Elife:“麻雀”虽小功能俱全：顶下回认知功能三分离

许多认知过程是通过人脑中空间分布的神经网络实现的。顶下回(IPL)是各种大脑网络的异模汇聚区，对于实现不同水平的神经处理体系中的关键认知操作至关重要。在灵长类动物进化过程中，IPL可能经历了显著的扩张和功能重组。作为最近人类大脑皮层扩张的一部分，IPL的进化轨迹可能与语言能力、未来规划、问题解决和其他人类擅长的复杂心理操作有重要关系。不同的认知能力与IPL中的神经活动有关。右侧IPL的神经损伤会导致半忽视（无法将视觉注意力定向到对侧的临床症状）。与视觉空间注意相反，语言功能被广泛接受为偏侧于(占主导地位的)左半球。以前的研究证实了早先关于左右IPL功能异质性的暗示，这两个区域在结构水平上也不同。结构异质性通过细胞构筑边界和脑回分化来表示，以及解剖学上的纤维束连接，如纤维束成像所定量的那样。这种IPL的异质性不仅存在于个体之间，也存在于左右半球之间。这种结构支架有可能支持左右IPL独特的神经认知特性。IPL是多式联运联系网络的主要枢纽(“默认模式网络”)，并与其他皮层关键区域紧密相连，以实现各种功能。尽管有迹象表明支持对人类定义的认知域进行侧化的功能专门化，但尚不清楚左右IPL如何与分布式神经网络相互作用，实现社会和语义过程等高级认知操作。Ole Numssen等进行了相关研究，成果发表在Elife。

采用了认知神经成像实验，这些实验涉及多个功能领域。多种数据驱动的分析技术相结合，可以放大IPL及其独立组件的半球特定功能专业化和全脑交互配置文件。我们匹配良好的实验范式促进了注意力重定向、词汇决定和心理视角采取-典型的过程，体现了更广泛的认知域-注意力、语义和社会认知。在同一样本中的直接任务比较使我们能够确定人类认知的注意力、语义和社会领域的功能专门化和共同机制的参与。我们对IPL功能、子专业化和交互模式的独特描述提供了对认知操作的关键洞察力，这些操作是人类交互和交流精细形式的基础。

三个认知域中估计的神经活动的主要影响。

任务相关的大胆反应首先在全脑水平上使用普通的质量-单变量分析进行量化。注意重定向任务：无效>有效对比。词汇判断任务：词>假词对比。视角采择任务：错误信念>真实信念对比。颜色表示出于显示目的未设置阈值的T值。暖色：目标条件下更高的GLM Beta估计值。冷色：控制条件下更高的GLM Beta估计值。黑色轮廓：位于顶下回的感兴趣区。

从注意力、语义和社会认知的神经活动反应中提取的IPL分离。

所有三个任务实验的神经活动估计值都被汇集在一起，以实现数据驱动的顶下回分离，分别位于每个半球。(A)细胞结构边界界定了感兴趣区域(ROI)的轮廓(Zilles和Amunts，2010年)。(B)将得到的感兴趣区自动分割成多个子区域，以获取每个半球三个区域的神经活动轮廓。L-ANT：左前亚区。L-POST：左侧后亚区。右前亚区：右前亚区。右后柱：右后亚区。(C)将大规模大脑网络映射到ROI(Yeo等人，2011年)。后亚区主要由缺省模式网络(DMN)填充，而前区主要承载腹侧注意网络(VAN)。(D)单项试验的体素神经活动估计的相似性矩阵，根据(C)重新排序。相似结构再现了分割结果。

IPL分区的任务特定预测贡献。

模式学习算法从注意力重新定向(上)、词汇决策(中)和他人心理状态视角(下)的三个目标实验条件中，聚集在左、右、前、后IPL子区域的神经活动估计中提取预测规则。颜色显示了预测签名与四个IPL子区域的相对贡献，检测三种认知状态的存在，从神经活动反应。对于一个给定的任务，一个更积极的子区域权重(棕色)意味着这个子区域的神经活动携带的信息增加了一个特定任务在试验大脑扫描中被代表的可能性。为了拟合预测模型，进行了一个不考虑受试者的交叉验证。负值(冷色)表示将预测决策导向相应的其他任务。

皮层功能连接的任务诱导变化

与各自的其他任务相比，四个IPL子区域与其它耦合部位的任务依赖的功能连接概要。(a)前(左)、后(右)IPL亚区域和全脑皮质区域之间的任务特异性相关性。所有的结果都具有统计学意义，p < 0.05，在所有三个任务中，对给定的IPL分区和大脑其余部分之间不可区分连接强度的零假设进行检验。深灰色:相互连接目标。(b)具有7个大规模大脑网络的4个IPL子区域的任务特定连接概要(Yeo等，2011)。

不同的任务导致IPL子区域之间的有效连接调制不同

动态因果模型(DCM)评估了四个IPL子区域间定向连接的调节在注意重定向、词汇决策和视角采取之间存在差异。只有显著的调制参数(a≤ 0.01)显示(基于非参数排列分析)。注意再定向诱导相对简单的连接调节，而其他两种任务的特点是在次区域之间的调节影响更丰富的变化。词汇决策增加了从左半球到右半球的便利性影响和从右半球到左半球的抑制作用。

 顶下回是多种心智能力最重要的汇聚区，其中有几种可能在人类物种中发展得最充分。然而，一些最基本和最先进的认知过程是如何在IPL中聚合和发散来实现人类的沟通和互动的，这仍然是一个开放的问题。为了从不同的角度解决这一未解决的问题，该研究开展了一项多方法的调查，通过注意、语义和社会认知任务使得IPL的功能特异性明显。通过预测、因果和功能耦合分析，揭示了在次区域分辨率下，IPL中探测的认知领域之间存在功能三重分离。基于对三个认知域的神经活动估计，通过功能分割分析，每个IPL识别出两个明显的子区域，一个前区和一个后区。这些子区域在它们的功能专业化和认知功能上各不相同。右前IPL亚区与注意再定向的预测相关性最强，而左前IPL亚区与语义加工的预测相关性最强。相比之下，当被试接受他人的心理观点时，左右后侧IPL都被强烈激活。更大的IPL区域内的功能专业化也与不同子区域的全脑连接情况不同。总的来说，随着任务间认知复杂性的增加，与不同大规模网络的连通性增加。前IPL亚区域的整体连接特征显示了较强的半球侧化和区域特异性。在每个任务中，左右后脑区域的功能连接轮廓相似，并显示出更高的跨网络耦合程度。专业的IPL子区域之间的互补性有效连接特征在不同领域也不同，支持了随着认知复杂性的增加而增强耦合的概念。IPL的功能专业化程度之前已经被考虑过。然而，只是在最近几年，来自不同认知神经科学领域的任务实验的直接比较(传统上是孤立研究)越来越受到关。

该研究提供了证据证明人类IPL的功能三重分离，在不同的IPL子区域有特定任务的功能专业化。这一观点得到了精确多元预测签名所携带信息的支持。有效连接分析发现，注意力重定向介导了更简单的耦合调节，而语义和社会认知则通过更复杂的半球间影响实现。

该研究探索了IPL内的功能特异性。由多变量模式学习算法识别的不同预测特征证实了IPL次区域活动的任务特异性。此外，左和右IPL对其亚区之间的有效连接施加了区域特异性的调制。任务诱发的前、后IPL亚区的功能相互作用涉及到分布的皮层伙伴的招募。当IPL前亚区参与强侧向耦合连接时，后两个亚区在两个半球之间表现出更对称的耦合模式。该研究揭示了IPL中被低估的半球专门化是如何支持一些最独特的人类智力的。

原文出处：

Numssen Ole,Bzdok Danilo,Hartwigsen Gesa,Functional specialization within the inferior parietal lobes across cognitive domains.[J] .Elife, 2021, 10: undefined.