盲人“视觉”脑区，竟能“看见”运动？语言如何重塑大脑

基本信息

Title:Neural representation of nouns and verbs in congenitally blind and sighted individuals

Journal：Nature Communications

发表时间:2025.8.29

2025 影响因子：15.7

省流总结

盲人的“视觉”脑区，竟能“看见”运动？

对于大多数人而言，大脑的功能分区如同一个高度专业化的车间。例如，负责处理视觉信息的“视觉皮层”就像一个视频编辑室，而“经典语言网络”则如同一个文案撰写办公室。然而，当一个“视频编辑室”从出生起就从未接收过任何摄像机传来的画面时，会发生什么呢？这项针对先天性盲人展开的前沿研究揭示了一个引人入胜的发现：这个“视觉”脑区并不会因此而闲置或退化，而是会承担起一项新任务，且这项新任务在本质上与其“老本行”惊人地相似。

这项开创性的研究证实，在先天性盲人中，其“视觉”皮层（特别是对运动敏感的V5/MT区域）会被口语激活。更重要的是，这种激活并非随机的，该脑区能够可靠地分辨出具体的名词（如“球”）和动词（如“踢”）。这种独特的能力源于其处理这些词汇中内含的“运动意涵”（motion connotations）的能力。这一发现表明：大脑可塑性并非是一种杂乱无章的重组，而是一种高效且有原则的资源重新分配：它将新的感觉信息（口语）精确地“映射”到其既有的、功能特化的计算能力上（如处理运动信息）。

研究动机：

语言，如何塑造我们的大脑？

长期以来，人类大脑被视为一个由专业化区域构成的模块化系统，每个区域各司其职。一个典型的例子便是经典语言网络，主要位于左侧大脑外侧裂周围，负责处理从语法到语义的各种语言功能。针对有视力者的神经影像学研究一贯支持这一观点。

然而，数十年来对盲人的研究提出了一个悖论。尽管他们的经典语言网络保持完整，但其“视觉”皮层（因先天失明而没有视觉输入）在语言刺激下也表现出强烈的激活。这种被称为“跨感觉通道可塑性”（cross-modal plasticity）的现象，挑战了大脑严格模块化的传统观念。

以往的研究虽然证实了盲人视觉皮层在语言处理时会被激活，但并未明确回答其到底在处理何种语言属性。语言是多层次的，既包含相对具体的表征（例如，“苹果”指代一个小的、圆形的物体），也包含抽象的语言学属性（例如，“苹果”是一个高频名词）。因此，本研究的核心动机是填补这一关键的知识空白，深入探究语言激活在盲人视觉皮层中的表征属性。

这一深层探究的焦点不仅在于视觉皮层是否被激活，更在于它是如何被激活的。这引发了对大脑可塑性本质的深刻思考：它究竟是为新功能进行的随机而混乱的重新布线，还是遵循特定原则、尊重大脑原有计算偏好的一种重组？这一问题的答案对我们理解大脑的发育和功能具有深远的影响。

研究问题：

一个关于“感知”和“概念”的科学探问

为了解决上述核心动机，研究人员围绕盲人视觉皮层中名词和动词的神经表征提出了两种相互竞争的假设。名词（通常指代物体）和动词（通常指代动作）之间的区别非常适合用于本研究，因为它同时富含具体的语义内涵和抽象的语法属性。

假设一：“功能扩展”假说

该观点认为，盲人视觉皮层中的语言效应是该区域典型视空间计算和处理层级的延伸。它假定大脑区域并非由感觉模态（视觉 vs. 听觉）定义，而是由其执行的计算类型（如运动检测、形状识别）来定义。若此假说成立，那么盲人的视觉皮层就应该对词汇所指事物的物理属性敏感。具体来说，对运动敏感的V5/MT区域应该对语言做出反应，因为名词和动词具有系统性的不同“运动意涵”（例如，物体通常是静态的，而动作是动态的）。这种效应应主要出现在具有物理指涉物的具体词汇上，而对抽象词汇或伪词则不明显。

假设二：“逆向层级”假说

该替代观点提出，大脑可塑性是一种更为根本的形式，其中低级视觉区域（通常处理简单特征）可能会承担更为抽象的认知功能。该假说认为，视觉输入的缺失导致视觉皮层发生彻底的功能重塑。如果属实，某个脑区可能会被重新布线以处理抽象的语言信息，例如语法类别。在这种情况下，名词和动词之间的神经区别应该在所有词汇类别中都存在——包括具体的、抽象的和伪词，因为它们的语法角色是恒定的。

本研究的实验设计旨在直接验证这两种对立的可能性，并确定哪一种假说能更好地解释所观察到的大脑激活模式。

实验设计：

听觉fMRI，解析脑内语言地图

被试与任务

该研究招募了两组匹配良好的参与者：20名先天性盲人和20名有视力者。两组在年龄、性别、惯用手和受教育年限等关键人口统计学特征上均匹配，以控制潜在的混杂变量。至关重要的是，在fMRI实验期间，有视力者佩戴眼罩，以确保两组的数据采集环境尽可能相似。

实验任务是让参与者进行一项口语任务，在听到口语单词后，将它们在脑海中从单数形式转换为复数形式。该任务旨在引导参与者注意词汇的语言属性，而无需进行物理反应。研究中使用的刺激物经过精心设计，分为三大类，每类都包含名词和动词：

1. 具体词汇：具有清晰物理指涉物的词汇，例如“杯子”（名词）和“踢”（动词）。
2. 抽象词汇：没有明确物理或空间指涉物的词汇，例如“公平”（名词）和“思考”（动词）。
3. 伪词：在语法上正确但无意义的词汇。

为了确保研究的严谨性，所有刺激物都在音节数和词频等语言学属性上进行了严格匹配，并且名词和动词之间的任务难度也进行了平衡，以防止这些因素混淆结果。此外，实验设计还通过在不同运行中使用不同的复数化提示词和名词类型，控制了语音学效应。

技术方法：

超越单变量分析：

本研究的优势在于采用了多体素模式分类（Multi-Voxel Pattern Classification, MVPC）技术。传统的单变量分析（如t检验）仅测量某个脑区激活的整体强度，而MVPC则更为精妙。它分析一个脑区内多个体素（三维像素）激活的细微模式。例如，某个脑区对两种不同刺激物可能显示出相同的总激活水平，但其内部不同体素的激活模式可能存在差异。MVPC是一种机器学习算法，可以训练识别这些微妙的模式，从而让研究人员“解码”一个脑区所表征的信息。这种方法能够检测到那些简单激活图无法揭示的细致表征。

研究的核心在于使用MVPC来确定特定脑区的活动模式是否能可靠地将刺激物分类为名词或动词。此分析既在所有词汇类别中进行，也在各个类别内部进行。

核心发现：

V5/MT的独特“偏好”

发现一：V5/MT区域的主要效应

当将所有词汇类别合并分析时，研究发现盲人参与者的大脑V5/MT区域对名词和动词存在显著的MVPC分类效应（平均准确率为54.3%，p=0.008），但在其他视觉区域则没有发现此效应。而在有视力者中，任何视觉区域都没有出现显著效应。两组间的直接比较证实，盲人组在V5/MT区域的分类准确率显著高于有视力组（平均差异为5%，p=0.006）。这一初始发现立即表明，V5/MT——一个以处理运动信息著称的区域——是跨感觉通道可塑性的关键参与者，而非整个视觉皮层的泛化重组。

发现二：对具体词汇的特异性

为了精确确定表征的性质，研究人员对每个词汇类别进行了单独分析。结果是决定性的：盲人V5/MT区域的分类效应仅对具体的名词和动词显著（准确率为55.9%，p=0.024）。对于抽象词汇或伪词，则没有发现显著效应。这是本研究最关键的发现，它将词汇指涉物的物理属性（特别是具体词汇中突出的运动意涵）与V5/MT的激活模式直接关联起来。这一结果直接反驳了“逆向层级”假说，因为它表明，尽管抽象词汇和伪词具有相同的语法属性，但其缺乏清晰的物理指涉物导致了V5/MT没有出现分类效应。数据暗示了一个因果链：

语言输入 -> 语义处理物理属性（运动）-> 功能特化脑区（V5/MT）的激活。

此外，多项对照分析证实，V5/MT的效应并非来自解剖学掩模大小的假象，也并非由一小部分体素驱动。该效应在广泛的分析参数下都表现出稳健性。同时，该效应并未显著偏向某一单侧半球，这表明它是一个双侧现象。这些对照分析确保了核心发现并非统计侥幸，极大地增强了结论的可信度。

发现三：经典语言网络的作用

与V5/MT形成鲜明对比的是，经典语言网络（特别是颞上皮层）表现出不同的模式。在盲人和有视力者中，MVPC均能成功对所有三种词汇类别（具体、抽象和伪词）的名词和动词进行分类。这一发现提供了一个有力的内部对照，它揭示了大脑中明确的分工：经典语言网络处理语言的抽象、语法和语音学属性，而重塑后的视觉皮层则专注于具体的、物理语义属性。这反驳了“具体词汇效应是由其在整个大脑中更容易被分类”这一说法。

发现四：单变量与多变量分析的差异

MVPC揭示了高度特异性的效应，而平行的单变量分析（测量整体激活）则显示出更泛化的模式。在盲人中，V5/MT区域被所有词汇类别激活，其中对伪词的激活最强。这与MVPC发现的激活模式仅对具体词汇有意义的结果形成对比。

这种差异至关重要，它表明不同的分析方法探查着大脑功能的不同层面。整体激活（单变量）可能反映了泛化过程，例如注意或认知负荷（特别是对于出人意料的伪词），而细致的模式（多变量）则真正捕捉了语义信息的特异性、有意义的表征。

编辑部观点：

可塑性，不是“天马行空”，而是“量体裁衣”

这项研究为“为什么盲人的视觉皮层在响应语言时会被激活”这一长期悬而未决的问题提供了迄今为止最精确的答案。它明确地证明，这种可塑性并非是一个随机或混乱的重新布线过程，而是一个高度遵循原则的过程。

这一核心发现支持了一种可以称为“计算等价性”的原则。视觉皮层并非一块等待被书写的白板。相反，其内部区域为特定计算功能而特化，而不仅仅是为特定感觉模态。V5/MT的“专长”就是处理运动。本研究表明，即使在缺乏视觉输入的情况下，该区域的计算偏好依然存在。当它接收到新的输入——语言——时，它会“寻找”自己擅长处理的信息，即词汇的运动意涵。动作（“踢”）和物体（“球”）的运动模板，从高级别的语义区域“反向投射”到负责处理这类信息的背侧视觉通路，这是一种优雅的资源再利用。

该研究通过证明V5/MT仅表征具体词汇的物理属性，为反对更激进的“逆向层级”假说提供了有力证据。该假说提出低级视觉区域可以被重新利用来承担抽象认知功能。大脑似乎是一个务实的解决者，倾向于利用现有基础设施，而非从零开始建立不相关的层级。

这项研究也为有视力者的大脑提供了一个深刻的窗口。研究结果表明，这种将语义信息“反向投射”到视觉皮层的机制可能是一个普遍存在于每个人大脑中的基本机制，或许旨在帮助视觉预测或心理想象。这种效应在盲人中可能更为强烈和易于检测，因为缺乏竞争性的前馈视觉信号和更弱的抑制机制。因此，这项对盲人大脑的研究实际上揭示了有视力者大脑组织的一般性原则。

当然，该研究也存在局限性。例如，全脑搜索（searchlight）分析并未完全重现V5/MT效应，这可能因为它每次只包含一个半球的体素。作者也指出，其分组实验设计虽然是MVPC所必需的，但排除了更详细的表征相似性分析（RSA），后者可以为特定运动表征提供更细致的见解。未来的研究可以采用事件相关设计和RSA来进一步验证和扩展这些发现，例如探索其他物理属性（如形状、大小）在其他视觉区域中的表征。这项研究为我们留下了一个引人入胜的叙事，并为未来的科学探索指明了清晰的路径。

Author information:

First author: Marta Urbaniak

Institute of Psychology, Polish Academy of Sciences, Warsaw, Poland.

波兰科学院心理学研究所

Graduate School for Social Research, Polish Academy of Sciences, Warsaw, Poland.

波兰科学院社会科学研究生院

Last author: Łukasz Bola

Institute of Psychology, Polish Academy of Sciences, Warsaw, Poland.

波兰科学院心理学研究所

Abstract

In blind individuals, language processing activates not only classic language networks, but also the “visual” cortex. What is represented in visual areas when blind individuals process language? Here, we show that area V5/MT in blind individuals, but not other visual areas, responds differently to spoken nouns and verbs. We further show that this effect is present for concrete nouns and verbs, but not abstract or pseudo nouns and verbs. This suggests that area V5/MT in blind individuals represents physical properties of noun and verb referents, salient in the concrete word category, but not conceptual or grammatical distinctions, present across categories. We propose that this motion-sensitive area captures systematically different motion connotations of objects (nouns) and actions (verbs). Overall, our findings suggest that responses to language in the blind visual cortex can be deconstructed to representing physical properties of words’ referents, which are projected onto typical functional organization of this region.