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目標和宗旨

方方教授領(lǐng)導(dǎo)的視覺與腦成像實驗室主要研究視知覺、意識、注意和它們的認知神經(jīng)機制。我們密切結(jié)合認知科學(xué)、信息科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)的方法和理論，試圖去理解人類認知過程中的一個核心問題 – 視覺系統(tǒng)是如何從雙眼視網(wǎng)膜上的二維圖像構(gòu)建出對三維世界的表征，并識別出其中的物體。

研究手段

1. 行為學(xué)手段，包括心理物理學(xué)和眼動技術(shù)
2. 腦成像，包括腦電、腦磁圖、磁共振成像和近紅外成像
3. 神經(jīng)調(diào)控，包括經(jīng)顱磁刺激、經(jīng)顱電刺激、顱內(nèi)電刺激
4. 顱內(nèi)電生理
5. 計算建模
6. 人類遺傳學(xué)

儀器設(shè)備

• 影像導(dǎo)航經(jīng)顱磁刺激儀（Magstim Rapid2）
• 腦成像數(shù)據(jù)處理軟件（BrainVoyager QX和BrainVision Analyzer）
• 劍橋視覺研究系統(tǒng)（ViSaGe 和 Bits++）
• SMI 500Hz 高速雙眼眼動儀 (SMI High-Speed Eyetracker)
• Eyelink 1000+ 眼動儀 (Eyelink 1000 Plus Eyetracker)
• 高性能隔振光學(xué)平臺（ST-UT2 Tuned-Damped Upgradable Optical Table）
• HMC色覺檢查儀（OCULUS Heidelberg Multi-Color）
• 輻照度計/光度計（ILT1700 Research Radiometer/Photometer）
• 光譜輻射度計（PhotoResearch PR-730 SpectroRadiometer）
• 色度計（CRS ColorCal Colorimeter）
• 亮度光度計（Minolta Luminance Photometer）
• 立體鏡（Haploscope）
• 頭托/額托（UHCOTech HeadSpot）
• 近紅外腦功能成像儀（Functional Near Infrared Brain Imaging System）
• 高精度經(jīng)顱電刺激儀（High Resolution Transcranial Electrical Stimulation）
• 磁共振兼容經(jīng)顱電刺激儀(MRI Compatible Transcranial Electrical Stimulation)
• CRS快門式立體眼鏡（CRS FE-1 Shutter Goggles）
• NVIDIA快門式立體眼鏡（NVIDIA 3D Vision Goggles）
• 高性能計算和顯示設(shè)備

研究內(nèi)容

1. 視皮層的可塑性研究。可塑性是指神經(jīng)系統(tǒng)由于外部環(huán)境和任務(wù)的改變而引起的功能性變化，人類的大腦具有終生可塑性。我們的研究主要集中在視覺經(jīng)驗對神經(jīng)信息加工的影響，視覺經(jīng)驗的時程可以從幾百毫秒（啟動效應(yīng)），到數(shù)十秒（視覺適應(yīng)），乃至數(shù)十小時（知覺學(xué)習(xí)）。對可塑性的研究，不僅可以使我們更好的了解視覺系統(tǒng)如何對外部信息實現(xiàn)動態(tài)優(yōu)化加工，而且具有實際應(yīng)用價值，如知覺學(xué)習(xí)可以提高弱視病人的視力水平。
2. 視覺注意的認知神經(jīng)機制。人類每一時刻都接受到大量的外界信息，而我們有限的心理資源和神經(jīng)資源不可能同時處理這么多的信息，只能選擇性的處理具有高優(yōu)先性的信息而忽視低優(yōu)先性的信息，注意的作用正是體現(xiàn)于此。視覺注意主要包括基于特征的注意、基于空間的注意和基于物體的注意。我們的研究主要關(guān)注這些類型的注意是如何產(chǎn)生的，以及它們?nèi)绾握{(diào)控視覺信息加工。
3. 物體識別與表征的認知神經(jīng)機制。視覺系統(tǒng)的核心功能是物體識別。人類可以輕而易舉的在不同的視角，距離，光照條件下識別出同一個物體，即使該物體在視網(wǎng)膜上所成的二維圖像完全不同。物體識別研究的關(guān)鍵在于研究物體在視覺系統(tǒng)中是如何表征和編碼的。視覺系統(tǒng)是如何將簡單的視覺特征組合轉(zhuǎn)換，最終形成一個三維抽象的物體表征是視覺研究中的核心問題。
4. 無意識視覺信息處理及其神經(jīng)機制。Helmholtz早在一百多年前就提出視覺加工過程是一個無意識推理過程，這意味著視覺加工過程中的相當一部分是自動的、無需主觀意識就可以完成的。如果把視覺加工過程比作浮在海面的一座冰山，有意識視覺加工過程相對于無意識視覺加工過程，猶如冰山在水面上的一角相對于水面下的巨大冰體。因此，為了能夠充分理解視覺加工過程的本質(zhì)，研究無意識視覺信息加工及其神經(jīng)機制是非常有必要的。
5. 情境效應(yīng)在早期視皮層的神經(jīng)表征。在傳統(tǒng)的視覺信息加工理論中，早期視皮層的功能被認為是加工基本的局部信息，比如大小、邊緣、亮度等，其神經(jīng)活動反映的是視覺刺激的物理屬性。然而，同樣的局部信息放置于不同的情境或者背景中，視覺系統(tǒng)對它的知覺效果會截然不同，這個現(xiàn)象稱之為情境效應(yīng)。情境效應(yīng)通常被認為是由高級皮層通過整合大范圍空間信息來表征的。然而，我們通過一系列研究證明，通過高級皮層對早期視皮層的反饋調(diào)節(jié)機制，早期視皮層就可以在情境效應(yīng)的表征中起到關(guān)鍵作用。

科研隊伍

現(xiàn)有人員

教師：方方、王茜、張惠惠

博士后：于丹丹、陳冠鵬、宋永前

博士生：楊鑫躍、朱心億、楊若霖、莊楚、安靖民、張申申

本科生：趙志睿、滕文佳

以往人員

代表性論文

1. Mo C.#, Lu J.#, Shi C. and Fang F.* (2023) Neural representations of competing stimuli along the dorsal and ventral visual pathways during binocular rivalry. Cerebral Cortex. (in press) (# co-first authors)
2. Zhang Y., Bi K., Li J., Wang Y. and Fang F.* (2023) Dyadic visual perceptual learning on orientation discrimination. Current Biology. 33, 2407-2416.
3. Wang Y.#, Luo L.#, Chen G., Luan G., Wang X., Wang Q.* and Fang F.* (2023) Rapid processing of invisible fearful faces in the human amygdala. Journal of Neuroscience. 43(8), 1405-1413. (# co-first authors)
4. Luo L., Chen G., Li S., Wang J., Wang Q.* and Fang F.* (2022) Distinct roles of theta and gamma rhythms in inter-areal interaction in human visual cortex revealed by cortico-cortical evoked potentials. Brain Stimulation. 15, 1048-1050.
5. He Q., Yang X., Gong B., Bi K. and Fang F.* (2022) Boosting visual perceptual learning by transcranial alternating current stimulation over the visual cortex at alpha frequency. Brain Stimulation. 15, 546-553.
6. Yang X.#, He Q.# and Fang F.* (2022) Transcranial direct current stimulation over the visual cortex facilitates awake consolidation of visual perceptual learning. Brain Stimulation. 15(2), 380-382. (# co-first authors)
7. Yu Q.#, Peng Y.#, Kang H., Peng Q., Ouyang M., Slinger M., Hu D., Shou H., Fang F.* and Huang H.* (2020) Differential white matter maturation from birth to 8 years of age. Cerebral Cortex. 30(4), 2673-2689. (# co-first authors)
8. Mo C., Lu J., Wu B., Jia J., Luo H.* and Fang F.* (2019) Competing rhythmic neural representations of orientations during concurrent attention to multiple orientation features. Nature Communications. 10:5264. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13282-3
9. Zhang Y.#*, Zhang Y.#, Cai P., Luo H. and Fang F.* (2019) The causal role of alpha oscillations in feature binding. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116(34), 17023-17028. (# co-first authors)
10. He D., Wang Y. and Fang F.* (2019) The critical role of V2 population receptive fields in visual orientation crowding. Current Biology. 29(13), 2229-2236.
11. Mo C.*#, He D.# and Fang F.* (2018) Attention priority map of face images in human early visual cortex. Journal of Neuroscience. 38(1), 149-157. (# co-first authors)
12. Jia J., Liu L., Fang F. and Luo H.* (2017) Rhythmic sampling of visual objects during sustained attention. PLoS Biology. 15(6): e2001903.
13. Yu Q., Zhang P., Qiu J. and Fang F.* (2016) Perceptual learning of contrast detection in the human lateral geniculate nucleus. Current Biology. 26(23), 3176-3182.
14. Chen N., Cai P., Zhou T., Thompson B. and Fang F.* (2016) Perceptual learning modifies the functional specializations of visual cortical areas. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113(20), 5724-5729.
15. Chen N.#, Bi T.#, Zhou T., Li S., Liu Z.* and Fang F.* (2015) Sharpened cortical tuning and enhanced cortico-cortical communication contribute to the long-term neural mechanisms of visual motion perceptual learning. NeuroImage. 115, 17-29. (# co-first authors)
16. Chen J., He Y., Zhu Z., Zhou T., Peng Y., Zhang X. and Fang F.* (2014) Attention-dependent early cortical suppression contributes to crowding. Journal of Neuroscience. 34(32), 10465-10474.
17. 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.
18. Guo G., Wang Y.*, Jiang T., Yuille A.L., Fang F. and Gao W. (2014) A shape reconstructability measure of object part importance with applications to object detection and localization. International Journal of Computer Vision. 108(3), 241-258.
19. Bi T.#, Chen J.#, Zhou T., He Y. and Fang F.* (2014) Function and structure of human left fusiform cortex are closely associated with perceptual learning of faces. Current Biology. 24(2), 222-227. (# co-first authors)
20. He D., Kersten D. and Fang F.* (2012) Opposite modulation of high- and low-level visual aftereffects by perceptual grouping. Current Biology. 22(11), 1040-1045.
21. 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.
22. Chen J., Zhou T., Yang H. and Fang F.* (2010) Cortical dynamics underlying face completion in human visual system. Journal of Neuroscience. 30(49):16692-16698.
23. Cheung S.*#, Fang F.*#, He S. and Legge G.E. (2009) Retinotopically specific reorganization of visual cortex for tactile pattern recognition. Current Biology. 19(7), 596-601. (# co-first authors)
24. Fang F.*, Boyaci H. and Kersten D. (2009) Border ownership selectivity in human early visual cortex and its modulation by attention. Journal of Neuroscience. 29(2), 460-465.
25. Fang F., Boyaci H., Kersten D. and Murray S.O.* (2008) Attention-dependent representation of a size illusion in human V1. Current Biology. 18(21), 1707-1712.
26. Boyaci H.*, Fang F., Murray S.O. and Kersten D. (2007) Responses to lightness variations in early human visual cortex. Current Biology. 17(11), 989-993.
27. Fang F.*, Murray S.O. and He S. (2007) Duration-dependent fMRI adaptation and distributed viewer-centered face representation in human visual cortex. Cerebral Cortex. 17(6), 1402-1411.
28. Jiang Y., Costello P., Fang F., Huang M. and He S.* (2006) A gender and sexual orientation-dependent spatial attentional effect of invisible images. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 103(45), 17048-17052.
29. Fang F. and He S.* (2005) Cortical responses to invisible objects in human dorsal and ventral pathways. Nature Neuroscience. 8(10), 1380-1385.
30. Fang F. and He S.* (2005) Viewer-centered object representation in the human visual system revealed by viewpoint aftereffects. Neuron. 45(5), 793-800.
31. Fang F. and He S.* (2004) Stabilized structure-from-motion without disparity induces disparity adaptation. Current Biology. 14(3), 247-251.