Развитие правополушарной латерализации сети распознавания лиц от младенчества до взрослого возраста

Введение

Лица имеют distinctive эволюционное и социальное значение для человека. Поэтому неудивительно, что восприятие лиц, вероятно, является наиболее развитым визуальным perceptual навыком у людей. С этим утверждением согласуются данные, подразумевающие как врожденные, генетические, так и environmental компоненты в восприятии лиц.

У взрослых распределенная cortical и subcortical сеть была вовлечена в восприятие лиц. Эта сеть демонстрирует правополушарную доминантность, что проявляется в более сильных face-селективных responses и более сильной анатомической и функциональной связности. Тем не менее, мало что известно о том, как эта латерализация развивается в раннем возрасте.

Методология исследования

В этом cross-sectional исследовании мы исследовали возрастные изменения в латерализации обработки лиц от младенчества до взрослого возраста (1–48 лет; N = 194). Мы co-registered анатомические и functional Magnetic Resonance Imaging (фМРТ) сканы состояния покоя toddlers, детей, adolescents и взрослых в общее пространство и изучили функциональную связность между face-селективными, а также place- и object-селективными регионами, идентифицированными у взрослых.

Участники и сбор данных

Окончательные экспериментальные группы включали: взрослых с localizer сканированием (N = 35) и 5 групп со сканами состояния покоя: (1) toddlers (N = 20), (2) дети (N = 34), (3) ранние подростки (N = 29), (4) поздние подростки (N = 35), (5) взрослые (N = 41). Данные были включены из трех различных источников: сканы взрослых из Университета Бен-Гуриона, данные детей, подростков и взрослых из базы данных Autism Brain Imaging Data Exchange (ABIDE), а также сканы toddlers из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Анализ данных фМРТ

Анализ данных выполнялся с использованием пакета fMRIB's FSL. Общее пространство генерировалось с помощью программного обеспечения ANTs (Advanced Normalization Tools), построенного на основе фреймворка Insight ToolKit (ITK). Предобработка сканов состояния покоя выполнялась с использованием Configurable Pipeline for the Analysis of Connectomes (CPAC) и включала коррекцию времени среза, коррекцию движения, удаление черепа, регрессию nuisance сигналов, временную фильтрацию и регрессию глобального сигнала.

Результаты

Как и ожидалось, функциональная связность между core face-селективными регионами была сильнее в правом полушарии по сравнению с левым у взрослых. Что наиболее важно, та же латерализация была evident во всех других возрастных группах (младенцы, дети, подростки) и появлялась только в face-селективных регионах, а не в place- или object-селективных регионах.

Специфичность латерализации

Мы проверили специфичность findings, изучив place-селективные и object-селективные регионы с использованием аналогичной методологии. В пределах place-селективных регионов функциональная связность не различалась значимо между полушариями во всех возрастных группах. В пределах object-селективных регионов также не было обнаружено hemispheric различий у toddlers, детей, ранних и поздних подростков.

Эти findings предполагают, что физиологическое развитие face-селективных областей мозга может отличаться от такового у object- и place-селективных областей.

Обсуждение

В этом исследовании мы изучили типичную developmental trajectory функциональной связности face-селективных регионов от младенчества до взрослого возраста. Наши результаты демонстрируют, что основные области обработки лиц мозга exhibit правополушарную доминантность с первых лет жизни. Эта доминантность не была apparent в регионах обработки объектов или мест у младенцев или toddlers, что предполагает раннюю правую латерализацию, как ранее сообщалось для взрослых.

Модель интерактивной специализации

Модель Interactive Specialization (IS), предложенная Johnson, подразумевает, что cortical специализация развивается из взаимодействия между активностью в различных регионах. Это утверждение поддерживается findings, показывающими, что анатомическая связность может предсказывать функциональную селективность. Более того, сообщалось, что ранняя анатомическая связность (в возрасте 5 лет) может предсказывать последующую функцию в области visual word form. Следовательно, ранняя функциональная связность может быть важным свойством развития специализации обработки лиц.

Ограничения исследования

Данное исследование было основано на cross-sectional, а не longitudinal дизайне и, следовательно, не могло отслеживать развитие организации зрительной системы у одних и тех же individuals с течением времени. Более того, мы использовали данные из разных мест сканирования и включали сканы состояния покоя с различными настройками и параметрами сканирования, которые потенциально могут влиять на величины функциональной связности.

Еще одним ограничением текущего исследования было определение функциональных ROI на основе подгруппы взрослых, а не индивидуально у каждого из subjects, участвующих в исследовании. Учитывая известную variability в location функциональных face-related ROI, эта процедура может быть менее точной по сравнению с индивидуально определенными ROI.

Выводы

Текущее исследование revealed, что core face-селективные регионы латерализованы с ранних стадий развития, как evident в более сильной функциональной связности в правом полушарии. Это подчеркивает уникальность сети обработки лиц и suggests, что ранние определенные анатомические и функциональные структуры индуцируют латерализованную организацию, которая evident в ранней функциональной активности даже во время условий состояния покоя.

Будущие исследования должны изучить и сравнить trajectory латеральности функциональной связности face-селективных регионов с таковыми language- и body-селективных регионов и связать такие findings с behavioral мерами их обработки для дальнейшего исследования специфичности этих механизмов.