Функциональный градиент веретенообразной коры головного мозга для распознавания китайских иероглифов. Часть 1.

Абстрактный

Было высказано предположение, что визуальное распознавание слов имеет функциональную и пространственную организацию, соответствующую иерархическим языковым словоформам в левой веретенообразной извилине (ФГ) во время визуального распознавания слов в алфавитных языках.

Визуальное распознавание слов и память тесно связаны. Исследования показывают, что тренировка навыков визуального распознавания слов может улучшить память мозга и способствовать общему развитию функций мозга.

Во-первых, визуальное распознавание слов улучшает нашу рабочую память. Рабочая память — это форма кратковременной памяти, которая помогает нам обрабатывать и хранить информацию при выполнении сложных когнитивных задач. Например, если мы хотим прочитать книгу, нам нужно одновременно запомнить несколько данных, таких как содержание книги, номер страницы и главу, что требует от нас сильной рабочей памяти. Обучение визуальному распознаванию слов может улучшить нашу способность обрабатывать и запоминать текстовую информацию, а также эффективно улучшить уровень рабочей памяти.

Во-вторых, способность визуального распознавания слов также может улучшить нашу долговременную память. Долговременная память относится к информации, которая хранится в мозге и обладает высокой стойкостью, включая язык, исторические события, культурные знания и т. д. Обучение визуальному распознаванию слов может помочь нам углубить наше понимание и запоминание текстовой информации, тем самым способствуя формированию и консолидация долговременной памяти.

Короче говоря, способность визуального распознавания слов играет важную роль в укреплении нашей памяти. Тренируя навыки визуального распознавания слов, мы можем улучшить нашу рабочую и долговременную память, закладывая прочную основу для будущей учебы и работы. Давайте будем позитивными, продолжим исследовать тайны обучения визуальному распознаванию слов и улучшим наш когнитивный уровень. Видно, что нам необходимо улучшить память, а цистанхе пустынный может значительно улучшить память, потому что цистанхе пустынный — это традиционное китайское лекарственное средство, обладающее множеством уникальных эффектов, одним из которых является улучшение памяти. Эффективность мясного фарша обусловлена ​​различными содержащимися в нем активными ингредиентами, включая кислоты, полисахариды, флавоноиды и т. д. Эти ингредиенты могут способствовать здоровью мозга различными способами.

Нажмите «Знать», чтобы улучшить кратковременную память.

Однако до сих пор неясно, существуют ли подобные функциональные градиенты словообразного представления при распознавании китайских иероглифов.

В этом исследовании мы использовали методы одномерного активационного анализа и анализа репрезентативного сходства (RSA) для исследования функциональной организации в FG для распознавания китайских символов с использованием данных задачи фМРТ. Читателям-носителям Китая визуально предъявлялись четыре типа иероглифов-стимулов (т.е. настоящие иероглифы, псевдо-иероглифы, ложные иероглифы и комбинации штрихов).

После анализа мы наблюдали задне-передний функциональный градиент в левом ФГ, соответствующий степени сходства стимулов с персонажем. Кроме того, отдельные субрегионы левого FG содержат разные орфографические коды. Средняя часть левого FG участвовала в абстрактной орфографической обработке, тогда как передняя часть левого FG участвовала в лексической орфографической обработке (т. е. сопоставлении орфографии с фонологией или семантикой).

Примечательно, что для правой ФГ мы не обнаружили аналогичного паттерна кодирования избирательности по сходству персонажей, что указывает на асимметрию функциональной иерархической организации в пользу левого полушария.

В заключение, наши результаты показали, что левый передний план представляет собой функциональную обработку градиента от заднего к переднему для распознавания китайских иероглифов, что расширяет наше понимание психологических, нейронных и вычислительных теорий чтения слов.

Ключевые слова:

Распознавание китайских иероглифов; функциональный градиент; веретенообразная кора; анализ репрезентативного сходства; одномерный активационный анализ.

Заявление о значении

Левая веретенообразная извилина (FG) необходима для чтения, однако ее функциональная организация при чтении на китайском языке остается неясной.

Здесь мы выявили функциональный градиент от задней к передней части, соответствующий символоподобным стимулам от нижнего к более высокому в левом FG во время распознавания китайских иероглифов, но не в его правом гомологе.

Используя анализ репрезентативного сходства (RSA), мы идентифицировали две функционально разделенные субрегионы левого FG: среднюю часть для орфографической обработки словоформ и переднюю часть для лексической орфографической обработки.

В заключение мы обнаружили, что задняя, ​​средняя и передняя области левого FG реагируют на различные орфографические иерархии, тем самым выполняя разные, но дополняющие друг друга вычисления. Основываясь на этом шаблоне градиента, левый FG взаимодействует с другими регионами языковой сети, чтобы обеспечить чтение на китайском языке.

Введение

Эффективное визуальное распознавание слов требует быстрого преобразования формы слова и орфографии в произношение и значение слова (Liu, 1999; Coltheart et al., 2001; Price andDevlin, 2011).

Нейровизуализация и исследования повреждений показали, что левая веретенообразная извилина (FG) имеет решающее значение для такого преобразования во время чтения слов (Kuo et al., 2001; Cohenet al., 2002; Baker et al., 2007; Dehaene et al., 2010; Centanni). и др., 2017).

Кроме того, считается, что латеральная средняя область левого FG, называемая областью визуальной словоформы, пространственно воспроизводима в различных системах письма, которые сильно различаются по типу письменности, таких как алфавитные языки (например, английский) и логографические языки (например, китайские иероглифы). ; Bolger et al., 2005; Liu et al., 2008; Dehaene and Cohen, 2011).

При чтении английских слов наблюдалась функциональная иерархическая организация словоподобных стимулов в левой FG (Vinckier et al., 2007). Однако существует ли подобная внутренняя организация левой ФГ в китайском словочтении, пока неясно.

Недавно в некоторых исследованиях изучалась функциональная организация словесных стимулов в вентральной затылочно-височной коре (vOT). Для алфавитных языков ряд доказательств, основанных на результатах активации, выявил функциональную и пространственную иерархическую организацию в левом переднем отделе во время визуального распознавания слов (Binder et al., 2006; Vinckier et al., 2007; Van der Market al., 2009; Кроншнабель и др., 2013; Олуладе и др., 2013, 2015; Лерма-Усабиага и др., 2018).

Коллеги Винкеранда обнаружили, что разные уровни орфографических стимулов вызывают одинаковую активацию в задней части левого FG, тогда как более словесные стимулы вызывают более высокую активацию вдоль средней и передней оси (Vinckier et al., 2007).

Таким образом, исследование внутричерепной записи распознавания английских слов подтвердило, что задняя часть левого FG однозначно участвует в избирательности букв, но подчеркнуло пространственно переплетенную, но не строгую иерархическую организацию, лежащую в основе прелексических и лексических реакций в средней и передней областях левого FG (Lochyet al. ., 2018).

Эти авторы последовательно определили, что для левого FG задняя часть участвует в обработке букв и подчеркивает функциональный градиент от средней к передней части.

Учитывая резкую разницу в орфографической структуре письменного английского и китайского языков, в двух недавних исследованиях было изучено, существует ли в китайском языке аналогичный функциональный градиент мозговой активности для иероподобных стимулов (Chan et al., 2009; Tian et al., 2020).

Чан и его коллеги обнаружили, что передняя область левого FG была более избирательной для стимулов, подобных китайским иероглифам, с орфографической законностью, тогда как задняя часть была более избирательной для корейских иероглифов (Chan et al.,2009). Тиан и его коллеги предположили, что передняя и средняя области левого FG были более избирательными к радикальным стимулам, тогда как задняя область — нет (Tian et al., 2020).

Однако соответствующая связь между разными уровнями китайской орфографической структуры и субрегионами левого ФГ до сих пор не выявлена. Кроме того, правая ФГ также была значительно активирована, что интерпретировалось как обработка пространственной информации во время распознавания китайских слов (Tan et al., 2000, 2001).

Однако то, какие уровни орфографии обрабатывались и существовали ли расходящиеся шаблоны иерархического кодирования в правильном ФГ во время чтения китайских слов, также оставалось в значительной степени неизвестным.

В текущем исследовании изучалась функциональная организация FG во время распознавания китайских иероглифов с использованием одномерного анализа активации и методов RSA.

Здесь была выбрана группа взрослых, носителей китайского языка, которые выполняли задачу лексического решения для настоящих слов (RW), псевдослов (PW), ложных слов (FW) и комбинаций штрихов (SC) во время сканирования фМРТ.

Учитывая, что китайская орфографическая обработка включает в себя четыре основных компонента: визуальные свойства, радикальную орфографию, орфографию словоформ и лексическую орфографию, мы предполагаем, что отдельные компоненты встречаются в разных субобластях левого переднего плана, что приводит к градиенту китайской орфографии от заднего к переднему. обработка.

Материалы и методы

Участники

Пятьдесят один студент колледжа (средний возраст=23,4 года, 19–28 лет, 25 мужчин/26 женщин) были привлечены к участию в текущем исследовании с помощью онлайн-рекламы. Все они были носителями китайского языка с нормальным или скорректированным до нормального зрением более 4,8 (значения логарифмической таблицы зрения).

Сорок один человек был идентифицирован как правша, а остальные имели сбалансированную руку согласно Эдинбургскому опроснику праворукости (Oldfield, 1971). Ни у кого не было в анамнезе неврологических заболеваний или психических расстройств.

Перед экспериментом каждому субъекту было предоставлено информированное письменное согласие. Настоящее исследование было одобрено Комитетом по этике Школы наук о жизни Фуданьского университета.

Стимулы и задачи процедур фМРТ

Набор стимулов состоял из четырех условий: RW, PW, FW и SC, по 40 проб в каждом состоянии (рис. 1А). Обработка китайской орфографии предполагает обработку четырех предполагаемых компонентов, а именно визуальных свойств, радикальной орфографии, орфографии словоформ и лексической орфографии, которые создают иерархическую структуру когнитивных процессов (рис. 1B).

RW — это часто встречающиеся односимвольные слова, состоящие из двух радикалов. ПЛ образованы двумя радикалами, которые представлены в своих юридических позициях, но не могут быть найдены в существующем китайском словаре. Примечательно, что в отличие от PW в алфавитном языке, PW в китайском языке непроизносимы и бессмысленны даже без фонологических и семантических подсказок.

FW формируются двумя радикалами, занимающими нелегальные позиции. SC состоят из случайно расположенных штрихов, которые появляются в реальных символах и имеют ту же оболочку, что и реальные символы.

Горизонтальный угол зрения всех стимулов белого цвета, представленных на черном экране, составлял 4,37 градуса. Процент пикселей, размер изображения и количество штрихов сопоставлялись в разных условиях. Частота слов RW и односимвольных слов, используемых для построения PW и FW, также была сопоставлена.

В текущем исследовании была принята задача, связанная с событийным дизайном и лексическим решением. Каждый стимул предъявлялся в течение 600 мс в рандомизированном порядке с рандомизированным межстимульным интервалом (ISI) в пределах от 4000 до 6000 мс.

Крест фиксации был представлен в центре экрана во время ISI для получения базовой активности мозга (рис. 1А). Задача на лексическое решение требовала от участников оценить, был ли стимул реальным персонажем, нажимая кнопки указательными пальцами правой руки. Примечательно, что критерием идентификации настоящего персонажа было наличие у него смысла или нет.

Практический раздел, состоящий из 16 испытаний (дополнительно четыре стимула в каждом условии), проводился вне сканера перед обычным экспериментом, чтобы обеспечить полное понимание требований задания.

Получение фМРТ и предварительная обработка данных

Данные функциональной и структурной магнитно-резонансной томографии были собраны с помощью сканера Siemens Prisma 3,0-T с 32-канальной головной катушкой (Siemens Healthcare) в Международном центре визуализации мозга Чжанцзян (ZIC) Университета Фудань, Шанхай, Китай.

Для получения функциональной визуализации использовали последовательность эхо-планарной визуализации (EPI) [TR=720 мс, TE=33 мс, угол переворота=52 градус, размер матрицы=110 96, поле обзор (FOV)=220 196 мм, толщина среза=2 мм, количество срезов=72].

Анатомические изображения высокого разрешения, T1-взвешенные изображения были собраны перед выполнением задач (TR =3000 мс, TE=2,56 мс, угол переворота=8 градус, размер матрицы {{6} } 320, поле обзора=256 256 мм, толщина среза=0.8 мм, количество срезов=208).

Предварительная обработка изображений проводилась с помощью статистического параметрического картирования-12 (SPM12, Wellcome Trust Centrefor Neuroimaging, Лондон, Великобритания; http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spam). Во-первых, перед запуском триггера не было зафиксировано несколько объемов для обеспечения равновесия Т1.

Объемы были скорректированы во времени до среднего объема EPI и пространственно скорректированы для корректировки движения головы. Структурное изображение каждого субъекта было зарегистрировано в среднем изображении EPI, сегментировано и нормализовано в пространстве Монреальского неврологического института (MNI).

Перестроенные объемы EPI были нормализованы в пространстве MNI с помощью параметров поля деформации из нормализации структурного изображения. Нормализованные объемы EPI были сглажены с помощью ядра Гаусса 6 мм и фильтра верхних частот.

For more information:1950477648nn@gmail.com