使用神经距离来预测生命性分类任务中的反应时

1. 参考文献 ¶

Ritchie, J. B., & Op de Beeck, H. (2019). Using neural distance to predict reaction time for categorizing the animacy, shape, and abstract properties of objects. Scientific Reports, 9, 13201. http://doi.org/10.1038/s41598-019-49732-7

2. 研究背景 ¶

一些神经影像学研究使用多元模式分析（MVPA），研究了视觉通路腹侧对物品分类的反应。一些发现的解释为：刺激的低水平视觉特征导致腹侧通路出现了明显的分类效应。最近才有研究开始采用分离物品类别和其他视觉属性（形状）的刺激设计，其优点是可以排除可能性：腹侧通路的分类效应是由刺激的低水平视觉特征引起的。

相关脑区对类别信息进行加工解码，不能说明信息得到利用。解决此问题的第一步是表明解码的信息可用于预测行为。研究尝试通过神经距离分析（NDBA：将激活空间的边界距离与被试反应时结合起来分析）来预测解释被试的部分行为。RT应与边界距离呈负相关关系。

研究目的：在分离物品类别和其他视觉属性的情况下，在生命性和形状分类任务中，神经距离是否可以预测被试的RT。

3. 研究方法 ¶

15名成人（8名女性；平均年龄= 30；右撇子）参加了实验。所有被试视力正常或矫正。

刺激是32个物品图像，裁剪为700×700像素。图片可分为两组：有生命的物体和无生命的物体，又可按照形状分成两组：棒状或斑点状。还可以分成4组（宠物、昆虫、工具和蔬菜），每组包含8张图像。

被试执行三个任务：生命性任务（是否能自行移动）；形状任务（更像“条状”还是“斑点状”）；和“室内-室外”任务（包括生命性和形状两个维度）。在室内外任务中，向被试强调某些物品需保留在室内，例如浴室用品，而蔬菜通常在室外。

实验前先向所有被试解释三个任务。任务的因变量是被试的选择性反应和反应时间。每次试验都从持续1000毫秒的刺激开始，然后是2000毫秒的注视时间。在扫描过程中，被试先执行了生命性任务然后是形状任务，或先进行形状任务然后是生命性任务，其次是室内室外任务，每个任务进行3次。使用右手的中指和食指进行反应。

对功能磁共振成像数据进行预处理和分析，作为神经距离的代替，研究分别计算对生命性和形状反应前10％体素所在脑区的神经距离，分别将生命性和形状脑区的距离与三个任务相关联。

在生命性任务中，被试的准确率很高，而形状任务的准确率较低，室内外任务的准确率最低。关于RTs，被试在形状任务中反应最快，生命性任务其次，反应最慢的是室内外任务。

分离物体生命性和形状的体素后，结果表明与生命性有关的信息位于侧枕叶皮层(LOC)和颞叶腹侧皮层(VCT),但没有存在于早期视觉皮层(EVC)。形状有关的信息位于枕叶，包括EVC、LOC和VCT。最高的10%体素没有重叠，LOC主要表征生命性，EVC表征形状。

在进行NDBA分析时，将准确率和RT结合起来。研究假设这两个值之间存在负相关关系。这一关系只在生命性任务和形状任务中显著，在室内外任务中不显著。对于生命性图像，RT和LOC中的神经距离显著相关，但对于无生命图像，只有边际显著。即使EVC无法进行生命性加工，但对于生命性图像，该脑区存在一个小但显著的RT和距离相关性。

其次计算了形状任务中RT和神经距离之间的相关性。斑点状和棒状的刺激中，在EVC中两者呈显著负相关，两者之间没有明显的差别。在LOC中也发现了在棒状刺激的条件下，两者呈显著负相关，但对于斑点状刺激没有发现相关性。但在LOC中两者的相关性接近于最低水平，明显低于EVC。

对室内外任务进行了相同的分析。总体而言，室内外任务缺乏显著效应。

本研究试图确定神经距离在是否能预测反应时，为此，将EVC和LOC进行生命性和形状分类时，其激活空间的神经距离与RT相关联，并进行三个分类任务：生命性，形状和室内外任务。在有生命性刺激的情况下，LOC中出现了显著的生命性效应，EVC中出现了形状效应。研究发现生命性条件下有很强的RT-神经距离效应，但对于无生命性条件来说不是这样。 研究进行形状属性的控制，从而总体上实现了生命性RT-距离效应无法由低级属性解释。因此结果表明观察者使用高级视觉皮层中的类别相关信息执行生命性分类任务。这些结果共同表明，将神经距离边界方法应用到生命性和物品类别之外的其他方面是有可能的。