Nature communications：VWFA，一个集语言与注意于一身的脑区

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一、导读
熟悉认知神经科学的人一看到VWFA，瞬间想到这是一个与词形加工有关的脑区，当然也有一些观点认为VWFA在复杂的视觉处理中也起着重要作用。然而，对于VWFA的结构和功能环路及其与行为的关系的一直不太明了。近期发表于Nature Communications杂志、题目为《The visual word form area (VWFA) is part of both language and attention circuitry》的一项研究回答了这个问题。该项研究中，研究者使用来自HCP（译者注：HCP是一个为期五年的项目。该项目于2009年7月启动，是NIH神经科学研究蓝图中三大挑战的第一个。该项目的目标是建立一个“网络图”,揭示健康的人类大脑内的解剖和功能连通性,以及生成的数据,以促进研究脑部疾病,如阅读障碍,自闭症,阿尔茨海默氏症和精神分裂症）的高分辨率多模态成像数据（N=313），证明了VWFA与规范语言和注意网络具有稳健的连接模式。脑与行为的关系揭示了显著的双重分离模式: VWFA与侧颞语言网络的结构连接能够预测语言，但不能预测视觉-空间注意能力; VWFA与背侧额顶叶注意网络的连接能够预测视觉-空间注意，但不能预测语言能力。该项研究的发现支持了VWFA功能的一个多重模型，该模型以整合语言和注意的独特回路为特征，并指出连接受限认知是人类大脑组织的一个关键原则。

二、背景
Visual word form area (VWFA)，起初是被以专门对书面字母、单词感兴趣定义的一个特异性脑区，这个区域会将处理完字母、单词的信息传到更加高级的语言脑区来进行复杂的语言加工。随着对VWFA研究的增加，目前关于这个脑区功能的解释有两种模型：主流模型还是认为VWFA与语言加工有关，比如它与字母、单词的加工有关，在与语言相关的功能中，VWFA与侧前额叶、颞上回、顶叶区域之间存在白质和功能的连接。这些结果表明VWFA具有与分布式语言网络的其他节点的特定连接，从而支持了该语言模型。第二个模型认为VWFA不仅与语言加工有关，还涉及到一些视觉刺激的加工，比如面孔和数字符号，并且VWFA在视觉刺激的注意系统中起着至关重要的作用，VWFA和额顶叶注意之间的网络连接，包括顶内沟(IPS)， V5/颞中视觉区(MT+)，额眼区(FEF)等证明了这一点。
以往关于VWFA功能以及环路研究的限制体现在：（1）被试量少，不能确定研究结果的稳定性与可复制性；（2）大多数的网络连接局限在VWFA与语言加工网络，忽视了VWFA与全脑网络连接的关系；（3）以往的VWFA连通性研究将行为分析局限于阅读测试，没有考察VWFA连通性是否与视觉注意力相关的非语言任务有关，而这与VWFA功能的多重模型密切相关；（4）以前的研究没有同时在全脑范围内检查同一被试的VWFA的结构和内在功能连接。

三、拟解决问题
该研究主要采用HCP中的高分辨率多模态成像数据（N=313）以及被试在言语与视觉注意任务中的表现来回答两个主要的问题：（1）测试VWFA在语言加工与注意加工过程中的结构与功能的连接模式；（2）研究VWFA的结构和功能环路与语言和注意能力的脑与行为的预测关系。

四、研究方法
1.被试数据：从HCP项目发布的1206个数据中选取，根据性别、年龄（26-35岁）、利手（右）、头动情况（不超过2mm）、扫描完成情况（完成了四组静息态磁共振的扫描与弥散张量成像的MRI结构扫描），最终选取了313名被试的数据。
2.ROI的选择：参照以往元分析的结果，VWFA的坐标定为以MNI (-45, -57, -12)为中心，6mm为半径画球。其他的ROI也参照以往研究中的坐标定位。
3.结构连接：VWFA的DTI结构连接。
4.功能连接：计算VWFA的时间序列与全脑灰质体素的相关。
5.行为数据：即两个语言任务（单词阅读与图片词汇）和一个注意任务（Flanker任务）及其任务态的fMRI数据也由开源数据获得。

五、研究结果
1. VWFA与语言、注意网络的结构连接
采用以往研究中呈现的关于语言（inferior frontal gyrus（IFG）、supramarginal gyrus（SMG）、angular gyrus（AG）、inferior temporal gyrus（ITG）、superior temporal sulcus（STS）、superior temporal gyrus（STG）、anterior temporal lobe（ATL）和其他一些语言脑区）和注意（额顶网络）加工的脑区，结果显示：在语言加工方面，VWFA与ITG、STS、STG、ATL以及布洛卡区具有显著的结构连接；在注意加工方面，VWFA与FEF、 MT+、anterior IPS（aIPS）、the posterior IPS（pIPS）以及额顶网络都具有显著的结构连接。结果如图1所示。

图1：VWFA与两种不同功能脑区的结构连接

2.VWFA与语言、注意网络的功能连接
对于语言网络来说，IFG, SMG, AG和 ITG、ATL与VWFA具有显著的功能连接，更加细节化地将STS分为几个亚区，发现这些亚区仍与VWFA具有显著的功能连接；而注意的额顶网络皆与VWFA具有显著的功能连接。结果如图2所示。

图2：VWFA与两种不同加工功能脑区的功能连接

3. VWFA环路预测语言与视空间注意加工的能力（即脑活动预测行为的能力）
使用多重回归分析，自变量为VWFA与语言加工有关ROI的连接值或者VWFA与注意加工有关ROI的连接值，因变量为被试做相关的语言任务与注意任务的成绩得分，发现VWFA与语言加工有关的网络可以预测语言成绩，不能预测注意的成绩，而与注意有关的网络可以预测注意的成绩，不能预测语言的成绩，即VWFA与两者的连接出现了双分离。结果如图3所示。

图3：VWFA回路对个体的语言和视觉-空间注意能力有不同的预测

六、结论
1.纤维示踪成像与基于种子点的功能连接揭示了VWFA既与大脑中与语言加工的网络具有中到强的连接，尤其是与语音加工有关的STS区域，也与注意加工有关的额顶皮层有很强的连接，尤其是IPS，并且VWFA与注意网络节点的连接比语言网络强。
2.脑-行为预测结果出现了双分离：VWFA与语言加工有关脑区的结构连接可以预测被试语言任务能力水平，却不能预测注意的能力水平；而VWFA与注意加工有关脑区的结构连接可以预测注意任务的能力，却不能预测语言任务能力的水平。

参考文献：The visual word form area (VWFA) is part of both languageand attention circuitry, Nature communications, https://doi.org/10.1038/s41467-019-13634-z
注：原文资料请添加赵老师微信索要（kervin_zhao）

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