ArticlePDF Available

Yüz Tanıma Alanı (Gyrus Fusiformis) Betimleyici Bir İnceleme

Authors:
  • Healt sciense enstitution

Abstract

Face Recognition Area (Gyrus Fusiformis): A Descriptive Review ÖZET Kişiler yüzleri ile tanınırlar. Bu nedenle yüzleri tanıma ve hatırlama yeteneği, insanın sosyal işlevselliği için çok önemlidir. Bu işlevler için, gyrus occipitalis inferior'da occipital yüz alanı, gyrus fusiformis'te fusiform yüz alanı ve sulcus temporalis superior'daki yüz ifade alanı gibi birbiriyle ilişkili beyin bölgeleri fonksiyon görmektedir. Anahtar Kelime: Yüz tanıma, Gyrus fusiformis, Fusiform yüz alanı, Occipital yüz alanı ABSTRACT People recognise each other with faces. For this reason, the ability to recognize and remember faces is very important for the social functioning of a person. For these processes involve a network of interrelated brain regions including, such as occipital face area in inferior occipital gyrus, fusiform face area in fusiform gyrus and facial expression recognition area in superior temporal sulcus.
Arşiv Kaynak Tarama Dergisi
Archives Medical Review Journal
Arşiv Kaynak Tarama Dergisi . Archives Medical Review Journal
2019;28(4):249-252
doi:10.17827/aktd.495945
Yüz Tanıma Alanı (Gyrus Fusiformis): Betimleyici Bir İnceleme
Face Recognition Area (Gyrus Fusiformis): A Descriptive Review
Emine Petekkaya1, Mahinur Ulusoy1, Ayşe Gül Kabakcı2, Ahmet Hilmi Yücel2
1Beykent Üniversitesi Tıp Fakültesi Anatomi AD. İstanbul, Turkey
2Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi Anatomi Anabilim Dalı, Adana, Turkey
ABSTRACT
People recognise each other with faces. For this reason, the ability to recognize and remember faces is very important
for the social functioning of a person. These processes involve a network of interrelated brain regions including,
occipital face area in inferior occipital gyrus, fusiform face area in fusiform gyrus and facial expression recognition area
in superior temporal sulcus.
Keywords: Face recognition, Fusiform gyrus, Fusiform face area, Occipital face area.
ÖZET
Kişiler yüzleri ile tanınırlar. Bu nedenle yüzleri tanıma ve hatırlama yeteneği, insanın sosyal işlevselliği için çok
önemlidir. Bu işlevler için, gyrus occipitalis inferior’da occipital yüz alanı, gyrus fusiformis’te fusiform yüz alanı ve
sulcus temporalis superior'daki yüz ifade alanı gibi birbiriyle ilişkili beyin bölgeleri fonksiyon görmektedir.
Anahtar Kelime: Yüz tanıma, Gyrus fusiformis, Fusiform yüz alanı, Occipital yüz alanı
Giriş
Kişileri tanıma ve ayırt etme kabiliyeti insanın sosyal ilişkilerini belirlemesi ya da şekillendirmesi açısından
oldukça önemli bir özelliktir1. İnsanoğlu var olduğu günden beri yüzleri ve yüzdeki duygu ifadelerini algılama
ve hatırlama yolu ile tanıdık ve bilinen kişileri kategorize ederek yaşamına sosyal işlevsellik katmıştır2. Aynı
zamanda evrimsel açıdan da kişileri tanıdık ve tanıdık olmayan şeklinde sınıflandırarak aile üyelerini ayırt
etme yolu ile kendisine güvenli ortam oluşturmuştur. Bu nedenle yüzlerin tanınması insanın sosyal ortamını
belirlemede çok önemli bir özellik olmuştur. Yüzler; kimliğimiz, cinsiyet, yaş, ruh hali ve bakış yönümüz
dahil olmak üzere etkileşimde bulunduğumuz insanlar hakkında hayati sosyal bilgiler sağlamaktadır”3. Beyin
ilk olarak yaş, cinsiyet ve yüz ifadelerini değerlendirmektedir. Daha sonra bakılan yüzü, bellekte depolanmış
3 boyutlu (3B) yüzlerle karşılaştırılarak, kişinin görünüş açısına bakılmaksızın tanınmasına izin vermektedir4.
Yüz algılaması son derece karmaşık bilişsel ve duygu işleme süreçlerini gerektiren önemli bir işlemdir3.
Günümüzde; görme ve sosyal tanımaya ilişkin karmaşık beyin işlevlerini açıklayan birçok sağlam veri elde
edilmiştir. Bu konuda yapılmış davranışsal, nöropsikolojik ve nörofizyolojik araştırmalar, yüz algılamasının,
diğer uyarı kategorilerinin algılanmasına katılan süreçlerden farklı bazı özel sinirsel mekanizmalar içerdiğini
göstermiştir3. Fonksiyonel beyin görüntüleme araştırmalarının ilerlemesi ile birçok beyin fonksiyonunun
anatomik lokalizasyonlarını belirleme konusunda çok güçlü kanıtlar elde edilmiştir.
Yüz tanıma alanı (gyrus fusiformis)
İnsan görme korteksi lobus occipitalis’te yer alır fakat bu bölge ile sınırlı değildir. Lobus frontalis, lobus
temporalis ve lobus parietalis bölgelerinde dağılım gösteren yüksek kortikal ağ özelliği gösterir5. Yüz
tanımanın ilk aşaması görme ile ilgili uyaranların hızlı işlendiği retinotopik korteks tarafından gerçekleştirilen
işlevlerdir. Retinotopik korteks; colliculus superior, amygdala, thalamus’un nucleus geniculatum laterale’si
ve pulvinar’ı ile korteks striatum gibi bir dizi karmaşık nöronal ağ sistemini içermektedir. Yüzün görsel olarak
ilk tanımlama aşamasının ardından yüzlerin kimlik bilgisi ve yüz ifadelerinin duygusal değerlendirme işlevleri
gerçekleştirilir6. Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) yöntemi ile yüz algılaması sırasında; üç
250
Gyrus Fusiformis İncelemesi.
çekirdek beyin bölgesinin fonksiyon gösterdiği tespit edilmiştir. Bu bölgeler; occipitotemporal kortekste yer
alan gyrus fusiformis medius veya fusiform yüz alanı (fusiform face area/FFA); gyrus occipitalis inferior
veya "occipital yüz alanı" (occipital face area/OFA); ve sulcus temporalis superior'un posterior alanlarıdır
(pSTS)’dir 7. Sulcus occipitalis lateralis’in yakınındaki lateral yüzey lateral occipito temporal korteks, gyrus
fusiformis'in posterior ve medius bölgeleri ile sulcus occipitotemporalis'a uzanan alanlar ise ventral occipito-
temporal korteks olarak adlandırılmıştır8. İnsana ait ventral occipito-temporal korteks (VTC), fusiform
gyrus’u içermesi nedeniyle yüz algılama, nesneleri tanıma ve okuma gibi yüksek düzey görsel işlemede işlevsel
olarak özel kilit yapı olarak kabul edilmektedir9. Bu bölgeler tipik olarak bilateral bulunmakla birlikte sağ
hemisferde baskındırlar3. Bu ağdaki en tutarlı şekilde ilişkili bölge, sağ gyrus fusiformis’de "fusiform yüz
bölgesi" (fusiform face area/FFA) olarak adlandırılmıştır2,3. Gyrus fusiformis; ilk kez 1854'te Jena Emil
Huschke tarafından tanımlanmıştır10. Huschke, özellikle, iğ şekline benzediği için bölgeyi gyrus fusiformis
olarak adlandırmış, uyarıların gönderildiği yerin ortadaki kısımdan daha geniş olduğu için, fusiform alanı
'Spindelwulst' (gyrus fusiformis) olarak tanımlamıştır9. Daha sonra Kanwisher tarafından gyrus fusiformis
içinde yüz tanımaya spesifik bir alan tanımlanmış ve fusiform yüz alanı (FFA) olarak adlandırılmıştır11. Bu
bölge ile ilgili olarak tartışmalar sürdürülmesine rağmen, yüz algılamasına özel bir modül olarak hizmet ettiği
düşünülmektedir; evler, arabalar veya çiçekler gibi nesnelerden ziyade yüz uyarılarına maksimum düzeyde
tepki verdiği gösterilmiştir3. Yüz algısı ile ilgili geniş kapsamlı araştırmalar, fusiform yüz alanının yüz
tanımadaki rolüne daha fazla odaklanılmasına karşın occipital yüz alanı (OFA)'nın diğer yüz seçici kortikal
bölgelerden farklı olarak ayırt edici yüz hesaplamaları gerçekleştirdiğini göstermiştir3. OFA, occipito
temporal korteks içinde gyrus oksipitalis inferior (IOG)’da bulunan fonksiyonel olarak tanımlanmış yüz
seçimli bir bölgedir8. Gyrus occipitalis inferior, sulcus temporalis superior, orbitofrontal korteks, gyrus
frontalis inferior korteksi, amygdala ve hipokampus alanları ise kategorik sınıflandırma yapmadan yüz
resimlerine yanıt veren alanlardır12. Yüksek temporal çözünürlüklü deneysel görüntüleme teknikleri ile
yapılan çalışmalarda yüz işleme bilgisinin uyaran başlangıcından 100 ms sonra OFA'ya ulaştığı ve ilk yüz
seçici kortikal bölge olarak görev aldığı bildirilmiştir 8.
Kimlik ve yüz ifadesi ayrımı
Kimlik ve yüz ifadesi ayrımını yapabilmek daha karmaşık nöronal işlevleri gerektirdiğinden yüksek korteks
seviyelerinde gerçekleştirilir. Yüzler hakkında temel bilgiler çekirdek sistem tarafından işlendikten sonra diğer
korteks alanlarına yayılım gösterir. OFA’nın karmaşık olan yüz tanımlama ağında "erken" bir modül olarak
davrandığı bildirilmiştir. OFA'nın erken görme korteksi ile FFA arasında kortikal hiyerarşide ara pozisyon
olarak yer aldığı fMRI çalışmalarında gösterilmiştir. Yüksek yüz seçici kortikal bölgelerde daha karmaşık yüz
özellikleri işlenirken OFA’da yüz kısımlarını yapısal olarak temsil eden göz, burun ve ağız gibi bölgeler
işlenmektedir8. Aynı zamanda hareket, şekil, boyut, renk ve ifade gibi birçok karmaşık görme işlevi, yüz ve
ifadesinin tanımlanması için spesifik şekilde aktivasyon gösteren bazı beyin kortikal alanları da yer almaktadır.
Örneğin yüz ifadesini oluşturan bakış yönü, dudak hareketleri, yada dudak okuma gibi yüzün değişen ifadeleri
ise sulcus temporalis superior tarafından gerçekleştirilmektedir13.
Yüzlerdeki tehlike sinyallerini öğrenebilme ve bu tür sinyalleri hızlı bir şekilde işleme kabiliyeti de hayatta
kalmak için önemlidir14. Yüz ifadelerinde tehdit içeren sosyal sinyaller, amygdala'yı harekete geçirmekte ve
amygdala, duygusal ve sosyal süreç ile ilgili kortikal alanları modüle etmektedir15. Amygdala; korkulu yüz
ifadelerine fusiform yüz bölgesinde aktivite artışı gerçekleştirerek davranışsal korku yanıtlarında yer alan
subkortikal alanlar ve beyin sapı bölgelerini etkilemektedir15. Hipokampusta, amigdalae’da ve gyrus frontalis
inferior'da oluşan yüksek aktivite hafıza oluşturma süreçleriyle ilişkilendirilmiş kodlama alanlarıdır 11. Yüz ilk
kez tanımlandığında kişinin ismi ve diğer anılarıyla ilişkilendirilerek kaydedilmektedir4. Ventrolateral
prefrontal korteksin (VLPFC) de yüz ifadelerini değerlendirirken amygdala’nın aktivasyonunu düzenlediği
yani değerlendirici yargılar oluşturduğu böylece sosyal uyaranların yukarıdan aşağı işlenmesinde rol oynadığı
düşünülmektedir16. Korku uyandıran yüzlerden ve sosyal olmayan uyaranlardan gelen tehdit sinyalleri 50-
200 ms. içinde beyin aktivitesinin artmasını sağlamaktadır14. Amygdala ve gyrus fusiformis anatomik ve
fonksiyonel olarak birbiri ile bağlantılıdır. Gyrus fusiformis, tehdit edici uyaranlara karşı uyaranın
başlangıcından hemen 30-60 ms sonra reaksiyon göstermektedir14.
Petekkaya ve ark.
251
Hastalıklarda yüz tanıma alanı (gyrus fusiformis)
Her iki alanda azalmış aktivasyon yüz tanımada defisitlere yol açmaktadır. Prosopagnosia, Otizm, Şizofreni
ve Alzheimer gibi hastalıklar, sosyal iletişim ve etkileşimin bozulduğu yüz tanıma defisitleri gösteren
hastalıklar olarak tanımlanmıştır17-19. Nörogörüntüleme çalışmala sayesinde özellikle yüzleri, kimlikleri,
yerleri tanımada ve yüz göz etkileşimli iletişim defisitleri gösteren bu hastalıkların etyolojisinde yüz ve nesne
tanıma gibi işlevsel beyin alanları sorumlu tutulmaktadır.
Prosopagnosia; gyrus fusiformis lezyonu ile sağlam zihinsel ve bilişsel işlevlere rağmen yüzleri tanımama
defisiti gösteren spesifik nörolojik bir sendromdur12,20. Lezyon alanları olarak çoğunlukla VTC’de yer alan
gyrus lingualis ve gyrus fusiformis alanları gösterilmektedir20. Aynı zamanda bu bölgeler renk algısının
işlendiği bölgeler olarak bildirilmiştir21. Olguların çoğunda lezyonlar bilateral olmakla birlikte, unilateral
lezyonların da bu sendroma yol açtığı tespit edilmiştir. Prozopagnozik hastalar bir yüz ile bir nesneyi ayırt
edebilmektedir ancak ünlü yüzler, arkadaşlar ve akrabalar gibi tanıdık yüzler ile kendi yüzlerini
tanıyamamakta ve yeni yüzler öğrenememektedirler20. Prosopagnosia, aynı zamanda Alzheimer Hastalığı’nın
ileri evresinde görülen yaygın bir belirtidir4. Alzheimer Hastalığı’nda özellikle lobus temporalis medialis
atrofisi; bellek bozulması, hafif kognitif bozukluk ve demansla ilişkilendirilmiştir. Lobus temporalis
medialis’in etkilenmesi, gyrus fusiformis ve gyrus parahipoocampalis alanlarını içermesi nedeniyle dil
yetenekleri, ailesel şeylerin tanınması, yerler, insanlar, kendisi ve kendisine ait kişisel bilgileri hatırlama gibi
özellikler yavaşça kaybolur22.
Şizofrenide yüz tanımadaki defisitlerin gyrus fusiformis ile ilgili olduğu, özellikle sol hemisferdeki gyrus
fusiformis ve amygdala’da fonksiyonel değişikliklerle birlikte hacim azalması gibi yapısal değişikliklerin de
olduğu gösterilmiştir23. Buna ek olarak, gyrus fusiformis’in elektriksel uyarımının kompleks görsel
illüzyonların oluşmasına neden olduğu bildirilmiştir24. Şizofrenili hastalarda hem postmortem bir çalışmada
hem de bir in vivo yapısal MRI çalışmasında gyrus fusiformis’te bilateral hacim azlığı ortaya çıkarılmıştır24.
Daha önce yapılmış çalışmalarda şizofreni hastalarında olumsuz bilişsel önyargının nötr yüzlere karşı artmış
amygdala aktivasyonunun daha negatif yorumlandığı bildirilmiştir17.
Otizm’in en karakteristik sosyal iletişim bozuklukları arasında göz teması kurma, yüzdeki duygusal ifadeleri
tanıma ve yüze konuşma gibi yüz ifadeleri yolu ile kurulan sosyal etkileşim defisitleri bulunmaktadır. Otizmli
kişilerin, yüzün iç özelliklerine özellikle de gözlere daha az bakma eğiliminde oldukları ve ağıza daha fazla
odaklanma belirtileri gösterdikleri belirtilmiştir25.
Sonuç
Yüzlerin ve yüz ifadelerinin hayatta kalma ve sosyal yaşamı düzenleme açısından kritik önemi yapılan bilimsel
çalışmalarla doğrulanmaktadır. Amygdala’nın yüzlerden gelen sinyaller aracılığı ile tehlike varlığını
sorgulaması özellikle nötr ifadeli yüzlere karşı gyrus fusiformis’te daha fazla aktivite oluşturması ile kızgınlık
ve öfke yanıtlarına yol açması yüz ifadelerini kullanmanın fizyolojik önemini göstermektedir. İnsan sosyal
varlıktır ve sosyal yaşamında yüz göz etkileşimini kullanarak varlığını sürdürmeye devam edecektir.
Kaynaklar
1. McGugin RW, Van Gulick AE, Gauthier I. Cortical. Thickness in fusiform face area predicts face and object recognition
performance. J Cogn Neurosci. 2016;28:282-94.
2. Brunyé TT, Moran JM, Holmes A, Mahoney CR, Taylor HA. Non-invasive brain stimulation targeting the right fusiform gyrus
selectively increases working memory for faces. Brain Cogn. 2017;113:32-9.
3. Solomon-Harris LM, Mullin CR, Steeves JKE. TMS to the ‘‘occipital face area’’ affects recognition but not categorization of
faces. Brain Cogn. 2013;83:245-51.
4. Unnikrishnan MK. How is the individuality of a face recognized? J Theor Biol. 2009;261:469-74.
5. Yanjia D, Shi L, Lei Y, Liang P, Li K, Chu WCW et al. Mapping the “what” and “where” visual cortices and their atrophy in
alzheimer’s disease: combined activation likelihood estimation with voxel-based morphometry. Front Hum Neurosci.
2016;10:1-16.
6. Hadjikhani N, Joseph RM, Snyder J, Chabris CF, Clark J, Steele S et al. Activation of the fusiform gyrus when individuals with
autism spectrum disorder view faces. Neuro Image. 2004;22:1141-50.
7. Jiang F, Dricot L, Weber J, Righi G, Tarr MJ, Goebel R et al. Face categorization in visual scenes may start in a higher order
area of the right fusiform gyrus: evidence from dynamic visual stimulation in neuroimaging. Journal of Neurophysiol.
2011;106:2720-36.
252
Gyrus Fusiformis İncelemesi.
8. Pitcher D, Walsh V, Duchaine B. The role of the occipital face area in the cortical face perception network. Exp Brain Res.
2011;209:481-93.
9. Weiner KS, Zilles K. The anatomical and functional specialization of the fusiform gyrus. Neuropsychologia. 2016;83:48-62.
10. Huschke E. Schaedel, Hirn und Seele des Menschen und der Thiere nach Alter, Geschlecht und Race, dargestellt nach neuen
Methoden und Untersuchungen. Mauke, Jena. Almanya, Print book, 1854.
11. Kanwisher N, McDermott J, Chun MM. The fusiform face area: A module in human extrastriate cortex specialized for face
perception. J Neurosci. 1997;17:4302-11.
12. Geiger MJ, Tuura RG and Klaver P. Inter-hemispheric connectivity in the fusiform gyrus supports memory consolidation for
faces. Eur J Neurosci. 2016;43:1137-45.
13. Steeves JKE, Culham JC, Duchaine BC, Pratesi CC, Valyear KF, Schindler I et al. The fusiform face area is not sufficient for
face recognition: evidence from a patient with dense prosopagnosia and no occipital face area. Neuropsychologia. 2006;44:594-
609.
14. Mueller EM and Pizzagalli DA. One-year-old fear memories rapidly activate human fusiform gyrus. Social Cognitive and
Affective Neuroscience. 2016:308-16.
15. Petrovic P, Kalisch R, Singer T, Dolan RJ. Oxytocin attenuates affective evaluations of conditioned faces and amygdala activity.
J Neurosci. 2008;28:6607-15.
16. Pinkham AE, Hopfinger JB, Pelphrey KA, Piven J, Penn DL. Neural bases for ımpaired social cognition in schizophrenia and
autism spectrum disorders. Schizophr Res. 2008;99:164-75.
17. Ciaramidaro A, Bölte S, Schlitt S, Hainz D, Poustka F, Weber B et al. Transdiagnostic deviant facial recognition for implicit
negative emotion in autism and schizophrenia. Eur Neuropsychopharmacol. 2018;28:264-75.
18. Hirjak D, Wolf RC, Pfeifer B, Kubera KM, Thomann AK, Seidl U et al. Cortical signature of clock drawing performance in
Alzheimer's disease and mild cognitive impairment. J Psychiatr Res. 2017;90:133-42.
19. Di Rosa E, Crow TJ, Walker MA, Black G, Chance SA. Reduced neuron density, enlarged minicolumn spacing and altered
ageing effects in fusiform cortex in schizophrenia. Psychiatry Res. 2009;166:102-15.
20. Rossion B, Caldara R, Seghier M, Schuller AM, Lazeyras F, Mayer E. A network of occipito-temporal face-sensitive areas
besides the right middle fusiform gyrus is necessary for normal face processing. Brain. 2003;126:2381-95.
21. Wang X, Han Z, He Y, Caramazza A, Song L, Bi Y. StateWhere color rests: spontaneous brain activity of bilateral fusiform
and lingual regions predicts object color knowledge performance. NeuroImage. 2013;76:252-63.
22. Noggle CA, Dean RS, Bush SS, Anderson SW. Integration of Imaging in Cortical Dementia Diagnosis. The Neuropsychology
of Cortical Dementias, Springer Publishing Company. 2015.
23. Dickeya CC, McCarleya RW, Voglmaier MM, Niznikiewicz MA, Seidman LJ, Frumin M et al. A MRI study of fusiform gyrus
in schizotypal personality disorder. Schizophr Res. 2003;64:35-9.
24. Boucher J, Lewis V. Unfamiliar face recognition in relatively able autistic children. J. Child Psychol. Psychiatry. 1992;33:843
59.
Correspondence Address / Yazışma Adresi
Ayşe Gül Kabakcı
Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi
Anatomi Anabilim Dalı
Adana, Turkey
e-mail: aysegulll-88@hotmail.com
Geliş tarihi/ Received: 24.07.2018
Kabul tarihi/Accepted: 24.10.2018
ResearchGate has not been able to resolve any citations for this publication.
Article
Full-text available
The human cortical regions for processing high-level visual (HLV) functions of different categories remain ambiguous, especially in terms of their conjunctions and specifications. Moreover, the neurobiology of declined HLV functions in patients with Alzheimer’s disease (AD) has not been fully investigated. This study provides a functionally sorted overview of HLV cortices for processing “what” and “where” visual perceptions and it investigates their atrophy in AD and MCI patients. Based upon activation likelihood estimation (ALE), brain regions responsible for processing five categories of visual perceptions included in “what” and “where” visions (i.e., object, face, word, motion, and spatial visions) were analyzed, and subsequent contrast analyses were performed to show regions with conjunctive and specific activations for processing these visual functions. Next, based on the resulting ALE maps, the atrophy of HLV cortices in AD and MCI patients was evaluated using voxel-based morphometry. Our ALE results showed brain regions for processing visual perception across the five categories, as well as areas of conjunction and specification. Our comparisons of grey matter (GM) volume demonstrated atrophy of three “where” visual cortices in late MCI group and extensive atrophy of HLV cortices (25 regions in both “what” and “where” visual cortices) in AD group. In addition, the GM volume of atrophied visual cortices in AD and MCI subjects was found to be correlated to the deterioration of overall cognitive status and to the cognitive performances related to memory, execution, and object recognition functions. In summary, these findings may add to our understanding of HLV network organization and of the evolution of visual perceptual dysfunction in AD as the disease progresses.
Article
Full-text available
The response to non-face objects in the face selective fusiform face area (FFA) can predict behavioral performance for these objects, but such results are often disregarded because experts may pay more attention to objects in their domain of expertise. We report an effect of expertise with objects in FFA that cannot be explained by differential attention. We relate regional cortical thickness (rCT) of FFA to face and object recognition using the Cambridge Face Memory Test (CFMT) and Vanderbilt Expertise Test (VET). Object performance in the VET was summarized using two PCA factors, one for living objects (VET-LV) and one for non-living objects (VET-NL). Using high-resolution structural data, we measured rCT in individually defined FFA1 and FFA2, OFA and PHG, in twenty-seven men recruited to vary in expertise for cars. The only significant correlations with behavioral performance were found in the FFAs. In right FFA2, rCT was positively correlated with performance on VET-NL (r=.42). This was supported by a correlation with an independent matching task with cars and planes (.43). In contrast, rCT was negatively correlated with performance on the VET-LV in left FFA1 (-.50) and FFA2 (-.68), and with performance on the CFMT in right FFA1 (-.46). Multiple regression revealed that performance with faces and objects together accounted for ~40% of the variance in rCT in several FFA patches. While men with a thicker FFA cortex performed better with non-living objects, those with a thinner FFA cortex performed better with faces and living objects. Performance with these different categories may reflect experience that is acquired during different phases of brain development (arguably faces earlier than vehicles), with different mechanisms of plasticity operating at these different times. The results point to a domain-general role of FFA in object perception, one that cannot be explained by attention to objects of expertise. Meeting abstract presented at VSS 2015.
Article
Impaired facial affect recognition (FAR) is observed in schizophrenia and autism spectrum disorder (ASD) and has been linked to amygdala and fusiform gyrus dysfunction. ASD patient's impairments seem to be more pronounced during implicit rather than explicit FAR, whereas for schizophrenia data are inconsistent. However, there are no studies comparing both patient groups in an identical design. The aim of this three-group study was to identify (i) whether FAR alterations are equally present in both groups, (ii) whether they are present rather during implicit or explicit FAR, (iii) and whether they are conveyed by similar or disorder-specific neural mechanisms. Using fMRI, we investigated neural activation during explicit and implicit negative and neutral FAR in 33 young-adult individuals with ASD, 20 subjects with paranoid-schizophrenia and 25 IQ- and gender-matched controls individuals. Differences in activation patterns between each clinical group and controls, respectively were found exclusively for implicit FAR in amygdala and fusiform gyrus. In addition, the ASD group additionally showed reduced activations in medial prefrontal cortex (PFC), bilateral dorso-lateral PFC, ventro-lateral PFC, posterior-superior temporal sulcus and left temporo-parietal junction. Although subjects with ASD showed more widespread altered activation patterns, a direct comparison between both patient groups did not show disorder-specific deficits in neither patient group. In summary, our findings are consistent with a common neural deficit during implicit negative facial affect recognition in schizophrenia and autism spectrum disorders.
Article
It is unclear whether clock drawing test (CDT) performance relies on a widely distributed cortical network, or whether this test predominantly taps into parietal cortex function. So far, associations between cortical integrity and CDT impairment in Alzheimer's disease (AD) and mild cognitive impairment (MCI) largely stem from cortical volume analyses. Given that volume is a product of thickness and surface area, investigation of the relationship between CDT and these two cortical measures might contribute to better understanding of this cognitive screening tool for AD. 38 patients with AD, 38 individuals with MCI and 31 healthy controls (HC) underwent CDT assessment and MRI at 3 Tesla. The surface-based analysis via Freesurfer enabled calculation of cortical thickness and surface area. CDT was scored according to the method proposed by Shulman and related to the two distinct cortical measurements. Higher CDT scores across the entire sample were associated with cortical thickness in bilateral temporal gyrus, the right supramarginal gyrus, and the bilateral parietal gyrus, respectively (p < 0.001 CWP corr.). Significant associations between CDT and cortical thickness reduction in the parietal lobe remained significant when analyses were restricted to AD individuals. There was no statistically significant association between CDT scores and surface area (p < 0.001 CWP corr.). In conclusion, CDT performance may be driven by cortical thickness alterations in regions previously identified as „AD vulnerable“,i.e. regions predominantly including temporal and parietal lobe. Our results suggest that cortical features of distinct evolutionary and genetic origin differently contribute to CDT performance.
Article
The human extrastriate cortex contains a region critically involved in face detection and memory, the right fusiform gyrus. The present study evaluated whether transcranial direct current stimulation (tDCS) targeting this anatomical region would selectively influence memory for faces versus non-face objects (houses). Anodal tDCS targeted the right fusiform gyrus (Brodmann’s Area 37), with the anode at electrode site PO10, and cathode at FP2. Two stimulation conditions were compared in a repeated-measures design: 0.5 mA versus 1.5 mA intensity; a separate control group received no stimulation. Participants completed a working memory task for face and house stimuli, varying in memory load from 1 to 4 items. Individual differences measures assessed trait-based differences in facial recognition skills. Results showed 1.5 mA intensity stimulation (versus 0.5 mA and control) increased performance at high memory loads, but only with faces. Lower overall working memory capacity predicted a positive impact of tDCS. Results provide support for the notion of functional specialization of the right fusiform regions for maintaining face (but not non-face object) stimuli in working memory, and further suggest that low intensity electrical stimulation of this region may enhance demanding face working memory performance particularly in those with relatively poor baseline working memory skills.
Article
In this study we investigated how changes of functional connectivity over time accompanies consolidation of face memories. Based on previous research we hypothesised that particularly connectivity changes in networks initially active during face perception and face encoding would be associated with individual recognition memory performance. Resting-state functional connectivity was examined shortly before, shortly after and about forty minutes after incidental learning of faces. Memory performance was assessed in a surprise recognition test shortly after the last resting-state session. Results reveal that memory performance related connectivity between the left fusiform face area and other brain areas gradually changed over the course of the experiment. Specifically, the increase in connectivity with the contralateral fusiform gyrus, the hippocampus, the amygdala and the inferior frontal gyrus correlated with recognition memory performance. Since especially the increase in connectivity in the two final resting-state sessions was associated with memory performance the present results demonstrate that memory formation is not restricted to the incidental learning phase but continues and increases in the following forty minutes. We discuss that particularly the delayed increase in inter-hemisphere connectivity between the left and right fusiform gyrus is an indicator for memory formation and consolidation processes. This article is protected by copyright. All rights reserved.
Article
Fast threat detection is crucial for survival. In line with such evolutionary pressure, threat-signaling fear-conditioned faces have been found to rapidly (<80 ms) activate visual brain regions including the fusiform gyrus on the conditioning day. Whether remotely fear conditioned stimuli (CS) evoke similar early processing enhancements is unknown. Here, 16 participants who underwent a differential face fear-conditioning and extinction procedure on day 1 were presented the initial CS 24 h after conditioning (Recent Recall Test) as well as 9-17 months later (Remote Recall Test) while EEG was recorded. Using a data-driven segmentation procedure of CS evoked event-related potentials, five distinct microstates were identified for both the recent and the remote memory test. To probe intracranial activity, EEG activity within each microstate was localized using low resolution electromagnetic tomography analysis (LORETA). In both the recent (41–55 and 150–191 ms) and remote (45–90 ms) recall tests, fear conditioned faces potentiated rapid activation in proximity of fusiform gyrus, even in participants unaware of the contingencies. These findings suggest that rapid processing enhancements of conditioned faces persist over time.
Article
Social relations between humans critically depend on our affective experiences of others. Oxytocin enhances prosocial behavior, but its effect on humans’ affective experience of others is not known. We tested whether oxytocin influences affective ratings, and underlying brain activity, of faces that have been aversively conditioned. Using a standard conditioning procedure, we induced differential negative affective ratings in faces exposed to an aversive conditioning compared with nonconditioning manipulation. This differential negative evaluative effect was abolished by treatment with oxytocin, an effect associated with an attenuation of activity in anterior medial temporal and anterior cingulate cortices. In amygdala and fusiform gyrus, this modulation was stronger for faces with direct gaze, relative to averted gaze, consistent with a relative specificity for socially relevant cues. The data suggest that oxytocin modulates the expression of evaluative conditioning for socially relevant faces via influences on amygdala and fusiform gyrus, an effect that may explain its prosocial effects.
Article
The fusiform gyrus (FG) is commonly included in anatomical atlases and is considered a key structure for functionally-specialized computations of high-level vision such as face perception, object recognition, and reading. However, it is not widely known that the FG has a contentious history. In this review, we first provide a historical analysis of the discovery of the FG and why certain features, such as the mid-fusiform sulcus, were discovered and then forgotten. We then discuss how observer-independent methods for identifying cytoarchitectonical boundaries of the cortex revolutionized our understanding of cytoarchitecture and the correspondence between those boundaries and cortical folding patterns of the FG. We further explain that the co-occurrence between cortical folding patterns and cytoarchitectonical boundaries are more common than classically thought and also, are functionally meaningful especially on the FG and probably in high-level visual cortex more generally. We conclude by proposing a series of alternatives for how the anatomical organization of the FG can accommodate seemingly different theoretical aspects of functional processing, such as domain specificity and perceptual expertise. Copyright © 2015. Published by Elsevier Ltd.
Article
The human cortical system for face perception is comprised of a network of connected regions including the middle fusiform gyrus ("fusiform face area" or FFA), the inferior occipital cortex ("occipital face area" or OFA), and the superior temporal sulcus. The traditional hierarchical feedforward model of visual processing suggests information flows from early visual cortex to the OFA for initial face feature analysis to higher order regions including the FFA for identity recognition. However, patient data suggest an alternative model. Patients with acquired prosopagnosia, an inability to visually recognize faces, have been documented with lesions to the OFA but who nevertheless show face-selective activation in the FFA. Moreover, their ability to categorize faces remains intact. This suggests that the FFA is not solely responsible for face recognition and the network is not strictly hierarchical, but may be organized in a reverse hierarchical fashion. We used transcranial magnetic stimulation (TMS) to temporarily disrupt processing in the OFA in neurologically-intact individuals and found participants' ability to categorize intact versus scrambled faces was unaffected, however face identity discrimination was significantly impaired. This suggests that face categorization but not recognition can occur without the "earlier" OFA being online and indicates that "lower level" face category processing may be assumed by other intact face network regions such as the FFA. These results are consistent with the patient data and support a non-hierarchical, global-to-local model with re-entrant connections between the OFA and other face processing areas.