张喜淋研究员 | 2019年度美国心理科学学会 (APS) 学术新星

Part1

人物简介

张喜淋研究员，博士生导师，2009年本科毕业于西南大学心理学部，随后被保送到北京大学心理与认知科学学院，并于2014年获得博士学位。博士毕业后，前往美国国立卫生研究院心理健康研究所（NIH/NIMH）进行博士后研究，于2018年加入华南师范大学心理学院。

张喜淋研究员主要利用心理物理学、脑成像技术和计算模型研究注意、视知觉、意识、情绪和工作记忆及其心理和神经机制，相关研究成果已以第一或通讯作者发表于Neuron (2012), PLoS Biology (2016, 2018), Current Biology (2014), NeuroImage (2017), Experimental Brain Research (2012)等国际权威学术期刊上。

最近，美国心理科学学会 (The Association for Psychological Science, APS) 公布了2019年度学术新星 (Rising Star) 评选结果，张喜淋研究员凭借其在“注意和感知觉”领域的出色研究成功入选2019年度学术新星，成为本年度唯一获得此项殊荣的中国大陆学者（来源：华南师大心理学院公众号）！

Part2

研究课题

结合认知科学、神经科学和计算科学的方法和理论，试图回答人类认知过程中的四个重要问题：

1. 为什么人脑具有极其巨大的潜能，而我们却只有非常有限的知觉能力？

2. 视觉系统是如何从双眼视网膜上的二维图像构建出对三维世界的表征，并识别出其中的物体？

3. 大脑如何对外部世界形成有意识的感知？

4. 情绪如何影响大脑的认知加工过程？

Part3

招生要求

具有良好英文阅读、写作和表达能力及计算机编程、数据处理能力。此外，认知神经科学作为一门新兴的综合交叉学科，本实验室特别欢迎具有不同背景学生的加入，包括（但不限于）心理学、计算机、数学、生物、物理等学科背景。针对同一科学问题，相信不同背景的你们可以寻找到自己独特的思维方向、问题角度、问题切入点及方法尺度（微观到宏观）（来源：华南师范大学心理学院官网）。

邮件联系方式：[e-mail]

Part4

四篇主要代表作

1. Zhang X., Zhaoping L., Zhou T., and Fang F*. (2012) Neural activities in V1 create a bottom-up saliency map. Neuron 73(1), 183–192.

V1的神经活动产生一个自下而上的显著图

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2011.10.035

对注意机制的研究可能是认识神经科学领域中最受关注的科学问题。注意是指心理资源被有选择性的分配给某些认知加工过程，使得这些认知过程对信息的加工更加快速准确。注意对于协调各种认知加工过程非常重要。人类每一时刻都接收到大量的外界信息，处于被“信息轰炸”的状态中。我们有限的心理资源和神经资源不可能同时处理这么多的信息，只能选择性的处理具有高优先性的信息而忽略低优先性的信息，注意的作用正是体现于此。

该篇文章结合心理物理学、功能性磁共振成像(fMRI)、高密度事件相关电位(ERPs)和计算模型证明了人类的初级视皮层可以在视觉信息加工的非常早期阶段(72~74毫秒)生成视觉显著图，用以引导空间选择性注意的分布。该领域中的主流理论是额叶-顶叶网络负责注意的生成和调节，但以往研究混淆了自下而上和自上而下两种注意过程，该研究通过引入对意识水平的操作来分离这两种过程，证明了自下而上的注意及其分布(即，视觉显著图)完全可以由初级视皮层的活动预测。

这些发现挑战了传统注意理论，促使我们重新思考负责注意调控的脑神经网络。这个研究对机器感知领域也有重要意义，它为复杂场景中视觉信息加工算法，提供了来自认识神经科学的新的理论依据和约束（来源：生物通）。

2. Zhang X., Qiu J., Zhang Y., Han S., and Fang F*. (2014) Misbinding of color and motion in human visual cortex. Current Biology 24(12), 1354–1360.

人类视觉皮层中颜色和运动的错误绑定

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2014.04.045

该篇文章结合心理物理学适应技术(psychophysical adaptation)、功能性磁共振脑成像适应技术(functional magnetic resonance imaging adaptation, fMRI adaptation)和动态因果模型（Dynamic Causal Modeling, DCM），以颜色和运动绑定为切入点，研究视觉特征绑定的神经机制取得新进展。 

视觉场景中通常充满各种各样的物体，每个物体都有自己的视觉特征，比如颜色、位置、运动、形状等。这些特征在视觉信息加工的早期阶段是相对独立的，然而，在随后的加工阶段，视觉系统面临的一个根本挑战是如何把这些特征正确的整合或绑定为物体，而避免发生错误绑定形成事实上不存在的物体。

2011年美国国家科学奖章获得者、普林斯顿大学心理学系教授Anne Treisman于1982年提出了著名的特征整合理论(feature integration theory)试图解释视觉特征绑定的机制，然而，相应的神经科学证据却由于实验设计和技术困难而非常匮乏。

在该研究中，利用2004年Nature杂志报道的一种罕见的稳态颜色和运动错误绑定现象进行了一系列磁共振脑成像和心理物理学实验检验了特征整合理论。这种稳态错误绑定的优点是可以在视觉系统中长时间的诱发出主动特征绑定，有利于揭示出特征绑定的内在机制。

首先，利用心理物理学适应技术发现，对颜色和运动错误绑定的适应可以产生颜色依赖的运动后效(color contingent motion aftereffect),这个发现提示视皮层编码这种颜色和运动错误绑定。

随后，利用功能性磁共振脑成像适应技术发现次级视皮层(V2)编码这种错误绑定，并进一步利用动态因果模型的数据分析技术发现，次级视皮层对这种错误绑定的编码依赖于中级视皮层V4和V5对V2的下行反馈调节。

以上发现，首次揭示了主动特征绑定可以由早期视皮层完成，并证实了中级视皮层对早期视皮层的再入连接(reentrant connection)在特征绑定中的关键作用，为特征整合理论首次提供了较为系统的神经科学证据（来源：北京大学心理与认知科学学院学院新闻）。

3. Zhang X*., Japee S., Safiullah Z., Mlynaryk N., and Ungerleider L. (2016) A normalization framework for emotional attention. PLoS Biology 14(11), e1002578.

情绪注意的归一化框架

文章链接：https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1002578

注意选择是优先加工部分输入信息的一种机制，该机制损失了干扰物的加工。注意的归一化模型（The normalization model of attention）表明，注意对视觉皮层感觉反应的调节作用取决于两个因素：刺激大小和注意范围大小。但是，关于情绪注意力是否通过归一化框架影响知觉知之甚少。

为了检验这一假设，该研究在空间提示任务中将刺激大小保持恒定的同时，通过情绪效价（负性面孔与正性面孔）操纵了注意范围。研究结果发现注意力增加了负性面孔的响应增益，最大的线索效应发生在高对比度下；而在中，低对比度下几乎没有影响。然而，注意增加了正性表情的对比度增益，最大的线索效应发生在中间对比度下，而在低对比度和高对比度下几乎没有影响。

一项补充性的神经成像实验（fMRI）证明，被试的注意范围在负性面孔时变窄，在正性面孔时变宽。在所有被试中，负性情绪和正性情绪的自我报告的情绪强度分别与反应增益和对比度增益变化有关以及初级视觉皮层的注意范围变窄和变宽相关。从机制上讲，该研究发现依赖于情绪效价的注意范围与从背外侧前额叶皮层（The dorsolateral prefrontal cortex）到初级视觉皮层（The early visual cortex）的反馈密切相关。

4. Zhang, X*., Mlynaryk, N., Ahmed, S., Japee, S., & Ungerleider, L. G. (2018). The role of inferior frontal junction in controlling the spatially global effect of feature-based attention in human visual areas. PLOS Biology, 16(6),e2005399.

额下联合皮层在基于特征注意的空间整体效应中的作用

文章链接：https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2005399

人类每时每刻均处于“信息轰炸”状态中。我们有限的心理和神经资源不可能同时处理如此浩瀚的信息，只能选择性的处理部分信息。注意在此选择过程中起着关键作用，即选择性注意。在注意选择的理论中，长期以来占据主导地位的是基于空间的注意选择理论（e.g., Zhang et al., 2012, 2016）。然而，在日常生活中，当我们要寻找某特定客体时，我们往往知晓组成该客体的特征（如其颜色、形状）而并不知晓其具体空间位置。

研究发现，注意可独立于空间位置而选择特定视觉特征，使得我们可以快速寻找和定位目标客体，即基于特征注意（feature-based attention）的空间整体效应（spatially global effect）。例如，当我们注意下图中的红色时，整个视野中的红色则会被选择性增强，即使这些红色处在非注意的空间位置。然而，基于特征注意的空间整体效应究竟如何产生？注意如何能调节非注意空间位置的神经元活动？

在该研究中，首先利用功能性磁共振成像（fMRI）证实了视皮层区（包括V1-V4及MT+）和额顶叶脑区（包括顶内沟IPS，额眼区FEF，内侧额状回mFG及额下联合皮层IFJ）均存在基于特征注意的空间整体效应，即非注意位置的目标特征的神经元活动被选择性增强。

随后，利用有效连接分析（effective connectivity analysis）技术进一步发现，视皮层脑区和额顶叶脑区的空间整体效应均源于额下联合皮层（Inferior frontal junction，IFJ）自上而下的反馈调节。以上发现首次揭示了前额叶脑区——额下联合皮层（IFJ）是人类基于特征注意的空间整体效应的调控中枢（来源：华南师范大学心理学院官网学院新闻）。

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校对：张喜淋研究员

排版：喵君姐姐

参考资料

1. Zhang X., Zhaoping L., Zhou T., and Fang F*. (2012) Neural activities in V1 create a bottom-up saliency map. Neuron 73(1), 183–192.

2. Zhang X., Qiu J., Zhang Y., Han S., and Fang F*. (2014) Misbinding of color and motion in human visual cortex. Current Biology 24(12), 1354–1360.

3. Zhang X*., Japee S., Safiullah Z., Mlynaryk N., and Ungerleider L. (2016) A normalization framework for emotional attention. PLoS Biology 14(11), e1002578.

4. Zhang, X*., Mlynaryk, N., Ahmed, S., Japee, S., & Ungerleider, L. G. (2018). The role of inferior frontal junction in controlling the spatially global effect of feature-based attention in human visual areas. PLOS Biology, 16(6),e2005399.

5. 华南师范大学心理学院官网：http://psy.scnu.edu.cn/a/20180327/73.html

6. 华南师大心理学院推文：https://mp.weixin.qq.com/s/QPoDR-TlA48alOGN0weM8w

7. 生物通北京大学最新Neuron文章：http://www.ebiotrade.com/newsf/2012-1/2012112172724366.htm

8. 北京大学心理与认知科学学院学院新闻：http://www.psy.pku.edu.cn/xwzx/xyxw/264688.htm

9. 华南师范大学心理学院学院新闻：http://psy.scnu.edu.cn/a/20180625/1553.html

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