麻省理工學院的研究人員發現，嬰兒視覺皮層的一些區域對人臉、身體或場景表現出強烈的偏好，就像在成年人身上一樣。麻省理工學院的一項研究表明，大腦視覺皮層的一個關鍵區域在發育過程中出現的時間比之前認為的要早得多。在成年人大腦的視覺皮層中，有一小塊區域專門對人臉做出反應，而附近的區域對身體或風景等場景表現出強烈的偏好。
神經科學家們長期以來一直假設，這些區域需要多年的視覺經驗才能在兒童中發展。然而，麻省理工學院的一項新研究表明，這些區域的形成比以前想象的要早得多。在一項對2至9個月大的嬰兒的研究中，研究人員發現嬰兒視覺皮層的區域已經顯示出對面部、身體或場景的強烈偏好，就像它們在成年人中一樣。
麻省理工學院麥戈文腦科學研究所成員、腦與認知科學教授Rebecca Saxe 說：“這些數據推動了我們的發展圖景，使嬰兒的大腦看起來與成年人更相似，在更多方面，而且比我們想象的更早。”
利用功能磁共振成像（fMRI），研究人員收集了50多名嬰兒的可用數據，這一數字遠遠超過了任何研究實驗室之前能夠掃描的數字。這使他們能夠以一種直到現在還不可能的方式檢查嬰兒的視覺皮層。
麻省理工學院的研究生和這項研究的主要作者Heather Kosakowski說：“這是一個將使很多人不得不真正努力了解他們對嬰兒大腦、發育的起點和發育本身的理解的結果。”該研究於2021年11月15日發表在《當代生物學》上。
獨特的區域
20多年前，麻省理工學院認知神經科學教授Walter A. Rosenblith利用fMRI發現了梭狀回面孔區：視覺皮層的一個小區域，對臉部的反應比任何其他類型的視覺輸入都要強烈得多。
從那時起，Rosenblith及其同事們還發現了視覺皮層中對身體（身體紋狀皮層，或EBA）和場景（海馬旁回位置區，或PPA）有反應的部分。
他是麻省理工學院大腦、思維和機器中心的成員，也是這項新研究的作者之一。“這提出了所有這些關於這些區域如何發展的問題。他們如何到達那裡，以及你如何建立一個在每個人身上都有如此相似結構的大腦？”
動態刺激
試圖回答這些問題的一個方法是調查這些高度選擇性的區域何時在大腦中首次發展。一個長期的假設是，這些區域需要幾年的視覺經驗，才能逐漸對其特定目標產生選擇性。研究視覺皮層的科學家們已經在4或5歲的兒童身上發現了類似的選擇性模式，但對比這更小的兒童的研究卻很少。
2017年，Saxe和她的一名研究生 Ben Deen 報告了首次成功使用fMRI研究清醒嬰兒的大腦。該研究包括來自九個嬰兒的數據，表明雖然嬰兒確實有對面部和場景做出反應的區域，但這些區域還沒有高度的選擇性。例如，相對於其他類型的輸入，包括人體或其他動物的面孔，梭狀回面孔區並沒有顯示出對人臉的強烈偏好。
然而，這項研究由於受試者數量少而受到限制，而且它依賴於研究人員專門為嬰兒開發的fMRI線圈，該線圈不能像用於成人的線圈那樣提供高分辨率的成像。
在新的研究中，研究人員希望嘗試從更多嬰兒身上獲得更好的數據。他們建立了一個新的掃描儀，對嬰兒來說更舒適，也更強大，其分辨率與用於研究成人大腦的fMRI掃描儀相似。
在進入專門的掃描儀后，嬰兒和父母一起觀看視頻，這些視頻顯示了人臉、身體部位（如踢腳或揮手）、物體（如玩具）或自然場景（如山）。
研究人員為這項研究招募了近90名嬰兒，從52名嬰兒身上收集了可用的fMRI數據，其中一半嬰兒提供了使用新線圈收集的高分辨率數據。他們的分析顯示，嬰兒視覺皮層的特定區域對人臉、身體部位和自然場景顯示出高度選擇性的反應，這些反應在成人大腦中也是如此。然而，對自然場景的選擇性並不像對面孔或身體部位那樣強烈。
嬰兒的大腦
這些發現表明，科學家們對嬰兒大腦如何發育的概念可能需要修改，以適應這些特殊區域比任何人預期的更早開始類似於成人的觀察。
Kosakowski 說：”這些數據令人振奮的地方在於，它們徹底改變了我們理解嬰兒大腦的方式。在視覺神經科學領域，很多理論都是為了適應這樣的觀點而發展起來的，即你需要多年的發展才能出現這些專門的區域。而我們說的是，實際上，不，你只需要幾個月就可以了。”
由於他們關於大腦中對場景做出反應的區域的數據並不像他們研究的其他位置那樣強大，研究人員現在計劃對該區域進行更多的研究，這次是在一個更大的屏幕上向嬰兒展示圖像，這將更接近於模仿在場景中的體驗。在這項研究中，他們計劃使用近紅外光譜學，這是一種非侵入性的成像技術，不需要參與者在掃描儀中。
Saxe說：“這將讓我們詢問年輕的嬰兒是否對視覺場景有強大的反應，而我們在這項研究中低估了這種反應，因為掃描儀中的實驗裝置存在視覺限制。”
研究人員現在正在進一步分析他們為這項研究收集的數據，希望能更多地了解從他們研究的嬰兒的梭狀回面孔區的發展情況。他們還希望進行新的實驗，研究認知的其他方面，包括嬰兒的大腦如何對語言和音樂做出反應。