任務維度和任務無關維度干擾信息的同質性影響視覺搜索的神經(jīng)機制.pdf

1、在三個實驗中，我們利用功能性磁共振成像(functional magnetic resonanceimaging，fMRI)技術考察在簡單特征搜索任務和客體內聯(lián)合搜索任務中任務維度干擾項的同質性(或稱一致性，homogeneity)和任務無關維度干擾信息的同質性對視覺搜索行為的影響及其神經(jīng)機制。主要探討了三個問題：(1)任務維度干擾信息的同質性與目標存在性之間交互作用的神經(jīng)機制；(2)任務維度干擾信息的同質性與任務無關維度干擾信息的同質

2、性之間的交互作用及其神經(jīng)機制；(3)上述神經(jīng)機制在不同類型的視覺搜索(特征搜索和聯(lián)合搜索)中的異同。在實驗1中，我們使用2(干擾項在任務維度上的同質性：同質/不同質)×2(目標存在性：存在/不存在)的快速事件相關fMRI設計，探討在簡單特征搜索任務中，任務維度干擾項的同質性與目標存在性之間交互作用的神經(jīng)機制。被試搜索的目標項是豎直的朝向；干擾項的朝向可能彼此一致(同質條件)，可能彼此不一致(不同質條件)。目標項在一半的試次中出現(xiàn)，在另一

3、半試次中不出現(xiàn)。行為結果發(fā)現(xiàn)，干擾項同質性和目標存在性的主效應均顯著：干擾項不同質條件下被試的反應時長于干擾項同質條件下的反應時，目標不存在時的反應時長于目標存在時的反應時。重要的是，干擾項同質性與目標存在性存在顯著的交互作用。當干擾項的朝向不同質時，目標不存在時的反應時長于目標存在時的反應時；而當干擾項的朝向同質時，目標不存在時的反應時短于目標存在時的反應時。在神經(jīng)活動上，相對于干擾項同質條件，雙側上部和下部額葉眼區(qū)、輔助運動眼區(qū)、頂

4、間溝、頂枕聯(lián)合、以及前腦島區(qū)域在干擾項不同質時顯著激活；干擾項同質性與目標存在性的交互作用在大腦中表現(xiàn)出兩組激活模式不同的腦區(qū)。第一組腦區(qū)包括雙側上部和下部額葉眼區(qū)、頂間溝和輔助眼區(qū)，這些區(qū)域顯示了正的參數(shù)估計值。與行為結果模式不同的是，這些區(qū)域在干擾項不同質時的目標存在試次和目標不存在試次，以及干擾項同質時的目標存在試次有相同程度的激活，在干擾項同質時的目標不存在試次有較低的激活。第二組腦區(qū)包括雙側顳頂聯(lián)合區(qū)和右側上額回，這三個區(qū)域顯

5、示了負的參數(shù)估計值。當干擾項不同質時，目標不存在試次比目標存在試次有更強的負向激活；而當干擾項同質時，目標存在試次比目標不存在試次有更強的負向激活。
　　 實驗2和實驗3分別使用了簡單特征搜索任務和客體內聯(lián)合搜索任務。實驗操縱了任務維度和任務無關維度干擾信息的同質性，以及目標存在性，以檢驗任務維度和任務無關維度的干擾信息對搜索任務的影響是否存在不同的神經(jīng)機制，以及這些機制如何受不同類型搜索任務的調節(jié)。兩個實驗均采用2(任務無關維

6、度干擾信息的同質性：同質/不同質)×2(任務維度干擾項的同質性：同質/不同質)×2(目標存在性：存在/不存在)的被試內快速事件相關設計。在實驗2中，目標項是豎直朝向(特征搜索)，干擾項的朝向(任務維度)可能彼此一致，可能彼此不一致；在實驗3中，目標項是正向的T，干擾項(任務維度)可能是朝向彼此一致的T或L(同質條件)或彼此不一致的T和L的混合(不同質條件)。在實驗2和3中，任務無關維度均為顏色維度：所有項目的顏色可能彼此一致，可能彼此不

7、一致。目標項在一半的試次中出現(xiàn)，在另一半的試次中不出現(xiàn)。兩個實驗的行為結果均發(fā)現(xiàn)，任務維度或任務無關維度干擾信息不同質均會造成被試反應時的延長；任務維度干擾項同質性與目標存在性存在交互作用，表現(xiàn)出與實驗1類似的模式；任務維度干擾信息同質性與任務無關維度干擾信息同質性存在交互作用：當任務維度干擾項不同質時，任務無關維度的同質性變化不影響搜索反應時，當任務維度干擾項同質時，任務無關維度干擾信息不同質會延長搜索反應時。在神經(jīng)層面上，相對于同質

8、條件，任務無關(顏色)維度干擾信息的不同質性在實驗2和3中均激活了梭狀回顏色加工區(qū)部分區(qū)域的，任務維度的不同質性在實驗2和3中共同激活了雙側額葉眼區(qū)、左側項間溝和左側頂枕聯(lián)合，與實驗1的結果類似。反之，相對于不同質條件，任務維度的同質性在實驗2和3中共同激活了雙側顳頂聯(lián)合區(qū)。任務維度干擾信息同質性與任務無關維度干擾信息同質性的交互作用在實驗3中表現(xiàn)為雙側額葉眼區(qū)、雙側頂間溝、以及左側的前腦島的激活，但在實驗2中則沒有任何表現(xiàn)。另外，相對

9、于目標不存在試次，實驗2和3均發(fā)現(xiàn)左側頂下小葉在目標存在試次中激活較為強烈，提示該區(qū)域負責對知覺信息與相應的反應信息進行整合。反之，相對于目標存在試次，實驗3發(fā)現(xiàn)雙側下部額葉聯(lián)合和輔助運動區(qū)在目標不存在試次中激活較強，提示這些區(qū)域負責在目標未找到時進行進一步的注意投入和細節(jié)搜索。
　　 根據(jù)SERR模型(SEarch via Recursive Rejection，Humphreys＆ Muller1993；Muller et

10、al.，1994；for overviews，see Muller＆ Humphreys，1993，and Muller et al.，1998)和實驗1到3的行為及成像結果，我們認為，(1)無論是特征搜索還是聯(lián)合搜索，任務維度或無關維度干擾信息的不同質均會造成目標選擇和目標匹配的困難，這個發(fā)現(xiàn)否定了額頂區(qū)域只是特異性地參與聯(lián)合搜索的觀點。在兩種搜索任務中，額頂區(qū)域可能都是負責剔除干擾信息、匹配目標項。(2)通過偵測視覺搜索集中跟任務相

11、關的同質性信息，顳項聯(lián)合區(qū)批次性地排除相同的干擾項，從而易化搜索；抑制干擾項的需要越強，顳頂聯(lián)合區(qū)就越變現(xiàn)出更強的負向激活。(3)目標存在試次與目標不存在試次在反應時的差異主要受到任務維度干擾項同質性的調節(jié)，在任務維度不同質時干擾項對目標不存在試次反應時的影響顯著強于對目標存在試次的影響，其神經(jīng)基礎為雙側額葉眼區(qū)、頂間溝和輔助運動眼區(qū)等區(qū)域，這些腦區(qū)的激活強度反應了不同條件下目標選擇或目標匹配的困難程度。(4)在聯(lián)合搜索中，當自上而下的

12、搜索定勢有利于顏色信息與任務維度信息的整合時，該無關維度的變化能夠調控額頂區(qū)域的激活水平。這些額頂區(qū)域的參與水平主要取決于任務維度或任務無關維度的干擾信息是否增加目標搜索和目標選擇的注意需求。特征搜索則無此表現(xiàn)。(5)目標存在試次與目標不存在試次的加工過程可能存在不同的神經(jīng)基礎。左側下頂葉區(qū)域負責在目標存在試次中整合知覺信息與相應的反應選擇，雙側下額葉聯(lián)合和輔助運功區(qū)負責在暫時無法定位目標時進一步投入注意資源和搜索細節(jié)。
　　

13、關于視覺搜索的已有認知神經(jīng)科學研究主要關注聯(lián)合搜索是否存在特異性的神經(jīng)基礎，沒有系統(tǒng)地變化視覺搜索集中任務維度和任務無關維度干擾信息的同質性，沒有比較不同類型的搜索任務時目標存在試次與目標不存在試次是否存在不同的神經(jīng)激活模式，已有的結果也不能說明額頂區(qū)域在不同類型的搜索任務中的激活水平如何受到來自任務維度或任務無關維度干擾信息同質性的調節(jié)。本研究首次報告了任務維度和任務無關維度干擾信息的同質性影響視覺搜索的神經(jīng)機制，從新的視角考察了額頂