DOI: https://doi.org/10.7554/elife.107636.3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40475683
تاريخ النشر: 2026-01-30
المؤلف: Xiaoxu Fan وآخرون
الموضوع الرئيسي: التعرف على الوجه والإدراك
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تطوير التعرف على تعبيرات الوجه من الطفولة إلى البلوغ، مع التأكيد على أهميته في التواصل الاجتماعي. باستخدام بيانات تخطيط الدماغ الكهربائي داخل الجمجمة من المشاركين الذين تتراوح أعمارهم بين 5 إلى 55 عامًا، تكشف الدراسة عن آليات عصبية متميزة تشارك في معالجة المشاعر الوجهية عبر مجموعات عمرية مختلفة. في البالغين، يشارك كل من القشرة الزمنية العليا الخلفية (pSTC) والقشرة الجبهية الجانبية (DLPFC) في ترميز ميزات المشاعر الوجهية من مساحة عالية الأبعاد. في المقابل، يعتمد الأطفال بشكل أساسي على pSTC لهذه المهمة، مع عدم وجود مشاركة ملحوظة من DLPFC. ومن الجدير بالذكر أن ترميز المشاعر المعقدة في pSTC يزداد مع تقدم العمر، مما يشير إلى أن الأطفال الصغار يعتمدون أكثر على المعالجة الحسية ذات المستوى المنخفض بدلاً من الوظائف الإدراكية الأعلى.
تشير النتائج إلى أن نضوج التعديل من الأعلى إلى الأسفل من DLPFC إلى pSTC أمر حاسم لفهم كامل للمشاعر الوجهية، وخاصة المعقدة منها التي تتطلب سياقًا اجتماعيًا وتجريبيًا. تسهم هذه الدراسة في الفهم المحدود للتطور العصبي المتعلق بإدراك تعبيرات الوجه، مما يبرز أهمية مناطق الدماغ المحددة في هذه المسار التطوري.
الطرق
في هذه الدراسة، تم تحليل بيانات تخطيط الدماغ الكهربائي داخل الجمجمة (iEEG) من مجموعة بيانات iEEG-fMRI متعددة الوسائط مفتوحة. تضمنت تصميم التجربة فيلمًا قصيرًا مدته 6.5 دقيقة تم إنشاؤه من خلال تحرير مقاطع من “بيبي على الهرب” في سرد متماسك. تم تقسيم الفيلم إلى 13 كتلة متداخلة مدتها 30 ثانية، تتكون من سبع كتل تحتوي على موسيقى خلفية فقط وست كتل تحتوي على الحوار الأصلي والصوت من الفيديو.
شاهد المشاركون الفيلم بينما تم تسجيل إشارات iEEG الخاصة بهم، دون عرض علامة تثبيت لتوجيه الانتباه. تم عرض الفيلم باستخدام برنامج Presentation (Neurobehavioral Systems، بيركلي، كاليفورنيا)، مما يضمن التزامن بين الصوت والتسجيلات العصبية. يمكن العثور على تفاصيل إضافية حول جمع البيانات في عمل Berezutskaya وآخرين.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. يسلط الضوء على النتائج المهمة التي تدعم الفرضيات المطروحة في الدراسة. تشير البيانات إلى وجود علاقة قوية بين المتغيرات التي تم فحصها، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن القسم تمثيلات بيانية للبيانات، مثل الرسوم البيانية والمخططات، التي توضح الاتجاهات والعلاقات بين المتغيرات. تعزز هذه المساعدات البصرية من فهم النتائج وتوفر تصويرًا واضحًا للنتائج التجريبية. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول سؤال البحث وتضع الأساس لمزيد من التحقيق في هذا المجال.
المناقشة
تبحث الدراسة في التمثيل العصبي لتعبيرات الوجه عبر مراحل التطور من خلال تحليل بيانات تخطيط الدماغ الكهربائي داخل الجمجمة (iEEG) من الأطفال والأفراد بعد الطفولة أثناء مشاهدتهم لفيلم سمعي بصري. تكشف النتائج أن القشرة الجبهية الجانبية (DLPFC) في الأفراد بعد الطفولة ترمز معلومات تعبير الوجه، كما يتضح من دقة التنبؤ الملحوظة لنشاط النطاق العالي التردد (HFB) (P=0.0096)، بينما يكون هذا الترميز غائبًا في الأطفال الصغار (P=0.825). بالإضافة إلى ذلك، يعزز وجود الصوت البشري تمثيل تعبير الوجه في DLPFC للأفراد بعد الطفولة ولكنه يضعفه في الأطفال (P=0.0034)، مما يشير إلى تحول تطوري في كيفية دمج الإشارات الاجتماعية متعددة الوسائط.
في المقابل، يظهر الثلم الزمني العلوي الخلفي (pSTS) مشاركة مبكرة في معالجة تعبيرات الوجه لدى الأطفال، مع ترميز ملحوظ لميزات المشاعر الوجهية التي لوحظت في كل من الحالات الفردية والتحليلات على مستوى المجموعة (P=0.003). تسلط الدراسة أيضًا الضوء على أن أوزان الترميز للمشاعر المعقدة في pSTS ترتبط إيجابيًا بالعمر (r=0.8512، P=0.004)، مما يشير إلى أنه مع تطور الأطفال، تتحسن قدرتهم على معالجة المشاعر المعقدة، بينما لا يظهر ترميز المشاعر الأساسية ارتباطًا ملحوظًا بالعمر. بشكل عام، تؤكد هذه النتائج المسار التطوري لمعالجة تعبيرات الوجه، حيث تكون المناطق الحسية المبكرة حاسمة في الطفولة، وتنتقل إلى مشاركة أكبر من DLPFC في المراحل اللاحقة، مما يسهل فهم الحالات العاطفية المعقدة. هناك حاجة إلى مزيد من البحث مع عينات أكبر وأكثر تنوعًا لتوضيح هذه الآليات التطورية بشكل أكبر.
DOI: https://doi.org/10.7554/elife.107636.3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40475683
Publication Date: 2026-01-30
Author(s): Xiaoxu Fan et al.
Primary Topic: Face Recognition and Perception
Overview
The research investigates the development of facial expression recognition from childhood to adulthood, emphasizing its significance in social communication. Utilizing intracranial EEG data from participants aged 5 to 55, the study reveals distinct neural mechanisms involved in processing facial emotions across different age groups. In adults, both the posterior superior temporal cortex (pSTC) and the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) are engaged in encoding facial emotion features from a high-dimensional space. In contrast, children primarily rely on the pSTC for this task, with the DLPFC showing no significant involvement. Notably, the encoding of complex emotions in the pSTC increases with age, suggesting that young children depend more on low-level sensory processing rather than higher cognitive functions.
The findings imply that the maturation of top-down modulation from the DLPFC to the pSTC is crucial for the full understanding of facial emotions, particularly complex ones that require social and experiential context. This research contributes to the limited understanding of the neural development related to facial expression perception, highlighting the importance of specific brain regions in this developmental trajectory.
Methods
In this study, intracranial electroencephalography (iEEG) data were analyzed from an open multimodal iEEG-fMRI dataset. The experimental design involved a 6.5-minute short film created by editing segments from “Pippi on the Run” into a cohesive narrative. The film was divided into 13 interleaved 30-second blocks, comprising seven blocks of background music only and six blocks featuring the original dialogue and voice from the video.
Participants viewed the film while their iEEG signals were recorded, without the presentation of a fixation cross to direct attention. The film was displayed using Presentation software (Neurobehavioral Systems, Berkeley, CA), ensuring synchronization between the audio and the neural recordings. Additional details regarding data acquisition can be found in the work of Berezutskaya et al.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments and analyses. It highlights the significant outcomes that support the hypotheses posed in the study. The data indicates a strong correlation between the variables examined, with statistical analyses revealing p-values less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant.
Additionally, the section includes graphical representations of the data, such as plots and charts, which illustrate trends and relationships among the variables. These visual aids enhance the understanding of the results and provide a clear depiction of the experimental outcomes. Overall, the findings contribute valuable insights into the research question and lay the groundwork for further investigation in the field.
Discussion
The study investigates the neural representation of facial expressions across developmental stages by analyzing intracranial EEG (iEEG) data from children and post-childhood individuals while they viewed an audiovisual film. The findings reveal that the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) in post-childhood individuals encodes facial expression information, as indicated by significant prediction accuracy of high-frequency band (HFB) activity (P=0.0096), while this encoding is absent in young children (P=0.825). Additionally, the presence of human voice enhances facial expression representation in the DLPFC of post-childhood individuals but impairs it in children (P=0.0034), suggesting a developmental shift in how multimodal social cues are integrated.
In contrast, the posterior superior temporal sulcus (pSTS) shows early engagement in facial expression processing in children, with significant encoding of facial emotion features observed in both individual cases and group-level analyses (P=0.003). The study also highlights that the encoding weights for complex emotions in pSTS positively correlate with age (r=0.8512, P=0.004), indicating that as children develop, their ability to process complex emotions improves, while basic emotion encoding does not show a significant correlation with age. Overall, these results underscore the developmental trajectory of facial expression processing, where early sensory areas are crucial in childhood, transitioning to greater involvement of the DLPFC in later stages, facilitating the understanding of complex emotional states. Future research with larger, more diverse samples is necessary to further elucidate these developmental mechanisms.