来自卡耐基梅隆及匹兹堡大学的Tina T. Liu等人在cell reports上发文，表示切除枕颞叶的儿童表现出视觉皮层的分类重组。本研究对一名来自德州的儿童—U.D.进行了为期3年的观察，U.D.在6岁零9个月时接受了右侧枕叶和颞后叶的手术切除。相对于对照组，U.D.术后表现出了与年龄相适应的智力表现、面部视知觉和物体识别技能。研究者在五个不同的时间点对被试进行fMRI扫描，观察到持续偏盲，没有视野重影。在视觉皮层的分类选择中，未受损左半球的对象和场景选择区域在早期是稳定的，但是在后期，促进面部和文字识别的区域出现了，这表明了皮质表达的竞争。这些发现揭示了当只局限于一个半球时，分类选择区域的选择性和拓扑图的变化，并阐明了外纹皮质架构的动态功能变化。
关键词：fMRI 枕颞叶切除术 视觉皮层
研究对象：患儿科癫痫但对药物不敏感，采取外科手术切除右腹枕颞叶皮质（VOTC）的儿童—U.D.以及八个控制组被试。
研究方法：纵向跟踪。从U.D.术后13个月即7岁零10个月起直到10岁零10个月，对U.D.大脑进行5次功能磁共振（fMRI）扫描，并观察高阶和早期视觉皮层的功能选择及拓扑图。同时进行心理物理学实验以观测视觉行为的变化。控制组被试的扫描年龄范围为7岁零5个月到11岁零5个月。fMRI实验内容包括：术前和术后语言区定位（LanguageLocalizer，动词生成任务）、分类区定位（CategoryLocalizer，one-back任务）、视网膜皮层映射（Retinotopic mapping，Meridianmapping mask）等。
图1.被试信息和纵向研究概览。
研究结果
1.高阶视觉皮层的拓扑图及功能选择的变化
（1）分类选择拓扑
研究者探索了对不同刺激（面部、场景、目标和词,见图1）的优先反应区域，在进行分析前，研究者监测并匹配了实验组和控制组的头动及信噪比，以保证两组间的变化均无数据采集差异的影响。控制组的拓扑图包含梭状回面部区（FFA）及后颞上沟（STS）的双侧面部选择激活，海马旁回（PPA）及枕横沟（TOS）的双侧场景选择激活，侧枕叶（LOC）双向目标激活和视觉字形区（VWFA）左侧文字选择激活。由此研究者可以对控制组被试从组及个体层面揭示分类选择拓扑图的稳健性以证实该方法的敏感性。控制组的分类选择反应图见图2。
图2. U.D.和控制组的分类选择激活、头动、tSNR等信息。
U.D.的分类选择图见图2（CL1到CL4；CL代表分类定位）。由于右侧VOTC的切除，U.D.分类选择多数反应在左半球，包括左侧FFA，左侧STS，左侧PPA，左侧TOS，左侧LOC以及左侧VWFS。另外，U.D.的右侧STS是右半球唯一表现出稳健面部分类选择的区域。
为了量化U.D.分类选择激活的稳定性，研究者采用Dice系数（Dice coefficients）以两两比较的方式来评估每个区域的跨期重叠程度。结果表明左侧LOC的目标选择，左侧PPA及左侧TOS的场景选择在四个时期均出现在可再生位置，这些区域从适中到高的重叠程度表明纵向时间扫描的重测信度很好。
而文字选择的VWFA跨期激活及枕颞沟附近的VWFA的侧向位移却有很小的重叠。面部选择的拓扑图显示出混合的剖面，即双侧STS激活稳定而左侧FFA激活不稳定。尽管CL1并没有显示出稳健的面部选择性，但CL2在双侧STS出现面部选择性并且直到CL4一直保持稳定。相反，左侧FFA的Dice系数从CL2-CL4一直很低。VWFA的低Dice系数是由于其激活的位置发生了变化，而左侧FFA的低Dice系数则是由于随年龄增加的左侧FFA体素数量。
为了评估U.D.的类别选择拓扑图及激活是否表现出典型的组织性，研究者采用三个组间对比来比较U.D.和控制组。首先，对分类选择体素空间分布的Crawford修订T检验表明，在CL3和CL4的X坐标质心，U.D.和控制组的文字选择体素分布有显著差异，但其它分类选择区域及阶段无显著差异。其次，相比于控制组，U.D.在CL2具有显著少的左侧FFA体素，但其它区域及阶段无显著差异。最后，线性回归分析表明U.D.每个兴趣区（ROI）的体素数量变化是年龄增长的结果，但控制组却无此表现。
（2）分类选择的量级
研究者检验了U.D.随时间变化的每个脑区选择性的量级并评估U.D.分类选择性的发展轨迹是否与控制组有显著差异。为了避免选择性偏差，研究者在每个被试第一次run确定了分类选择的ROI，包括左侧FFA，左侧STS，右侧STS，左侧LOC，左侧PPA，左侧TOS以及VWFA。对于U.D.来说，左侧FFA区域表现出面部选择性的显著增长，其他ROI则没有此变化。尽管CL1没有显著的面部选择激活，但CL4的左侧FFA，左侧STS及右侧STS在CL1表现出早期面部选择。
接着研究者采用三个组间分析来评估U.D.与控制组在分类选择的量级、每次run的变化及发展的差异。首先，U.D.在每个阶段的分类选择与控制组的平均选择性的量级没有显著差异。其次，U.D.每个阶段选择性run之间的变化与控制组在所有ROI上也无显著差异。最后，U.D.每个ROI的回归斜率在控制组回归斜率置信区间的95%以内，表明U.D.的分类选择发展与控制组没有显著差异。
图3. U.D.和控制组的分类选择性。
（3）左侧VOTC面部与文字识别的关系
研究者观察及分析了U.D.与控制组的跨期分类选择的拓扑图及量级，发现了显著的VWFA视觉侧向变化、左侧FFA的大小及量级的变化以及这两个区域一致的低Dice系数。对于发育中的个体来说，文字和面孔识别具有大脑半球特化效应，左半球对于文字识别激活更高，右半球对于面孔识别激活更高。因为文字和面孔具有很多视觉上难分辨的和同类的原型，因此这两类视觉刺激相比于其他刺激来说更依赖于高灵敏度分辨率的视觉皮层。
但是因为面孔和文字原型的图像统计有很大差异，因此在识别阶段文字与面孔存在竞争，导致文字与面孔识别在很大程度上分别定位于左半球和右半球。U.D.的功能特异性局限于一个VOTC，研究者检测了VWFA和左侧FFA的拓扑关系，以期发现左侧FFA的发展轨迹。U.D.的VWFA拓扑图的变化可能反映了在神经资源的竞争下基于经验的可塑性。研究者采用单因素及多因素分析来验证该假设。
在梭状回和枕颞沟的联合ROI中，所有时期均表现出面孔选择体素的堆积以及早期非选择体素的面孔选择的增加。面孔选择体素的数量从CL1到CL4分别为45.94%、47.99%、51.68%以及67.43%。体素层面选择性的二元变化在每两个阶段间均有显著变化，表明的左侧FFA以及左侧VOTC临近的VWFA的发展轨迹与竞争结果下的重组模式一致。
接下来，研究者计算了表征差异矩阵（RDMs）来描述FG和OTS区多元表征的性质（图4左），并以2D图展示了RDMs编码下相似结构的多维点图（MDS）来表明不同条件之间的距离（图4中）。从多维点图中可以看出，“目标”与“房屋”条件的不同阶段汇聚在一起，而“面孔”和“文字”条件的不同阶段却是分散的。Bootstrap回归分析表明，“房屋”和“目标”固定表征在FG和OTS区（图4右黄点），“面孔”和“文字”FG和OTS区的动态联系表征在所有阶段均有体现（图4右红点）。
图4.解剖ROI（FG+OTS）的分析结果
2.早期视觉皮层稳定的拓扑图
研究者还评估了U.D.在视网膜位图中早期视觉皮质的完整性（RM1），1年零10个月（RM2）后的再次观察表明了U.D.未受损左半球典型的视网膜位图，在纵横面的顶点处均对刺激有更强的反应。
术前对左侧视觉区域（LVF）的刺激会引起右半球的正常激活，而在术后的任何一个阶段右半球对视网膜的刺激均无反应，这表明右侧早期视觉皮质切除后，LVF没有映射到同侧半球。且未受损左半球的LVF对视觉刺激也无反应，LVF的反应缺失与持续的左侧同侧偏盲同步，这表明U.D.术后的正常知觉很可能是由残留的左视觉皮层调节的。
3.适龄的认知及知觉表现
U.D.术前术后的神经心理学及学校记录表明其具有适龄的认知表现（手术前后IQ分别为116和118），为了比较其与控制组两次行为测验（间隔1年零10个月）的视觉表现，研究者比较了他感知总体形态（例如轮廓整合和玻璃图样）、识别面孔和辨别目标的能力。
结果表明U.D.轮廓整合任务的心理物理阈值在所有阶段均在正常范围内，他的辨别玻璃图案能力的阈值也在正常范围内且第二次测验时比控制组表现的好。考虑到早期视觉皮质有助于感知轮廓和玻璃图案，这些结果表明U.D.残余的左侧视觉皮质保证了其正常表现。研究者采用加速相同/不同任务测量U.D.的目标辨别表现，U.D.的表现同样在正常范围内。通过剑桥大学面孔记忆儿童测验测得的U.D.的面孔识别能力也在正常范围内，而术前三个月的面孔记忆能力在高平均水平范围内。采用第五版临床语言基础评价测得U.D.的阅读理解水平高于同年龄儿童的平均水平，其学校记录及神经心理学评估也表明U.D.无论术前术后均有高于平均水平的阅读能力。
纵向研究设计对于功能重组的过程和程度的刻画是至关重要的。值得一提的是，作者发现了持续性偏盲在场景和物体选择皮层上的稳定模式，并揭示了面部和文字处理在同半球的动态竞争。总之，作者的研究意味着枕颞叶切除术后的视觉皮层的动态重组，且这种重组是高阶的而非低阶的。
参考文献：Liu T T, Nestor A,Vida M D, et al. Successful Reorganization of Category-Selective Visual Cortexfollowing Occipito-temporal Lobectomy in Childhood[J]. Cell Reports, 2018,24(5): 1113-1122. e6.
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