透過顱磁刺激 (TMS) 來研究大腦的功能,以人臉辨識為例

要確認大腦和行為之間的因果關係,透過「損害研究」 (lesion study) 只能對腦部損傷的受測者進行觀察。

對於正常的受測者,則可透過「顱磁刺激」 (TMS, transcranial magnetic stimulation) 以不造成腦部損傷的方式來進行觀察。

TMS 在腦部周圍產生磁場,對大腦的特定區域引發電流,以暫時干擾該腦區的運作。


TMS 的空間解析度是 2cm。

但 TMS 無法影響較深的腦區,因此無法影響負責人臉辨識的 FFA (fusiform face area)。

David Pitcher 發現 TMS 可以影響比較淺層的和人臉辨識有關的 OFA (occipital face area)。

David 讓受測者做 same-difference task,分別觀看兩張人臉,回答這兩張人臉是否相同。

在受測者觀看第二張人臉時,以 TMS 暫時干擾 OFA 的運作。

控制組是在受測者觀看第二張人臉時,以 TMS 暫時干擾 vertex 的運作。

發現在看到人臉後 60 到 100ms 之間干擾 OFA 時,準確率從 85% 下降到 78%。

因此可以得知 OFA 對於人臉辨識,在大腦神經路徑上有因果關係,但因為準確率下降並不顯著,可能表示還有其他 bypass pathway。

TMS 的優點是對於腦區的認知功能可以得到較強的因果關係 (相較於認知行為實驗);是目前唯一能夠對正常受測者進行的破壞實驗;有不錯的時間解析度 (相對於腦傷病患,無法得知腦區破壞前後的不同);和腦傷病患相比,實驗結果比較不會受到腦區功能重組的影響。

TMS 的缺點是無法用來瞭解腦區運作的基礎;無法作用於較深層的腦區 (Ed Boyden 正在設法讓 TMS 可以作用在較深層的腦區);空間解析度不算高 (大約 2cm)。

參考資料


MIT 9.11 The Human Brain (by Nancy Kanwisher)
2.15 - TMS