Journal of Cognitive Neuroscience

Evidence is presented that the phylogenetically older retin-otectal pathway contributes to reflex orienting of visual attention in normal human subjects. The study exploited a lateralized neuroanatomic arrangement of retinotectal pathways that distinguishes them from those of the geniculostriate system; namely, more direct projections to the colliculus from the temporal hemifield. Subjects were tested under monocular viewing conditions and responded to the detection of a peripheral signal by making either a saccade to it or a choice reaction time manual keypress. Attention was summoned by noninformative peripheral precues, and the benefits and costs of attention were calculated relative to a central precue condition. Both the benefits and costs of orienting attention were greater when attention was summoned by signals in the temporal hemifield. This temporal hemifield advantage was present for both saccade and manual responses. These findings converge with observations in patients with occipital and midbrain lesions to show that the phylogenetically older retinotectal pathway retains an important role in controlling visually guided behavior; and they demonstrate the usefulness of temporal-nasal hemifield asymmetries as a marker for investigating extrageniculate vision in humans.

Các nghiên cứu gần đây về hành vi và tiềm năng não bộ liên quan đến sự kiện (ERP) đã tiết lộ các tương tác giữa các mô thức trong chú ý không gian tự phát giữa thị giác và thính giác, cộng với thị giác và xúc giác. Nghiên cứu ERP hiện tại đã điều tra xem các tương tác này có phản ánh các cơ chế kiểm soát chú ý siêu mô thức hay không, và liệu có tồn tại các tương tác giữa thính giác và xúc giác hay không. Các tham gia viên đã hướng sự chú ý tới bên được chỉ định bởi một tín hiệu để phát hiện các mục tiêu thính giác hoặc xúc giác hiếm hoi ở phía được chỉ định. Mô thức liên quan (thính giác hoặc xúc giác) đã được chặn lại. Các quá trình kiểm soát chú ý đã được phản ánh trong các điều chế ERP có hệ thống được phát sinh trong các chuyển giao chú ý được chỉ định. Một sự tiêu cực trước phía bên không được chỉ định đã theo sau bởi một sự tích cực ở các vị trí phía sau. Những hiệu ứng này rất tương tự cho dù tín hiệu chỉ định bên nào là liên quan đến thính giác hay xúc giác. Chúng cũng tương tự như các điều chế ERP đã quan sát trước đó cho các chuyển giao chú ý thị giác, qua đó chỉ ra các cơ chế siêu mô thức trong việc kiểm soát chú ý không gian. Sau mỗi tín hiệu, các kích thích thính giác, xúc giác hoặc thị giác đơn lẻ được trình bày ở phía được chỉ định hoặc không được chỉ định. Mặc dù các kích thích trong các mô thức không liên quan đến tác vụ có thể bị bỏ qua hoàn toàn, nhưng các ERP thị giác và thính giác vẫn bị ảnh hưởng bởi chú ý không gian khi xúc giác là liên quan, tiết lộ các tương tác giữa các mô thức. Khi thính giác là liên quan, các ERP thị giác, nhưng không phải các ERP xúc giác, đã bị ảnh hưởng bởi chú ý không gian, chỉ ra rằng xúc giác có thể được tách rời khỏi chú ý liên mô thức khi không liên quan đến tác vụ.

Ngôn ngữ bao gồm một từ vựng để lưu trữ từ ngữ và một ngữ pháp để tạo ra các hình thức theo quy tắc. Bằng chứng được trình bày rằng từ vựng là một phần của hệ thống "ký ức tuyên bố" tạm thời - vỏ não - trung gian và rằng các quy tắc ngữ pháp được xử lý bởi một hệ thống "thủ tục" có sự tham gia của hạch nền. Các bệnh nhân đã tạo ra thì quá khứ của các động từ quy tắc và động từ mới (như 'looked' và 'plagged'), những động từ này yêu cầu một quy tắc gắn hậu tố -ed, còn các động từ bất quy tắc (như 'dug') thì được truy hồi từ ký ức. Những khó khăn trong việc tìm kiếm từ ngữ trong chứng khó nói phía sau, và sự suy giảm ký ức tuyên bố nói chung trong bệnh Alzheimer, đã dẫn đến nhiều sai sót hơn với động từ bất quy tắc hơn là động từ quy tắc và động từ mới. Các khó khăn về ngữ pháp trong chứng khó nói phía trước, và sự suy giảm chung của các thủ tục trong bệnh Parkinson, đã dẫn đến mô hình ngược lại. Ngược lại với các bệnh nhân Parkinson, những người cho thấy hoạt động motor bị ức chế và việc sử dụng quy tắc, thì các bệnh nhân mắc bệnh Huntington lại cho thấy hoạt động motor dư thừa và việc sử dụng quy tắc, nhấn mạnh vai trò của hạch nền trong việc xử lý ngữ pháp.

Nghiên cứu hiện tại phân tích các tương quan thần kinh của việc biểu diễn kích thích âm thanh trong trí nhớ cảm giác vang vọng. Những dấu vết thần kinh của trí nhớ cảm giác thính giác được nghiên cứu một cách gián tiếp bằng cách sử dụng độ âm tính không tương thích (MMN), một thành phần điện tiềm năng xảy ra liên quan đến sự thay đổi trong một âm thanh lặp lại. MMN được giả định phản ánh việc phát hiện sự thay đổi trong một quá trình so sánh giữa thông tin cảm giác từ một kích thích khác biệt và sự biểu diễn thần kinh của các kích thích lặp lại trong trí nhớ vang vọng. Các hình thái đỉnh các MMN được khêu gợi bởi những âm thanh tinh khiết lệch khỏi âm chuẩn, xét về tần số, cường độ hoặc thời gian, đã thay đổi theo loại khác biệt kích thích, chỉ ra rằng MMN cho các thuộc tính khác nhau xuất phát từ, ít nhất một phần, từ các quần thể thần kinh khác nhau trong vỏ não thính giác. Kết quả này được hỗ trợ bởi phân tích mô hình đi- pô. Nếu quá trình tạo ra MMN xảy ra tại nơi thông tin kích thích được lưu trữ, các phát hiện này mạnh mẽ gợi ý rằng tần số, cường độ và thời gian của các kích thích âm thanh có một sự biểu diễn thần kinh riêng biệt trong trí nhớ cảm giác.

Giọng nói của con người là phương tiện chủ yếu để truyền đạt lời nói nhưng cũng là dấu vân tay cho danh tính cá nhân. Các nghiên cứu neuroimaging trước đây đã chỉ ra rằng việc nhận diện lời nói và danh tính được thực hiện thông qua các con đường thần kinh khác nhau, mặc dù âm thanh giọng nói tạo ra sự thống nhất cảm nhận. Điều quan trọng là, STS phải đã được gán cho việc xử lý giọng nói, với những đóng góp khác nhau của các phần sau và trước của nó. Tuy nhiên, thời điểm mà việc xử lý giọng nói và giọng nói phân kỳ hiện vẫn chưa được biết đến. Ngoài ra, vai trò chính xác của STS phải trong quá trình xử lý giọng nói cho đến nay vẫn chưa rõ ràng bởi vì tính liên quan hành vi của nó chưa được xác định. Ở đây, chúng tôi đã sử dụng độ phân giải tạm thời cao của magnetoencephalography và một nhiệm vụ kiểm soát lời nói để xác định các tương quan hành vi tạm thời: chúng tôi phát hiện ra, sau 200 mili giây kể từ khi kích thích xuất hiện, rằng hoạt động ở STS trước phải dự đoán hiệu suất nhận diện giọng nói hành vi. Cùng lúc đó, STS sau bên phải cho thấy hoạt động tăng lên trong quá trình nhận diện danh tính giọng nói, trái ngược với nhận diện lời nói, trong khi STS giữa bên trái cho thấy mẫu ngược lại. Ngược lại với STS bên trái nhạy cảm với lời nói, kết quả hiện tại đã làm nổi bật STS bên phải như một khu vực quan trọng cho việc nhận diện danh tính giọng nói và cho thấy rằng sự phân chia giải phẫu-chức năng của nó xuất hiện khoảng 200 mili giây sau khi kích thích xuất hiện. Chúng tôi gợi ý rằng thời điểm này đánh dấu việc xử lý âm thanh giọng nói độc lập với lời nói ở STS sau và sự định hình thành công của chúng về danh tính giọng nói ở STS trước.

Các vỏ não thị giác và thính giác từ lâu đã được coi là "cụ thể theo modal". Do đó, hoạt động của chúng được cho là không thay đổi bởi thông tin từ các modal cảm giác khác. Tuy nhiên, bằng cách sử dụng chụp cộng hưởng từ chức năng (fMRI), các thí nghiệm hiện tại đã chỉ ra rằng hoạt động diễn ra trong vỏ não thị giác có thể bị điều chỉnh bởi thông tin thính giác và hoạt động đang diễn ra trong vỏ não thính giác có thể bị điều chỉnh bởi thông tin thị giác. Trong cả hai trường hợp, sự điều chỉnh chéo-modal của hoạt động đã diễn ra dưới hình thức khử hoạt động. Tuy nhiên, phản ứng khử hoạt động không được chứng minh trong bất kỳ khu vực vỏ não nào trong suốt quá trình trình bày cặp các kích thích thị giác và thính giác. Những dữ liệu này cho thấy rằng các quá trình ức chế chéo-modal hoạt động trong các vỏ não chuyên biệt theo modal truyền thống và rằng những quá trình này có thể được bật hoặc tắt trong những hoàn cảnh khác nhau.

Ngôn ngữ và phép toán đều được phân phối chủ yếu ở bán cầu trái trong hầu hết những người trưởng thành thuận tay phải. Tuy nhiên, sự phân bố tương tự này có phản ánh một sự hạn chế tổng thể về tổ chức não bộ, như một “thống trị” chung của bán cầu trái đối với tất cả các hoạt động ngôn ngữ và biểu tượng không? Nó có liên quan đến sự phân bố của các khu vực cụ thể trong não? Hay chỉ đơn thuần là ngẫu nhiên? Để làm sáng tỏ vấn đề này, chúng tôi đã thực hiện một “phân tích phân bố đồng thời” trên 209 chủ thể khỏe mạnh: Chúng tôi đã điều tra xem sự biến đổi bình thường trong mức độ bất đối xứng ở bán cầu trái trong các khu vực liên quan đến việc nghe và đọc câu có phản ánh sự bất đối xứng của các khu vực liên quan đến toán học hay không. Trong mạng lưới ngôn ngữ, một phân tích khu vực quan tâm đã tiết lộ các mô hình phân bố một phần không liên quan đến mô hình “thống trị” tổng thể. Chỉ có hai trong số các khu vực này thể hiện sự phân bố trong quá trình nghe và đọc câu mà tương quan mạnh mẽ với sự phân bố của hai khu vực hoạt động trong quá trình tính toán. Cụ thể, hồ sơ của sự bất đối xứng trong sulcus thái dương trên sau khi xử lý câu có tương quan với sự bất đối xứng của hoạt động kích thích do tính toán trong sulcus lưng giữa, và một sự phân bố tương tự đã liên kết gyrus trán giữa với thùy chẩm sau trên. Dựa trên kết quả hình ảnh não gần đây cho thấy sự xuất hiện muộn của sự bất đối xứng bán cầu cho phép toán biểu tượng trong suốt thời thơ ấu, chúng tôi suy đoán rằng những sự phân bố này có thể cấu thành các dấu vết phát triển về cách mà sự tiếp thu các biểu tượng ngôn ngữ ảnh hưởng đến tổ chức não bộ của mạng lưới toán học.

Khả năng nhanh chóng và hiệu quả trong việc trích xuất hình thức chữ viết trực quan là rất quan trọng khi sử dụng việc đọc như một công cụ cho việc học. Chúng tôi mô tả nghiên cứu fMRI dài hạn đầu tiên nhằm ghi nhận các thay đổi cá nhân về độ nhạy của vỏ não đối với chữ viết khi việc đọc phát triển. Chúng tôi đã thực hiện bốn phép đo chức năng não và kỹ năng đọc hàng năm ở một nhóm trẻ em đa dạng, ban đầu từ 7 đến 12 tuổi. Kết quả cho thấy có sự gia tăng độ nhạy của trẻ em đối với sự hiện diện của từ ngữ ở sulcus occipito-temporal bên trái phía sau (LOTS) theo độ tuổi, gần với vị trí giải phẫu của vùng hình thức chữ viết trực quan. Hơn nữa, tỷ lệ gia tăng độ nhạy từ LOTS đặc biệt liên quan đến tỷ lệ cải thiện trong hiệu suất từ ngữ nhìn, một chỉ số về tốc độ đọc từ ngữ biểu hiện nhanh. Các vùng vỏ não khác, bao gồm V1, vỏ não đỉnh phía sau và đồng nghiệp bên phải của LOTS, không cho thấy những thay đổi phát triển như vậy. Những kết quả này hỗ trợ về mặt phát triển cho giả thuyết rằng LOTS là một phần của mạch vỏ não trích xuất các hình thức chữ viết trực quan nhanh chóng và hiệu quả và làm nổi bật tầm quan trọng của việc phát triển độ nhạy vỏ não đối với sự hiện diện của từ ngữ trong việc tiếp thu kỹ năng đọc.

Vẫn còn tranh cãi về việc liệu khu vực hình thức từ thị giác (VWFA) có đặc thù cho hình thức từ ngữ chữ visual hay không và liệu chuyên môn về trực quan có tăng cường độ nhạy của nó (Xue et al., 2006; Cohen et al., 2002). Nghiên cứu hiện tại đã kiểm tra ba vấn đề liên quan: (1) liệu VWFA có tham gia vào việc xử lý các ký tự viết bằng ngôn ngữ nước ngoài mà có sự khác biệt rõ ràng so với ngôn ngữ mẹ đẻ hay không, (2) tác động của việc huấn luyện hình thức từ ngữ đến sự kích hoạt VWFA sau khi kiểm soát độ khó của nhiệm vụ, và (3) sự chuyển giao của việc học hình thức từ ngữ. Mười một người nói tiếng Anh bản ngữ đã được huấn luyện, trong năm phiên, để đánh giá xem hai ký tự nước ngoài (tức là, Hangul của Hàn Quốc) được chiếu lần lượt (thời gian 100 msec với khoảng thời gian 200 msec) có giống nhau hay không. Nhiễu trực quan đã được thêm vào các kích thích để điều chỉnh độ khó của nhiệm vụ. Trong các quét chụp cộng hưởng từ chức năng trước và sau khi huấn luyện, các đối tượng đã thực hiện nhiệm vụ một lần với cùng mức độ nhiễu (tức là, quét theo tham số điều chỉnh) và một lần với mức độ nhiễu thay đổi để phù hợp với hiệu suất từ trước đến sau huấn luyện (tức là, quét theo hiệu suất điều chỉnh). Kết quả chỉ ra rằng việc huấn luyện đã làm tăng độ chính xác trong điều kiện tham số điều chỉnh nhưng giữ nguyên trong điều kiện hiệu suất điều chỉnh (vì sự gia tăng độ khó của nhiệm vụ). Các quét trước huấn luyện đã chỉ ra sự kích hoạt mạnh mẽ hơn cho các từ tiếng Anh so với các ký tự Hàn Quốc ở gyrus thái dương trái và vỏ não trán trái, nhưng không ở VWFA. Huấn luyện hình thức từ ngữ đã giảm đáng kể sự kích hoạt ở vùng fusiform giữa hai bên và fusiform sau bên trái khi cả tham số và hiệu suất đều được điều chỉnh và cho cả các mục đã được huấn luyện và các mục mới. Những kết quả này xác nhận giả thuyết của chúng tôi rằng VWFA không được dành riêng cho các từ, và chuyên môn trực quan đạt được từ huấn luyện làm giảm chứ không làm tăng hoạt động của nó.

"Lý thuyết tâm trí," khả năng suy diễn về trạng thái tâm lý của người khác, dường như là một năng lực nhận thức mô-đun nằm cơ sở cho khả năng của con người trong việc tham gia vào các tương tác xã hội phức tạp. Năng lực này phát triển qua nhiều giai đoạn khác nhau, có thể được đo lường bằng các bài kiểm tra lý luận xã hội với độ khó tăng dần. Những cá nhân mắc hội chứng Asperger, một dạng tự kỷ nhẹ, thực hiện tốt trên các bài kiểm tra lý thuyết tâm trí đơn giản nhưng lại cho thấy những thiếu sót trên các bài kiểm tra lý thuyết tâm trí phát triển hơn. Chúng tôi đã thử nghiệm các bệnh nhân có tổn thương hai bên vùng vỏ trước trán (n = 5) và tổn thương một bên ở vùng vỏ trán ngoài bên trái (n = 5) trên một loạt các nhiệm vụ lý thuyết tâm trí khác nhau về độ khó. Các bệnh nhân tổn thương hai bên vùng vỏ trước trán thực hiện tương tự như những cá nhân mắc hội chứng Asperger, thể hiện tốt trên các bài kiểm tra đơn giản và cho thấy sự thiếu hụt trong các nhiệm vụ đòi hỏi lý luận xã hội tinh tế hơn, chẳng hạn như khả năng nhận diện những sai lầm xã hội. Ngược lại, không có thiếu hụt cụ thể nào về lý thuyết tâm trí ở các bệnh nhân tổn thương một bên vùng vỏ trán ngoài bên. Các bệnh nhân tổn thương vùng trán ngoài chỉ gặp khó khăn trên các phiên bản của nhiệm vụ yêu cầu bộ nhớ làm việc.