还被人津津乐道，那就是奥斯卡奖的学术范儿。最佳女主角Natalie Portman早在2002年在哈佛心理系读书时就曾发表过关于婴儿前额叶皮层参与物体恒存性的文章。而最佳男主角Colin Firth刚刚在四月的Current Biology上发表了了一篇关于政治倾向与大脑结构关系的学术论文。这篇文章发表在生物学顶级期刊，主题也很抓眼球，值得仔细介绍一下。从颅相学说起 扯远一点，人们逐渐意识到大脑是产生思维的器官后，就试图测量大脑与心理活动的关系。一个早期的尝试就是19世纪风靡欧洲的颅相学。颅相学认为思维由一系列不同的功能组成，不同的功能对应着不同的大脑结构。但受到技术的限制，当时能测量的只有颅骨的形状。德国医生Gall将颅骨的凹凸与不同的心理功能联系在一起，这就是所谓颅相学。颅相学 现在看来，颅相学认为大脑特定区域负责特定心理过程的思路是正确的。但由于测量手段太粗糙，却过度解释了测量结果，最终走向了伪科学。另一方面，当时对心理过程的理解有限，颅相学所要定位的复杂人格成分，现在认为是分布在大脑的各个区域协作完成的。要想精确大脑结构负责的心理功能，还需要将心理现象分解成更精细的、相对独立的过程。磁共振成像 直到20世纪八九十年代，技术的进步才使得精确测量大脑结构成为可能。其中最有代表性的就是CT与磁共振 (MRI)技术的成熟。与常见的CT图像类似，MRI可以成像分辨率大约1毫米的三维大脑结构。而且MRI不使用放射线，应用更安全。 如何测量大脑呢？人的大脑皮层折叠卷曲在一起，看上去沟壑丛生。早期解剖大脑，人们通常只是测量沟回的角度和宽度等等。但对于MRI的三维图像，就可以用计算建模的方法测量。 首先根据灰度将整个大脑分割成灰质、白质、脑脊液等组织。这样，每一个体素 (体积像素)上的值就代表了这一位置灰质的密度。因为每个大脑的形状都有差异，所以接下来需要把每个人的灰质密度图标准化到一个通用的模板上。在标准化的过程中，某些区域可能被压缩，这一区域的值就相应增加；而某些区域可能被拉伸，相应体素的值就减小。这样每个体素的值也反映了体积的信息。左：原始MRI图像；中，分割后的灰质密度图像；右标准化后的灰质体积图像。 有了一组人的大脑灰质“体积”图像，如果再测量了这批人的心理指标，就可以考察两者之间的联系了。如上面所提到的，灰质体积图像的每一个体素代表了这一位置的灰质“体积”。在每一个体素上用灰质体积与心理指标做相关，就不仅可以知道心理指标是否与大脑结构相关，而且还可以看具体哪个大脑区域与心理活动相关。 比如，一个人空间位置感的高低与哪个脑结构有关呢？心理学家对比了伦敦的出租车司机与普通人的大脑结构。结果发现与空间记忆及导航有关的海马体存在结构差别。出租车司机有着更大的海马体。这也验证了长期经验会导致相应大脑结构的持久性变化的观点。大脑结构？ 虽然相比于拿皮尺量头围已经精确了很多，但这种基于体素的形态学分析究竟反映了什么大脑结构还是经常受到怀疑。在目前常用的分辨率下，一个体素包含了超过1,000,000个神经元。因此所谓的灰质体积，既可能反映微观的神经元的数量、体积或髓鞘化程度，也可能反映了宏观的皮层折叠程度。而且一些研究发现，形态学测量的结果也不一定是持久的稳定变化。比如女性海马体和基底神经节的体积会随着月经周期而波动。 和所有脑成像研究类似，基于体素的形态学分析无法直接测量大脑结构，因此在作为科学证据时并不是很“硬”。这种方法通常只能验证已知功能的脑区是否与某个心理活动有关，但如果得到某心理活动与一个完全无法解释的区域相关，人们更有可能怀疑是分析方法出错了。 正因为如此，大多数脑成像研究都关注于比较简单的心理活动，比如运动加工、奖赏加工等等。而对于一些高级的社会认知，通常认为牵扯的加工过程多，涉及到多个脑区的协作。在心理学没有搞清楚内部加工过程时，很难找到特定的神经相关，就比如人的政治倾向。虽然在政治心理学是个热门问题，但通常认为倾向自由和保守是个复杂的过程，很难想象可以将其还原到大脑的某一个脑区。政治倾向与脑结构 直到2007年，纽约大学的一组心理学家用脑电发现了自由倾向和保守倾向被试在神经活动上的差别。当人在意识到自己犯了错误之后，脑电波中会出现一个负波，即错误相关负波。行为研究已经发现保守倾向者作决策时更结构化，更固执，而自由倾向者曾更能容忍模糊性和复杂性，有更好的开放性。脑电的结果表明了保守倾向的人的错误相关负波更小，也就是他们对错误不敏感，可能因此就表现得更固执、保守。上图显示了自由倾向的人有比保守倾向的人更大的错误相关负波；下图显示错误相关负波的源定位在扣带回。图片来自Amodio et al., (2007) 错误相关负波来源于大脑中一个叫前扣带回的结构，它对错误的敏感性决定了一个人是倾向于自由还是保守。那么这种敏感性是否是由脑结构决定的呢？这就是影帝这篇文章的研究假设来源。他与伦敦大学学院的神经科学家Kanai和Rees讨论了想法，并由后者实施了实验。他们用前面讲过的形态学方法统计了90名大学生的大脑灰质体积。结果发现与政治倾向相关的脑区正包含了前扣带回 (另一个是与知觉威胁有关的杏仁核)。如果一个人前扣带回的灰质体积更大，那么他就越可能倾向自由主义。自由主义者有更大的扣带回体积 (图片来自 Kanai et al., 2011)。 发现大脑结构的差异要比仅仅神经活动的差异更进一步，但仍然很难说是由于遗传造成的大脑结构差异再导致了政治倾向，还是后天的发育的影响了大脑结构和政治倾向。另外，如果人为改变前扣带回的敏感性 (比如用药物，酒精等)，是否会影响人们的自由/保守倾向？形态学的分析只是发现一个联系，更多有趣的问题，还需要更深入的研究来解答。... Read more »
Kanai R, Feilden T, Firth C, & Rees G. (2011) Political orientations are correlated with brain structure in young adults. Current biology : CB, 21(8), 677-80. PMID: 21474316
- March 13, 2011
- 08:21 PM
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如何画出漂亮的图
题目其实是个标题党。我一直都在尝试各种方法把paper中图片做的更漂亮，但效果总是不理想。而读paper时经常能看到让人眼前一亮的图。比如最近Journal of neuroscience一篇关于视觉系统随机共振的研究。 所谓随机共振，就是当一个非线性系统在加入少量噪声时的工作效果要比完全没有噪声时好。人的神经系统就是个典型的非线性系统。上图是原文中的一个figure。要注意的是最上面的原始图像两个斜杠之间的细节。斜杠中的斜杠是阈下的，通常很难被知觉到，但如果加入适当的噪声，就可以清晰地看到斜杠中间的细节 (中图)。 初看到这幅图，我的感觉这是对随机共振效应的最好的演示。因为之前对随机共振的介绍都是理论或者语言描述，从来没有给过这样直观的演示。但说实话，很难看出如何只加入噪声就可以把第一幅图像变成第二幅图像的样子。我自己用MATLAB对原始图像加随机噪声，完全得不到这种效果。当然我自己的图像处理水平有限，电脑显示器也比较低级。不知道哪位高手可以实现。OR, 这其实只是个示意图？Schwarzkopf, D., Silvanto, J., & Rees, G. (2011). Stochastic Resonance Effects Reveal the Neural Mechanisms of Transcranial Magnetic Stimulation Journal of Neuroscience, 31 (9), 3143-3147 DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4863-10.2011... Read more »
Schwarzkopf, D., Silvanto, J., & Rees, G. (2011) Stochastic Resonance Effects Reveal the Neural Mechanisms of Transcranial Magnetic Stimulation. Journal of Neuroscience, 31(9), 3143-3147. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4863-10.2011
- February 27, 2011
- 01:16 AM
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老板面前无自我 只是在中国
之前介绍过一个所谓“老板效应”的研究，即对自我相关刺激加工的优势在当老板存在的时候会消失。实验的具体做法是，给被试呈现一系列的头像，被试的任务是判断头像的朝向。通常来说，如果头像是被试自己，被试的反应会更快一点，即自我优势。但如果实验刺激中既有被试自己，也有被试的导师，那么被试对导师的反应反而更快，即所谓老板效应。简单地说，就是“老板面前无自我”。这个研究是在北大心理系做的，实验对象是中国研究生。当时我就觉得，这种效应可能只存在于中国这种集体文化下，而对个体主义的西方人则不大可能存在。这点我来到美国后也有点感受。虽然我老板其实比较nice，但我跟他说话时还是感觉很别扭，但实验室的白人物理哥却敢跟老板说resting state fmri是bull shit。虽然只是开玩笑，但这种玩笑中国人是无论如何也开不出来的。最近这个研究的作者又在美国进行了同样的实验。果然对于美国被试，无论老板是否存在，都是对自己头像加工的速度更快，这与中国被试的结果正好相反。相信这个结果对中国人来说不会觉得太奇怪。但这个研究是少有的先在中国发现的现象，再拿到美国去做跨文化比较的研究。希望以后这样的研究越来越多。 ^_^Liew, S., Ma, Y., Han, S., & Aziz-Zadeh, L. (2011). Who's Afraid of the Boss: Cultural Differences in Social Hierarchies Modulate Self-Face Recognition in Chinese and Americans PLoS ONE, 6 (2) DOI: 10.1371/journal.pone.0016901... Read more »
Liew, S., Ma, Y., Han, S., & Aziz-Zadeh, L. (2011) Who's Afraid of the Boss: Cultural Differences in Social Hierarchies Modulate Self-Face Recognition in Chinese and Americans. PLoS ONE, 6(2). DOI: 10.1371/journal.pone.0016901
- February 19, 2011
- 02:02 AM
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下棋的直觉来自基底神经节
要理解人类的智力，棋类游戏无疑是很好的研究对象。比如在1997年，名叫“更深的蓝”的超级电脑战胜了国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫。计算机下棋靠的是逻辑运算。但对于人类来说，人的大脑并没有计算机那样穷尽所有可能，相反人类经常依赖于一些直觉性的判断走棋。人类的大脑如何根据棋盘形式作出判断？这类研究因为实验设计很困难，因此很少被人研究。据我所知的两个研究，分别研究了在下围棋和国际象棋时的大脑活动 (doi 1, doi 2)。对于棋类这种高级认知任务，难点在于设置对照条件。这两个研究都是对比了观看真实棋盘形势的条件与棋子随机摆放时大脑活动的差异。但是这样还是会混入大量混淆因素，比如注意等，激活的区域几乎包括了大部分的任务正网络。而最近这篇发表在Science的文章，通过巧妙的设计研究了在下日本将棋时的脑机制。首先研究者招募了一组职业将棋选手，将他们与业余被试进行比较。这样的设计可以帮助确定激活的大脑区域是否与将棋的专业技能有关。而另一个最主要的亮点是，研究者对比了被试在快速选择下一步棋和深思熟虑进行判断时脑活动的差别。在快速选择的任务中，棋盘形势出现的时间只有1秒钟，这样可以尽量较少被试搜索的时间，而更体现直觉性的判断。上图是其中的一个结果。在对比快速判断和深度判断时大脑活动的差异，以及对比快速判断任务和感觉运动控制任务大脑活动的差异时，有更高激活的区域是皮层下的基底神经节，而不是负责常规认知加工的皮层网络。基底神经节与习惯化的反应选择有关。如此复杂的将棋任务也会激活基底神经节，这个结果很强大，这可能也反映了职业选手常年训练的结果。这一结果也提示了人类的智能不仅包含深思熟虑的思考，也包含直觉性的判断。这也许是与人工智能最重要的不同点吧。Wan, X., Nakatani, H., Ueno, K., Asamizuya, T., Cheng, K., & Tanaka, K. (2011). The Neural Basis of Intuitive Best Next-Move Generation in Board Game Experts Science, 331 (6015), 341-346 DOI: 10.1126/science.1194732... Read more »
Wan, X., Nakatani, H., Ueno, K., Asamizuya, T., Cheng, K., & Tanaka, K. (2011) The Neural Basis of Intuitive Best Next-Move Generation in Board Game Experts. Science, 331(6015), 341-346. DOI: 10.1126/science.1194732
- January 23, 2011
- 12:21 AM
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把握问题核心，还得高瞻远瞩
发表于果壳网 http://www.guokr.com/article/4459/0.618 编辑当你准备明天去买一部手机时，你会主要考虑手机的哪些特性？当你准备明年买一部手机时呢？认知心理学的研究发现，当思考的事件的心理距离不同时，思维方式也会发生变化。《生活大爆炸》中的Sheldon 有一个 spot （点）作为他的绝对的时空原点 [0 0 0 0]，而一般人思考时是以自我的此时此刻为中心的。在心理空间中距离的差异会影响思考的方式。这个心理距离既包括空间上的远近，也包括时间上的过去、现在和未来。心里距离的远近，会影响思维的建构水平，从而影响思考方式。按照纽约大学的Yaacov Trope和特拉维夫大学的 Nira Liberman 共同提出的建构水平理论 (Construal-Level Theory)，心理距离远的事件会被表征得更抽象、更一般，而心理距离近的事件则会被表征得更具体、更明确。当评价一件物品时，如果心理距离远，这个物体的概念就更抽象，因此思维关注的是物体的首要的核心属性；而如果心理距离近，对这个物体的概念就更具体，因此思维关注的是一些次要的细节属性。比如在计划购买手机时，如果打算一年后购买，思考时更容易考虑的是手机的核心属性，比如手机质量、通话效果等。而如果打算立即购买，则会更关注一些可能无关紧要的细节，比如铃声、颜色等等。心理距离会影响思维的很多方面。比如在2010年的一项研究中，研究者表明了心理距离会影响人们的态度改变。可以设想一下你对器官捐献持何种态度。如果从抽象的角度思考器官捐献，通常会觉得这是件好事，很多名人也做过器官捐赠。如果从具体的角度考虑，就会牵扯到死亡，以及如何进行捐献这样的细节问题。可以想象，如果思考具体细节，人们的态度很容易因为关注细节的不同而改变。比如，如果想到了自己的死亡，可能就不会同意捐献，但如果想到了可以帮助他人解除痛苦，就很可能支持器官捐献。相反，如果只是抽象的思考一个问题，人的态度通常就不会受到具体情境的影响而改变。在这个研究的一个实验中，研究者让参与者判断是否支持一个器官捐献法案，这个法案可能是几天后生效，也可能是一年后生效。在做判断之前，参与者还会被告知同伴对这个问题的看法。结果发现，当考虑一年后生效的法律时，参与者是否支持法案不受同伴的影响；而如果是考虑几天后就生效的法案，参与者的态度就会显著受到同伴态度的影响。总之，“距离”会产生更抽象的思维方式，使得人们对心理距离越近的事件的态度越灵活，而对心理距离越远的事件的态度越稳定。但这两种思维模式并没有好坏之分。在一定程度上，如果可以避开细节的纷扰，可能会帮助我们做出明智的选择。但这样做的风险是人们可能会固执于自己的偏见，从而变得呆板。了解这两种思维方式的利和弊，才能帮助我们更好地做出决策。参考文献Ledgerwood, A., Trope, Y., & Chaiken, S. (2010). Flexibility now, consistency later: Psychological distance and construal shape evaluative responding. Journal of Personality and Social Psychology, 99 (1), 32-51 DOI: 10.1037/a0019843Trope Y, Liberman N, (2010). Construal-level theory of psychological distance. Psychol Rev. 2010 Apr;117(2):440-63.... Read more »
Ledgerwood, A., Trope, Y., & Chaiken, S. (2010) Flexibility now, consistency later: Psychological distance and construal shape evaluative responding. Journal of Personality and Social Psychology, 99(1), 32-51. DOI: 10.1037/a0019843
- December 22, 2010
- 05:25 AM
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谈得投机，才能情投意合
在恋爱关系中，双方的相似性起着很重要的作用。比如兴趣、价值观、性格等，常常决定着初期的选择，并可以预测长期的稳定程度。相似性还表现在交流过程中的相互匹配，比如手势，目光注视和姿势等。对语言相似度的研究通常关注虚词使用的相似度。虚词又称功能词，经常被使用，但是与对话的内容无关。因此心理学家认为虚词的使用与恋爱关系会存在关联。在两性交往中，最主要的功能词是人称代词。如果夫妻间使用我们 (we)多，而使用你 (you)少，则离婚的概率降低，而且对婚姻的满意度更高。语言是一个互动的过程，单方面的考察词语使用并不是好办法，相反要看的双方使用词语的匹配程度。因此心理学家开发了语言风格匹配 (language style matching, LSM)技术，来统计对话双方使用某一类词语频率的相关性。具体做法是，将两人对话文本分成人称代词，非人称代词、冠词、连词、介词、助动词、频率、否定词和量词九类，分别计算每一类词语两人使用的概率的相关性，再将9类的相关性平均。研究者一共做了两个实验。实验一是在一次快速约会中，记录了40对男女的对话场景，然后计算两人对话的LSM。随后参与者需要向实验者报告否愿意与对方继续交往。结果发现，谈话时语言匹配度越高的双方更倾向于开始恋爱关系。实验二关注的是语言匹配对恋爱关系稳定性的影响。实验者记录了84名参与者10天的IM聊天记录，并在3个月后调查参与者是否还维持着恋爱关系。结果符合预期，那些在聊天中更“和谐”的伴侣，更容易保持稳定的恋爱关系。需要注意的是，语言匹配程度与参与者主观报告的两人相似性是相对独立的。如果去除主观相似性的影响，语言匹配的相似仍可以预测恋爱关系的起始以及稳定程度。这说明谈话中的相似程度双方不一定能够意识到，但确实会影响两人恋爱中的关系。另外，这篇文章还提出了可以利用QQ或MSN聊天记录来预测恋爱关系的稳定程度。Geek们如果可以把这个功能实现，还是很有应用前景的 :) 。Molly E. Ireland, Richard B. Slatcher, Paul W. Eastwick, Lauren E. Scissors, Eli J. Finkel, & James W. Pennebaker (2010). Language Style Matching Predicts Relationship Initiation and Stability Psychological Science DOI: 10.1177/0956797610392928... Read more »
Molly E. Ireland, Richard B. Slatcher, Paul W. Eastwick, Lauren E. Scissors, Eli J. Finkel, & James W. Pennebaker. (2010) Language Style Matching Predicts Relationship Initiation and Stability. Psychological Science. DOI: 10.1177/0956797610392928
- December 4, 2010
- 01:01 PM
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随机共振 (Stochastic Resonance)
噪声是无处不在的，比如要听一个人说话，就要尽量排除周围无意义的声音的影响。对于一个抽象的信号加工系统，噪音的存在通常会影响系统传递信息和检测信号的能力。因此理论上讲，噪音是系统的敌人。但在实际的系统中，经常会发现当系统中存在不可预期的随机震荡时，系统的表现不仅不会降低，反而会增加。这就是传说中的随机共振现象 (Stochastic Resonance)。对于一个理想的线性系统，噪声自然会影响系统的表现。但对于复杂的非线性系统，特别是自然界中实际存在的系统，常常会表现出随机共振。随机共振最早由Roberto Benzi与1980年提出，用来研究冰河纪的周期变化。对于复杂的神经系统，自然也是随机共振研究的热点领域之一。1991年，Bulsara等人第一次提出了单个神经元的包含随机共振的模型。心理物理学研究也发现，加入一定空间和时间噪声之后，视知觉阈限会降低。下图中横坐标代表噪声强度，纵坐标代表图片的检测阈限。阈限最低的点并不是噪声最小的点，相反噪声强度在一定水平时阈限才是最低的。图片来源： Simonott et al., 1997对人脑成像的研究也有一个有意思的结果。McIntosh等人 (2008)的研究发现，虽然在儿童发育过程中，行为表现的稳定性会提高 (trial by trial variability)，但诱发电位的变异却是增加的。这说明大脑活动的变异水平可能与认知能力的高低有关。当然，心理学和脑成像的实验都只是观察到了符合随机共振的现象，还不能对随机共振的原理进行解释。不过随机振荡现象对人脑中存在的众多噪声的作用的理解可能有很大的帮助，比如fMRI信号的低频振荡。另外，随机共振现象在生物医学工程领域也有应用价值。比如在老年人的运动训练中加入触觉振动刺激，可以提高老年人的身体平衡能力。人工耳蜗移植后使用随机听觉刺激也可以帮助听觉神经的恢复。McDonnell, M., & Abbott, D. (2009). What Is Stochastic Resonance? Definitions, Misconceptions, Debates, and Its Relevance to Biology PLoS Computational Biology, 5 (5) DOI: 10.1371/journal.pcbi.1000348... Read more »
McDonnell, M., & Abbott, D. (2009) What Is Stochastic Resonance? Definitions, Misconceptions, Debates, and Its Relevance to Biology. PLoS Computational Biology, 5(5). DOI: 10.1371/journal.pcbi.1000348
- October 30, 2010
- 02:24 PM
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攻击性、基因和文化
在新知客九月号写了一篇文章介绍MAO-A基因与攻击性的关系。MAO-A是一种控制神经递质血清素和肾上腺素释放的酶。荷兰研究者Brunner等于1993年最早发现，编码这种酶的基因与攻击性行为相关。神经科学的研究发现MAO-A-L型基因型的被试的杏仁核对情绪线索更敏感，而眶额皮层抑制能力减弱，从而可能导致冲动性的攻击行为。针对白种人的研究，MAO-A基因与攻击性的联系是比较明确的。有两件事引起了争议。首先是2009年，意大利的法庭第一次因为杀人犯携带MAO-A-L型基因，减少了刑期。这引发了遗传与刑事责任之间关系的争论，Nature也作了报道。另一件是在2006年，有研究者在一个国际会议中报告了在新西兰土著毛利人群中，携带MAO-A-L型基因的比例高达56%。而对于高加索人种，MAO-A-L型基因携带比例约为34%。因为传说毛利人有食人的历史，这一结果似乎会加深人们对毛利人野蛮的印象。因此新西兰媒体进行了广泛的讨论。最终研究者认为，MAO-A与不仅与攻击性行为相关，还与冒险行为有关。因为毛利人可能是乘坐独木舟冒险跨海到达的新西兰，这个历史可能对MAO-A基因做了正向的选择。而且，MAO-A基因与攻击性的联系目前只在高加索人群中研究过，其他种族的研究都很少。毛利人中MAO-A基因与攻击性是否存在联系还没有证据。这篇文章其实还有一个有趣的结果，就是中国人中MAO-A-L型基因携带的比例高达77%，为全世界最高。当然，数据只来源于台湾学者的一个小样本研究 (n=55)，大陆这方面的数据还没有。但这个结果还是让我很惊讶。因为印象中，中国人的性格并不好斗，反而偏阴柔。当然，好斗只是一方面。研究还发现MAO-A基因还与对社会拒绝的敏感性有关。因此MAO-A基因与攻击性的联系可能由对社会拒绝的敏感性中介。在今年的一个研究中，Lieberman还发现国家人群中MAO-A基因的百分比与这个国家个人主义-集体主义倾向相关。MAO-A-L基因型人比例越高的国家，就越可能是集体主义取向 (上图)。Lieberman的研究实际上是之前介绍过的五羟色胺基因研究的继续。这两个研究都明确的表明了基因与文化之间的交互关系。对于中国等东亚国家来说，集体主义价值观可能起到缓解社会拒绝焦虑的作用，从而会减少由此引发的反社会攻击性行为。反过来讲，中国人的攻击性倾向可能并不低，但通常会被压抑。一旦被某种“合理性”释放出来，破坏力还是蛮大的。比如一两周前发生在成都武汉等地的事情，以及四十年前发生在全中国的事情。下图的出处就不介绍了，你们懂的。Way, B., & Lieberman, M. (2010). Is there a genetic contribution to cultural differences? Collectivism, individualism and genetic markers of social sensitivity Social Cognitive and Affective Neuroscience, 5 (2-3), 203-211 DOI: 10.1093/scan/nsq059... Read more »
Way, B., & Lieberman, M. (2010) Is there a genetic contribution to cultural differences? Collectivism, individualism and genetic markers of social sensitivity. Social Cognitive and Affective Neuroscience, 5(2-3), 203-211. DOI: 10.1093/scan/nsq059
- October 21, 2010
- 05:33 AM
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认知神经科学2.0
认知神经科学发展至今已取得了丰硕的成果。特别是fMRI技术的应用，使得研究的数量几何增长。但这一领域研究的问题依然普遍存在：比如BOLD信号的来源一直有人质疑，还比如很严重的数据分析的双重提取问题 (double dipping)。作为一门科学，不仅要不断积累实验数据，还要将积累的数据整合成系统的知识。Trends in Cognitive Sciences上的这篇文章，就对脑功能研究的积累以及整合提出了构想。fMRI研究最大的问题其实是由数据性质及分析方法决定的，即高空间分辨率的大量测量数据，以及大量单变量统计 (mass univariate)的分析方法。这会导致一系列问题：一是统计效力 (power)低。受资金的制约，fMRI研究的被试一般只有15-20人，但因为大量单变量统计需要多重比较校正，因此要采用严格的阈值 (比如其实还不算严格的p<0.001)。这导致fMRI研究只能关注最显著的效应，而对于微小的效应通常无能为力。二是误报 (false positive)很常见。多重比较矫正的越严格，研究的敏感性就越低。因此需要研究者在敏感性和可靠性之间权衡，采用一个大家都可以接受的阈值 (比如p<0.001)。但这样结果中就会有很多误报。据估计误报的激活区域大概占总结果的15%。三是重复实验很困难。首先是因为做研究要突出新意，所以很少直接重复别人的实验。而且由于SPM统计方法的缘故，也很难评价两个研究的结果是否一致。四是研究逻辑的问题，即如何将特定任务与特定的脑区相联系。要得出这个结论，必须要表明这个区域与这个任务相关，但与其他任务都不相关。但这样要进行大量的对照实验，按照目前的现状也很难实现。整合研究的第一步是建立研究结果的数据库，编码特定的任务范式以及结果。这一步已经有很多group在做，比如 Human Brain Project 和 Brainmap 等等...接下来可以对现有结果进行定量分析，即元分析。元分析是十分必要的，因为单个fMRI研究统计效力不足，而且有很多误报，特别是医学影像领域。而且元分析不仅可以整合现有的结果，而且还可以产生并验证新的假设。比如之前一直认为杏仁核主要负责加工恐惧情绪，但元分析结果表明杏仁核对恶心/厌恶情绪的激活更强。常用的元分析方法有activation likelihood estimation (ALE)等。进一步是建立知识库，即系统的建立大脑结构与大脑功能的对应知识。简言之，就是输入大脑结构，就能知道该结构对应的大脑功能；输入大脑功能，就能得到支持该功能的大脑结构。目前有一些类似的尝试，但都很初步，比如 Cognitive Atlas project 。这一目标的实现，可能还要依赖于自然语言加工等相关领域的支持。进一步还要做的，包括更自动化数据处理流程。这目前看来还不现实，但发表文章时的要求一定会越来越标准化。也许最后会发展出自动化的标准处理流程，这对于数据的积累与比较是有好处的。最后就是数据的分享。较初级的分享是分享结果图像，而不只是激活的坐标，这对元分析会有很大帮助。而更高级的目标就是要共享原始成像数据。这一点静息态数据已经走在了前面http://fcon_1000.projects.nitrc.org/ 。这是一篇很有意思的文章。当你沉浸在自己的研究的时候，可能因为树木而忘记了森林。其实从远处看看森林，也是很美的。Yarkoni, T., Poldrack, R., Van Essen, D., & Wager, T. (2010). Cognitive neuroscience 2.0: building a cumulative science of human brain function Trends in Cognitive Sciences DOI: 10.1016/j.tics.2010.08.004... Read more »
Yarkoni, T., Poldrack, R., Van Essen, D., & Wager, T. (2010) Cognitive neuroscience 2.0: building a cumulative science of human brain function. Trends in Cognitive Sciences. DOI: 10.1016/j.tics.2010.08.004
- September 2, 2010
- 02:20 AM
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中国网民喜欢负面新闻
一则新闻最近网上流传一则新闻，说中国网民最喜欢传播负面信息。新闻中提到的Nielsen公司的亚太区报告我没找到，只找到了一份全球范围的报告。结合网上的新闻，大致可知的结果是：全世界范围内，亚-太地区网民最愿意分享负面感受，比例达到49%；拉美、中东和非洲其次；而欧洲和北美网民愿意分享负面感受比例最少，分别为33%和32%。而在亚-太地区，中国人愿意分享负面感受的比利时最高的，高达62%。(图片来源：这里)对于这个结果，自然各有各的解释。比如质疑中国日益尖锐的社会问题，或者批判国人的国民性。但我最近读了一些基因的文章，发现基因也可以对中国人更愿意传播负面信息作出解释。5-HTTLPR基因五羟色胺转运体基因 (5-HTTLPR)是目前被研究最多的一个与情感功能相关的基因。带有短型5-HTTLPR基因的个体，社会敏感性更高，特别对负性事件更敏感。他们也更容易受到生活中应激事件 (如离婚、伴侣死亡等)的影响而产生情感障碍，如抑郁。(图片来源：Chiao & Blizinsky, 2010)Chiao & Blizinsky (2010)统计了29个国家共50135名个体5-HTTLPR基因的出现频率，得到各个国家5-HTTLPR短型基因的频率分布。从上图可以看出，中日韩等东亚国家5-HTTLPR短型所占比例最高，大约为70%；拉美国家合土耳其居中；而欧洲和北美国家5-HTTLPR短型所占比例最低。这一结果大致可以与与Neilsen公司的调查结果对应。在我看来，这是个很有意思的结果。在中国，大约2/3的人带有高社会敏感性的基因，他们更容易对负性的事件敏感，也可能更容易分享合传播负性事件。这也许就是所谓“国民性”的生物学起源。基因-文化共同进化理论还有一个问题是，大多数中国人对负面信息敏感，但为什么中国人患情感障碍性疾病的人并不多呢？早期在西方的研究发现，5-HTTLPR短型个体更容易遭受情感障碍。但对于5-HTTLPR短型个体占多数的中国来说，患情感障碍的比例却远远小于西方。Chiao & Blizinsky (2010)认为，这是由于集体主义文化的作用。按照基因-文化共同进化理论，基因的进化伴随着文化价值对环境的适应与影响。集体主义社会中的社会支持对社会敏感性高的个体有保护作用。(图片来源：Chiao & Blizinsky, 2010)为了验证这个假设，作者发现一个国家5-HTTLPR短型基因频率与该国个体主义-集体主义的趋势成正比。而个体主义-集体主义趋势可以作为中介变量，调节5-HTTLPR基因型对情绪障碍的影响。也就是说集体主义文化作为缓冲器，对情绪敏感性个体产生情绪障碍起着保护作用。这是一个很有意思的研究，提示了基因不仅会影响个体行为，也会影响群体的文化价值。不过目前的结论还属于推论的性质，还需要进一步的研究来完善整个理论。Chiao, J., & Blizinsky, K. (2009). Culture-gene coevolution of individualism-collectivism and the serotonin transporter gene Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 277 (1681), 529-537 DOI: 10.1098/rspb.2009.1650... Read more »
Chiao, J., & Blizinsky, K. (2009) Culture-gene coevolution of individualism-collectivism and the serotonin transporter gene. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 277(1681), 529-537. DOI: 10.1098/rspb.2009.1650
- August 10, 2010
- 09:12 AM
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kiss时头往哪边偏
你在接吻时头往哪边偏？据统计，接吻时头向右偏的比例是向左偏的2倍。这个结论很容易用Google验证。我蛋疼的用 Google.com 搜索kissing，搜索内容images，types选择faces (点这里看结果)。在搜索结果的前两页的40幅图片中，有20幅是没有重复的可以判别方向的图片。在这20幅图片中，果然有13幅向右偏，7幅左偏，比例接近2比1。
人体右侧占主导的偏策划实际上很常见，比如大多数人是右利手、右利脚和右眼主导。但对于接吻有点不同的是，接吻是两个人的事。如果两个右偏的人或者两个左偏的人接吻是没有问题的，但当一个右偏遇到一个左偏呢？
两个心理学家蛋疼的研究了这个问题。他们让被试去吻一个真人大小的模特。第一次模特的头是竖直的，通过这次接吻可以判断被试的左右偏好。接着实验者调节模特的头像左或向右偏5, 15或25度。被试在每个角度上都会接吻5次，这样研究者就可以计算出各个角度上被试像左或向右偏的概率。
上图是结果，学过心理物理法的童鞋应该很熟悉。简单说来，右偏的被试更倾向于坚持向右偏。当模特的头向左偏了5度时，被试还有50%的概率试图更向右偏头。而左偏的被试则更灵活。当模特的头向右偏了5度时，被试也就会跟着变成向右偏。这个结果是很容易理解的，因为左偏的人更容易遇到冲突的情况，因此他们在很多时候需要做出妥协。这就是少数派的代价。
感谢 Improbable Research 介绍了这篇文章。
van der Kamp, J., & Canal-Bruland, R. (2010). Kissing right? On the consistency of the head-turning bias in kissing Laterality: Asymmetries of Body, Brain and Cognition, 1-11 DOI: 10.1080/13576500903530778
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van der Kamp, J., & Canal-Bruland, R. (2010) Kissing right? On the consistency of the head-turning bias in kissing. Laterality: Asymmetries of Body, Brain and Cognition, 1-11. DOI: 10.1080/13576500903530778
- July 25, 2010
- 02:22 AM
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神经电影学：用电影同步大脑
电影就是要抓住观众的思想。导演们都希望自己的电影可以让观众能够沉浸其中，吸引观众的注意，诱发观众达到想要的思想状态和情绪体验。制片过程中可以用很多手段来诱导观众的思维，比如用蒙太奇或联戏剪辑的手段。但用电影来操控观众思维的愿望却一直没有办法来直接验证。而目前渐渐兴起的神经电影学 (neurocinematics)，使得用神经活动来评价电影成为可能。
Hasson 在2004年在Science上发表的文章验证了用功能磁共振 (fmri)评价电影的可能性。他们的思路很简单却很巧妙，如果电影可以引起观众神经活动的起伏响应，哪么不同观众在看相同电影时的神经响应应该是相似的。因此，他们让被试躺在MRI机器中观看电影片段，而后采用了他们采用了试间相关 (ISC)的方法计算不同观众相同大脑区域神经活动的同步性。在没有在看电影时，不同观众的大脑活动显然都是无关的。但如果这些观众在看同一部电影，由电影诱发的神经活动就会显示出相似的模式。相应大脑区域的ISC值就会很高。如下图所示，大脑的视觉加工皮层，听觉加工皮层以及颞叶和顶叶等区域都会显示出很高的同步性。但负责高级认知加工的额叶皮层却很少同步。
上图所示的激活区域是合理的。在看电影时，视觉与听觉加工都会随着电影的进程而紧密响应，因此会同步。而一些负责特异性加工的专门区域，也会产生同步。比如颞叶和枕叶中负责面孔加工的梭状回面孔区 (FFA)会在电影中出现面孔时激活，而负责场景加工的海马旁回 (PPA)会在电影中出现场景时激活，而当电影中的角色使用工具时 (比如用手点烟或者开枪)，顶叶皮层将会同步激活。但是，每个人看电影都会有自己的理解，因此负责高级认知加工的的额叶皮层几乎没有同步活动。
不同观众神经活动的同步性可以被称为群体卷入性 (collective engagement)。考察不通电影引起的同步活动的区域的大小，可以在一定程度上反映电影对观众控制程度的大小。比如上图4部电影拍南端的比较结果，现希区柯克的《断魂枪声》片段引起了65%大脑区域的同步激活，莱翁的《黄金三镖客》片段引起了45%大脑区域的同步激活，而拉里·戴维的《抑制热情》片段只引起了18%的大脑区域的同步激活，最后是一段在纽约华盛顿广场公园拍摄的自然场景视频，只引起了5%的大脑区域的同步激活。
同步性的高低在一定程度上反应艺术控制的成功性，可以用来评价不同剪辑的效果好坏。如果进一步在精细的时间维度上考察每个镜头引起的同步性的好坏，甚至可以对电影剪辑起到很大的指导作用。当然，同步性低的电影也未必不是好片，不同的导演会有不同的表达方式。不过像神经电影学这样客观而“科学”的方法，一定会起到越来越重要的作用。据说好莱坞已经在用神经电影学的方法制造电影了。
PS: 在北京实验室时，LH 老师 Hasson 的评价很高。他是犹太人，博士毕业于以色列著名的Weizmann Institute of Science，目前在 Princeton 做助理教授。今年8月在北京举行的第7届国际认知科学大会上 (ICCS 2010)将举行神经电影学之夜，感兴趣的可以去围观。
Hasson, U. (2004). Intersubject Synchronization of Cortical Activity During Natural Vision Science, 303 (5664), 1634-1640 DOI: 10.1126/science.1089506
Hasson, U., Landesman, O., Knappmeyer, B., Vallines, I., Rubin, N., & Heeger, D. (2008). Neurocinematics: The Neuroscience of Film [...]... Read more »
Hasson, U. (2004) Intersubject Synchronization of Cortical Activity During Natural Vision. Science, 303(5664), 1634-1640. DOI: 10.1126/science.1089506
Hasson, U., Landesman, O., Knappmeyer, B., Vallines, I., Rubin, N., & Heeger, D. (2008) Neurocinematics: The Neuroscience of Film. Projections, 2(1), 1-26. DOI: 10.3167/proj.2008.020102
- June 26, 2010
- 06:27 AM
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复习考试可以改变大脑结构
高考刚过，现在又是广大大中小学生期末考试的时候了。考试是一件很痛苦的事，特别是在中国，人们总是把脑力劳动变成体力劳动。所谓体力劳动，就是重复的、机械的记忆大量无意义的内容。而我最近无意发现一篇论文，高强度的准备考试，竟然会改变学生的大脑结构。 这是一组德国科学家在2006年做的研究。研究设计很简单，就是拉来准备德国医学考试的学生分别在考前3个月、考试后1-2天以及考试后3个月进行大脑磁共振扫描。研究者扫描的并不是反映脑功能的BOLD图像，而只是反映大脑结构的T1像。对于MRI图像，研究者可以把每个被试的图像分割成灰质、白质和脑脊液，然后用形态学分析方法计算大脑中每个位置的灰质密度。这样研究者就可以比较这组被试在不同考试阶段的脑结构的变化。 下图左显示了被试在考试后灰质体积显著大于考试前的区域，主要分布在后部和外侧顶叶皮层。如右图所示，这些区域的灰质体积在3个月的复习后会显著增加，而在另外三个月没有复习的阶段灰质体积保持不变。这一结果有一点出乎意料，因为研究者的假设是高强度学习会改变与记忆有关的海马。不过也有证据表明后部顶叶皮层也与陈述性记忆有关。 三个月的复习就会改变大脑结构，这还是挺让人惊讶的。不知道这种结构的改变是否有极限。我想要研究这个问题，中国的高中生应该是最好的样本了。高中生的整个高中阶段就是为一个一个的期末考试以及最后的高考准备。那么高中生的大脑结构会在每次考试后达到顶点然后下降波动，还是会像登台阶一样一直上升，还是在某一时刻就达到了平台？不管做出什么样的结果，都还是蛮有趣的。 最后还有一个想法，就是应该研究一下读了PhD (博士)后大脑结构的变化。我猜测肯定能做出结果，这样就可以为永久性脑损伤 (Permanent Head Damage)假说提供证据支持了 :)Draganski, B., Gaser, C., Kempermann, G., Kuhn, H.G., Georg, H., Winkler, J., Büchel, C., & May, A (2006). Temporal and Spatial Dynamics of Brain Structure Changes during Extensive Learning Journal of Neuroscience, 26 (23), 6314-6317 DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4628-05.2006... Read more »
Draganski, B., Gaser, C., Kempermann, G., Kuhn, H.G., Georg, H., Winkler, J., Büchel, C., & May, A. (2006) Temporal and Spatial Dynamics of Brain Structure Changes during Extensive Learning. Journal of Neuroscience, 26(23), 6314-6317. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4628-05.2006
- May 16, 2010
- 04:01 AM
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同步大脑
我们理解别人的行动与情绪，依赖于所谓镜像神经元 (wiki)。镜像神经元最早在猴子的电生理研究中被发现，即这一组神经元既在猴子完成某一动作时发放，也在观察别人完成同一动作时发放。当前的理论认为镜像神经元会对他人执行的动作产生共振，从而帮助理解对方的行为。由于技术限制，共振理论一直只是推测，不过最近PNAS上的一篇文章巧妙的记录了执行动作与理解动作的两个大脑，并找到了支持共振理论的证据。 研究者让12对情侣在MRI机器中完成猜词游戏。就是一方通过手部动作描述一个动作或物体，比如骑车、电话，另一方猜出是什么词。因为MRI机器的局限，两个人不能同时扫描。所以一个人先到机器里做7个词语的动作，被录像。随后另一个人进入机器中看录像猜词语，然后再做7个动作给对方猜。如此反复。虽然执行动作和猜动作不是同时进行，但可以根据录像的时间将两个人的神经信号放在一起进行分析，以检验是否大脑中存在同步。 研究者使用Granger causality来研究执行动作和和猜动作者大脑活动的相互关系。与预期相同，结果发现执行动作的大脑中的镜像神经元区域的神经活动可以引起猜词者大脑中镜像神经元区域的共振，而相反则没有。这一结果第一次在两个大脑之间发现了共振的关系。 不过这边文章选择情侣作为被试，似乎混淆了很多因素，比如两人对某一共同事件的回忆或者卷入了情感信息。这限制了研究的可推广性。如果选择两个完全不相关的人完成同样的任务，可能会使结果的解释更纯粹一些。不管怎样，这篇文章告诉我们，所谓心灵相通，就是大脑的同步。:)Schippers, M., Roebroeck, A., Renken, R., Nanetti, L., & Keysers, C. (2010). Mapping the information flow from one brain to another during gestural communication Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1001791107... Read more »
Schippers, M., Roebroeck, A., Renken, R., Nanetti, L., & Keysers, C. (2010) Mapping the information flow from one brain to another during gestural communication. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1001791107
- April 23, 2010
- 09:40 AM
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刮风导致股市下跌
股市会受到天气的影响？听起来荒诞，但其实挺靠谱的。这里首先要搞明白两个关系。第一是股市不仅受客观经济规律的影响，而且还会受到心理作用的影响。人们投资并不会完全理性的将自己的利益最大化，而常常会受到非理性因素的影响，其中情绪是很重要的一方面。第二是人们的情绪会显著受到天气的影响，晴天会高兴，雨天会抑郁，刮风会烦躁。将这两点关联起来，就可以推测天气也许会影响股市的走势。 Improbable Research介绍了台湾学者的一个研究，证实了刮风会影响股市的收益。作者研究了欧洲18个国家1994年到2004年的股市走势与天气的影响。作者发现了风速与股市回报的显著负相关，即风越大则股市表现越差。而晴天对股市却没有什么影响，这说明风对人们心情的影响比阳光要大。不管怎样，这个研究告诉广大股民们，不要看股评了，看天气预报也许更靠谱。Shu, H., & Hung, M. (2009). Effect of wind on stock market returns: evidence from European markets Applied Financial Economics, 19 (11), 893-904 DOI: 10.1080/09603100802243766... Read more »
Shu, H., & Hung, M. (2009) Effect of wind on stock market returns: evidence from European markets. Applied Financial Economics, 19(11), 893-904. DOI: 10.1080/09603100802243766
- April 4, 2010
- 11:57 PM
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DCM笔记
之前提到Ten simple rules for dynamic causal modeling这篇文章，最近因为要处理数据所以仔细看了一下。文章提到了很具体的操作建议，而且对一些常见疑问进行了回答。下面是我的笔记。1 DCM的因果关系不只来源于观测信号的先后关系，还和模型的设置有关系 (主要是外部输入信号)。2 使用DCM模型主要是为了做两类推测。推测模型空间vs.推测具体的模型参数。3 DCM没有给出模型与数据的拟合性指标。即使整体拟合程度不好，仍然可以比较哪一个模型更好一些。4 即使目的是估计一两个具体的模型参数，第一步仍然要做模型选择bayesian model selection。5 DCM模型最适合估计连通性受实验操纵的改变 (modulatory effect)。6 连接强度的改变可能源于膜兴奋性改变 (membrane exitability)或突触可塑性的改变。7 所有的模型都是错的，但是有些是有用的“Essentially, all models are wrong, but some are useful.”-Box8 要系统的定义模型空间。9 模型选择的组分析。FFX假设每个被试的最佳模型是相同的；RFT每个被试的模型可能是不同的。10 不同数据的模型不能用BMS比较。因此对于fMRI来说，区域数量不同的模型是不能比较的，因为观测数据就是区域的时间序列。但对于EEG/MEG，可以通过对比找到最合适的源。11 对具体参数进行组分析需要注意多重比较校正。12 优化fMRI实验的策略同样适用于DCM。但DCM最适用于参数设计，最好可以区分driving effect和modulatory effect。13 扫描不同层信号的采集时间不同，但1s范围内的时间差别是可以忍受的。因此，TA最好限制在2s以内，并且用中间层作为分析的参照。基于上面的原因，最好采用升序或降序采集，而不是interleaved采集。14 DTI纤维束可以作为DCM模型中连接的先验知识。解剖连接的发育会限制effective connectivity，但并不是完全决定effective connectivity。15 计算模型的参数也可以用来建模DCM，比如prediction error。&rftStephan, K., Penny, W., Moran, R., den Ouden, H., Daunizeau, J., & Friston, K. (2010). Ten simple rules for dynamic causal modeling NeuroImage, 49 (4), 3099-3109 DOI: 10.1016/j.neuroimage.2009.11.015... Read more »
Stephan, K., Penny, W., Moran, R., den Ouden, H., Daunizeau, J., & Friston, K. (2010) Ten simple rules for dynamic causal modeling. NeuroImage_id, 49(4), 3099-3109. http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1053811909011999
- March 27, 2010
- 02:09 AM
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静中之动
绘画是二维平面的艺术，如何在二维平面中表现出超出二维的信息 (如立体感)，是绘画创作中的一个挑战性的问题 (纯外行，有错请拍砖)。除了空间感，另一个重要的维度就是时间。因此如何在绘画中表现动态感，也是一个很有意思的问题。我对绘画艺术不在行，但是还是看到过一些让我印象深刻的作品，比如法国画家杜尚的《下楼梯的裸女》 (右图)。这幅画用错乱的线条，将每一帧下楼梯的动作定格在画面上，从而展现出整个下楼梯的动态过程。不过说实话，我一直觉得创作这样作品的艺术家可能有某类精神疾病，比如李献计的差时症？在东方绘画中有一种截然不同的表达方法，比如日本画家葛饰北斋 (Katsushika Hokusai)的一组北斋漫画 (Hokusai Manga)。北斋漫画是包含3000多幅木版画的漫画集，内容覆盖很多方面。其中一些人物图像以一种不稳定的姿势表现，如下图左侧的人物。画者通过这种极其不稳定的、挑战地心引力姿势来创造强烈的运动感觉。人脑看到这样的图片会有什么反应呢？最近，日本京都大学的研究者研究了人们在观看北斋漫画时的大脑活动。被试躺在磁共振机器 (MRI)里观看不同类型的漫画图片，同时进行fMRI扫描。漫画分三种类型：第一类是处于不稳定姿势的人物图片，第二类是静止的人物图片，最后一类是静止的物体。通过对比在观看这三类图片大脑活动的差异，研究者发现，被试在观看带有运动信息的图片时会显著激活与运动加工相关的MT区。这个结果其实并不奇怪，因为早就有研究发现蕴含运动信息的照片会激活MT区。不过对于人为创作的绘画作品来说，如何表现运动信息，表现的程度如何，也许可以通过脑成像的方法来验证。也许这门学科可以称之为艺术认知神经科学吧:)Osaka, N., Matsuyoshi, D., Ikeda, T., & Osaka, M. (2010). Implied motion because of instability in Hokusai Manga activates the human motion-sensitive extrastriate visual cortex: an fMRI study of the impact of visual art NeuroReport, 21 (4), 264-267 DOI: 10.1097/WNR.0b013e328335b371... Read more »
Osaka, N., Matsuyoshi, D., Ikeda, T., & Osaka, M. (2010) Implied motion because of instability in Hokusai Manga activates the human motion-sensitive extrastriate visual cortex: an fMRI study of the impact of visual art. NeuroReport, 21(4), 264-267. DOI: 10.1097/WNR.0b013e328335b371
- February 12, 2010
- 01:47 AM
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人脑中的网格细胞
网格细胞 (grid cell)的发现，为我们理解大脑中如何表征空间位置提供了很直接的证据。2005年，一组挪威科学家在Nature上最先报道了大鼠脑中网格细胞的存在。研究者让大鼠在1平米左右的空间内自由活动，同时记录大鼠内嗅皮层 (entorhinal cortex)内神经元的发放模式。其中有一类很有意思，当大鼠走到环境中特定位置时神经元会激活，而且引起神经元发放的位置在空间中呈规则的形状排列。如下图所示，黑色或红色的线代表老鼠运动的轨迹，红色线表示网格细胞激活的位置。在整个空间中，网格细胞发放的点成规则的等边三角形排列，使整个空间成六边形蜂窝状。这个发现第一次揭示了老鼠大脑中对外部环境空间的表征方式。图片来自 这里那么人类脑中是否存在网格细胞呢？对于人来说研究网格细胞有两个困难。第一，无法对人进行单细胞记录，要记录活体人类的大脑神经活动，目前最好的办法只能是fMRI。但以fMRI的分辨率只能记录成千上万神经元的集合。第二，MRI扫描需要被试躺在机器里保持静止，被试根本无法在空间自由走动。图片来自 这里不过最近英国伦敦大学学院 (UCL)的一组科学家巧妙的用fMRI发现了支持人类存在网格细胞的证据。首先研究者采用虚拟现实技术，给被试呈现如上图一样的场景。被试可以操作键盘在场景中走来走去，同时完成一些任务。因为fMRI只能记录神经元群的活动，因此研究者先研究了大鼠脑中网格细胞神经元群的活动特性。因为不同网格细胞对环境中的不同位置起反应，从而可以对整个环境的不同位置进行编码，因此记录一群细胞是无法区分单个细胞所编码的网格位置。但是，对于同一只老鼠的不同网格细胞，网格朝向角度是相同的。进一步研究者还发现，网格细胞群的活动还受运动方向的调制。如果运动方向与网格朝向一致，则神经活动更高。最后，网格细胞的发放还受到运动速度的调制。运动速度越快，网格细胞群的网格性就越强。根据这三个属性，就可以用fMRI验证网格细胞的是否存在。对于每个被试来说，网格细胞的朝向是不一样的。因此研究者首先用用结构像定义内嗅皮层，然后找到对某一运动方向相应最强的方向。实际上，内嗅皮层区域的激活在以60度为间隔的六个方向上激活最强，而且激活强度还受到运动速度的调制。随后再用新的一批数据，在全脑中寻找激活水平受到运动方向调制的区域，结果在全脑范围内只找到了内嗅皮层的区域。并且网格细胞的方向一致性与被试完成空间任务的成绩成正相关。这些结果都提示了人脑内嗅皮层中有与老鼠内嗅皮层中类似的网格细胞存在，并提示了人可能利用网格细胞的空间表征完成空间搜索任务。图片来自文章神经元有一个基本的规律叫适应 (adaptation)，指的是如果一种类型的刺激重复出现，则加工这种刺激的神经元的响应会越来越弱。比如一种细胞对某一朝向的运动响应，则如果连续在这个方向运动，这个神经元的响应也就越弱。对于网格细胞，可以预测，如果第一次朝着一个方向走，接下来朝着左右60度或120度的方向走，同样会产生适应效应。根据这一假设，在全脑中发现内侧前额叶皮层、内侧顶叶皮层和双侧颞叶皮层都会显示出类似的适应模式。说明在人脑中有一个神经网络共同完成空间表征与空间导航功能。总之，这是一篇非常漂亮的研究。虽然用fMRI无法直接记录单个神经元活动，也无法直接测量环境中各个位置的响应。但是作者根据网格细胞的特性巧妙的推出了几个可以观测并验证的fMRI信号属性。这个研究提供了第一个人脑中存在网格细胞的证据。Doeller, C., Barry, C., & Burgess, N. (2010). Evidence for grid cells in a human memory network Nature DOI: 10.1038/nature08704... Read more »
Doeller, C., Barry, C., & Burgess, N. (2010) Evidence for grid cells in a human memory network. Nature. DOI: 10.1038/nature08704
- February 4, 2010
- 11:21 PM
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用fMRI与植物人交流
植物人状态是受到严重脑外伤昏迷后，虽然苏醒但仍然没有意识的状态 (Vegetative State, VS)。比植物人状态稍轻微一点的状态是最小意识状态 (minimally conscious state, MCS)。在最小意识状态，病人偶尔会显示出对外界刺激的反应，但这种反应并不一致。在临床上对病人意识状态的诊断通常只能通过病人的行为反应进行判断，比如病人是否会对外界刺激进行反应。这就可能出现一个很可悲的状况，如果一个病人存在意识，但是丧失了运动能力，他同样无法对医生的刺激进行反应。这时我们仍然得把病人归类为植物人状态或最小意识状态。很多病人的家属会固执的认为病人还存在意识，可以理解自己的话，因此会坐在床边一直与病人说话。在琼瑶阿姨的电视剧中，这时镜头一转，就会发现病人眼角一行眼泪流下~眼泪是不靠谱的，不过有fMRI，我们可能读到藏在植物人脑中的意识。早在2006年，Owen等就在Science上就报告了一个惊人的发现。研究者对一名因车祸而成为植物人的病人进行fMRI扫描。同时，研究者让病人进行两种想象任务：一种与运动相关，想象自己打网球的动作；另一种与空间相关，想象自己在家中行走。结果病人在运动想象任务中激活了辅助运动皮层 (SMA)，而在空间想象任务中激活了海马旁回 (PPA)。这种激活模式与正常被试进行相同想象任务的激活模式是一致的。从而提供了很强的证据，表明这名女病人可以理解研究者的话，并与研究者合作完成了想象任务。虽然可能因为运动功能的丧失导致病人无法与研究者交流，但病人的某些大脑活动是正常的。(病人在完成运动想象和空间想象任务时的激活模式与正常人很相似，图片来自Owen et al., 2006)在这个病人之后的3年里，这个研究小组又扫描了54名植物人病人或最小意识状态病人。研究者都让病人完成这两类运动想象和空间想象任务。在这54名病人中，有5名病人显示出了可靠的辅助运动皮层或海马旁回的激活。接下来，研究者又有了一个天才的想法。如果病人可以成功的主动操控大脑内两个区域的兴奋水平，那么也许可以通过监控这两个区域的激活水平来与病人交流。研究者选取了一名大脑活动响应最可靠的病人，让病人回答一系列问题。问题与病人生活有关，病人只要回答是/否就可以，比如“你父亲的名字是Alexander么？”同时，研究者告诉被试，如果答案是“是”，就进行动作想象；如果答案是“否”，就进行空间想象。根据辅助运动皮层和海马旁会的激活水平，研究者可以判断病人做了什么回答。6个问题中的5个，研究者可以通过大脑活动水平识别。而第六个问题，因为辅助运动皮层和海马旁回缺少激活而无法识别。(病人在回答问题时的激活模式，图片来自Monti et al. 2010)总之，fMRI的结果显示了，我们可以通过fMRI技术与植物人病人进行一定的交流。在这个研究中，研究者只是问了一些已知答案的问题，来验证这种方法的有效性。在将来，也可以直接问一些与病情有关的问题，如病人能否感觉到疼痛。这样也许真的可以帮助病人更好的康复，甚至恢复清醒。这篇文章发表在传说中的《新英格兰医学杂志》 (New England Journal of Medicine)上。Monti, M., Vanhaudenhuyse, A., Coleman, M., Boly, M., Pickard, J., Tshibanda, L., Owen, A., & Laureys, S. (2010). Willful Modulation of Brain Activity in Disorders of Consciousness New England Journal of Medicine DOI: 10.1056/NEJMoa0905370Owen, A. (2006). Detecting Awareness in the Vegetative State Science, 313 (5792), 1402-1402 DOI: 10.1126/science.1130197... Read more »
Monti, M., Vanhaudenhuyse, A., Coleman, M., Boly, M., Pickard, J., Tshibanda, L., Owen, A., & Laureys, S. (2010) Willful Modulation of Brain Activity in Disorders of Consciousness. New England Journal of Medicine. DOI: 10.1056/NEJMoa0905370
Owen, A. (2006) Detecting Awareness in the Vegetative State. Science, 313(5792), 1402-1402. DOI: 10.1126/science.1130197
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