视觉是人类最重要的感觉之一,视觉信息占人类大脑信息输入的80%以上。人类擅长于在复杂的环境中通过视觉识别物体。大脑对视觉信息的识别主要依赖于两种视觉信息加工通路:自下而上和自上而下通路。其中,自下而上通路指大脑源于视觉信息输入的视觉加工通路;自上而下通路指受到场景信息调控的视觉加工通路。对于视觉识别自下而上和自上而下通路的研究,有助于人类深入了解视觉识别能力的神经机制。通过长时间的刻意训练,受训个体往往可以获得稳定且显著优于常人的专家技能。鲁棒的行为表现常常对应稳定的视觉神经基础,因此,学术界通常将具有某项技能的专家作为研究人类学习大脑机制的鲁棒模型。可塑性指神经系统的组织结构和功能受自身或外界环境等因素的影响不断发生改变的特性。神经系统的可塑性改变往往会造成行为的相应改变。神经可塑性是人类学习、记忆的神经基础,并使专家技能的习得成为可能。因此,研究专家技能获得过程中的大脑可塑性变化具有重要意义。本文采用横断面研究实验设计(cross sectional study design),通过行为学测量和功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)技术,对视觉识别专家的行为和中枢进行定量化测量,研究视觉专家自下而上和自上而下通路所发生的大脑可塑性变化,其主要工作和创新点总结如下:首先,针对影像医师模型,本文结合影像医师视觉识别行为特征,将判断灵敏度、特异度、自信度三个指标纳入评判标准,利用受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic,ROC),指定了归一化的评价指标,并设计开发了一套影像医师视觉识别能力量化系统。利用此系统对21名影像科实习生及21名其他科室实习生进行了行为学测试,实验数据分析结果表明影像医师的病灶识别能力显著优于非影像医师。其次,利用影像医师模型,本文针对静息态下短期视觉训练对视觉自下而上通路的影响展开研究。本文通过采集上一研究中被试的静息态功能磁共振数据,利用组独立成分分析(independent component analysis,ICA)方法,针对该问题开展研究。数据分析结果表明:视觉专家技能引起了视觉专家腹侧视觉通路的可塑性变化,具体表现为高级视觉网络中右侧梭状回面孔区(fusiform face area,FFA)的区域内连通性增强。FFA通常涉及物体的精细识别,本文推测对视觉信息识别的有效性体现在高级视觉皮层与右侧FFA的有效连接。最后,本文针对任务态下短期视觉训练对视觉自下而上和自上而下通路的影响展开研究。本文使用以往基于任务态fMRI视觉专家神经机制研究报道的坐标数据,利用差异图标记(signed differential mapping,SDM)元分析方法,对视觉识别任务下视觉专家大脑激活进行了定量研究,得到了视觉专家在执行相关视觉任务中一致的大脑激活强度和模式。结果发现视觉专家在执行相关视觉任务时,专家组自下而上和自上而下通路的核心脑区激活强度显著性高于非专家组。更进一步,本文发现,视觉专家进行相关视觉识别任务时,自下而上和自上而下通路共同存在、共同作用,其可塑性变化不仅体现在与基本视觉处理相关的低级功能脑区,而且体现在与记忆、注意力和语义加工等相关的高级功能脑区。