目标和宗旨

方方教授領導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機制。我們密切結合認知科學、信息科學和神經科學的方法和理論，試圖去理解人類認知過程中的一個核心問題 – 視覺系統是如何從雙眼視網膜上的二維圖像構建出對三維世界的表征，并識别出其中的物體。

研究手段

1. 行為學手段，包括心理物理學和眼動技術
2. 腦成像，包括腦電、腦磁圖、磁共振成像和近紅外成像
3. 神經調控，包括經顱磁刺激、經顱電刺激、顱内電刺激
4. 顱内電生理
5. 計算建模
6. 人類遺傳學

儀器設備

• 影像導航經顱磁刺激儀（Magstim Rapid2）
• 腦成像數據處理軟件（BrainVoyager QX和BrainVision Analyzer）
• 劍橋視覺研究系統（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)
• 高性能隔振光學平台（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）
• 高精度經顱電刺激儀（High Resolution Transcranial Electrical Stimulation）
• 磁共振兼容經顱電刺激儀(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備

研究内容

1. 視皮層的可塑性研究。可塑性是指神經系統由于外部環境和任務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驗對神經信息加工的影響，視覺經驗的時程可以從幾百毫秒（啟動效應），到數十秒（視覺适應），乃至數十小時（知覺學習）。對可塑性的研究，不僅可以使我們更好的了解視覺系統如何對外部信息實現動态優化加工，而且具有實際應用價值，如知覺學習可以提高弱視病人的視力水平。
2. 視覺注意的認知神經機制。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資源不可能同時處理這麼多的信息，隻能選擇性的處理具有高優先性的信息而忽視低優先性的信息，注意的作用正是體現于此。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。我們的研究主要關注這些類型的注意是如何産生的，以及它們如何調控視覺信息加工。
3. 物體識别與表征的認知神經機制。視覺系統的核心功能是物體識别。人類可以輕而易舉的在不同的視角，距離，光照條件下識别出同一個物體，即使該物體在視網膜上所成的二維圖像完全不同。物體識别研究的關鍵在于研究物體在視覺系統中是如何表征和編碼的。視覺系統是如何将簡單的視覺特征組合轉換，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，這意味着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，研究無意識視覺信息加工及其神經機制是非常有必要的。
5. 情境效應在早期視皮層的神經表征。在傳統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，視覺系統對它的知覺效果會截然不同，這個現象稱之為情境效應。情境效應通常被認為是由高級皮層通過整合大範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節機制，早期視皮層就可以在情境效應的表征中起到關鍵作用。

科研隊伍

現有人員

教師：方方、王茜、張惠惠

博士後：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.