門控系統(tǒng)介導(dǎo)視覺(jué)注意控制.pdf

1、目的：視覺(jué)注意控制劃分為目標(biāo)導(dǎo)向的(goal-directed)、自頂向下(top-down)機(jī)制和刺激導(dǎo)向的(stimulus-driven)、自底向上(bottom-up)機(jī)制。即視覺(jué)注意既能自主定向到特定的目標(biāo)（目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的注意控制機(jī)制），也能被顯著性非目標(biāo)刺激所捕獲（刺激驅(qū)動(dòng)的注意控制機(jī)制）。
　　 先前的功能神經(jīng)影像學(xué)研究提示:背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)(DAN)由雙側(cè)皮層的額眼區(qū)（FEF）和頂內(nèi)溝/頂上小葉（IPS/SPL）等腦區(qū)組

2、成，承載了偏向競(jìng)爭(zhēng)模型及相關(guān)理論中的自頂向下注意控制機(jī)制;而腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)(VAN)主要包括了右側(cè)皮層額下回/前島葉（VFC/AI）和顳頂聯(lián)合區(qū)(TPJ)，可由顯著性刺激或行為相關(guān)性刺激激活，實(shí)現(xiàn)重定向過(guò)程。
　　 究竟自頂向下機(jī)制還是自底向上機(jī)制的相互作用和時(shí)機(jī)一直是研究焦點(diǎn)。應(yīng)用附加突出刺激范式(additional singleton paradigm)的研究表明刺激出現(xiàn)后150 ms以內(nèi)注意加工完全是刺激驅(qū)動(dòng)的，不受自頂向

3、下機(jī)制影響。也有人基于視覺(jué)線索范式研究結(jié)果，認(rèn)為刺激能否捕獲注意，取決于該刺激是否包含行為相關(guān)性信息，因而自頂向下機(jī)制主導(dǎo)注意方向。
　　 被試行為時(shí)而受刺激驅(qū)動(dòng)的自底向上機(jī)制影響，時(shí)而受自頂向下機(jī)制影響，注意是時(shí)時(shí)(moment-to-moment)波動(dòng)的，這種波動(dòng)可由大腦相關(guān)腦區(qū)活動(dòng)和行為績(jī)效反映。Leber(2010)采用視覺(jué)搜索范式，要求被試在多個(gè)作為分心物干擾的正方形（無(wú)關(guān)刺激）中尋找一個(gè)環(huán)形（靶刺激），50％的隨機(jī)試

4、次出現(xiàn)一個(gè)具有突出顏色的分心物，其功能神經(jīng)影像結(jié)果表明試次前左額中回(left middlefrontal gyrus)活動(dòng)愈強(qiáng)，隨后試次的行為學(xué)分心效應(yīng)愈小。
　　 Fockert等(2004)與Weissman等(2006)的功能神經(jīng)影像研究也提示自頂向下對(duì)自底向上注意機(jī)制的影響是注意控制水平波動(dòng)變化的重要來(lái)源。但功能神經(jīng)影像研究無(wú)法說(shuō)明注意捕獲所發(fā)生的確切時(shí)間，即無(wú)法明確行為績(jī)效主要是發(fā)生在知覺(jué)階段還是執(zhí)行階段;而既往的神

5、經(jīng)電生理研究則僅關(guān)注于個(gè)別導(dǎo)聯(lián)神經(jīng)電位的變化，缺乏從網(wǎng)絡(luò)（空間）角度的探討。
　　 本研究在側(cè)重考察自底向上因素的附加突出刺激范式中引入行為績(jī)效因素，基于同一被試的反應(yīng)時(shí)間快慢將事件相關(guān)電位(ERP)區(qū)分為兩組。通過(guò)ERP時(shí)空模式技術(shù)觀察顯著分心物和行為績(jī)效這兩個(gè)因素的交互效應(yīng)，試圖找出自底向上和自頂向下兩套加工機(jī)制的相關(guān)腦區(qū)和時(shí)機(jī)。
　　 方法：被試納入標(biāo)準(zhǔn)為身體健康，右利手，無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)、精神疾病并無(wú)精神疾病家族史，視

6、力或矯正視力正常，無(wú)色盲色弱，此前未參加過(guò)類似實(shí)驗(yàn)，均知情同意并領(lǐng)取一定報(bào)酬。18名被試均為在讀碩士研究生或住院醫(yī)生，其中3人因眼動(dòng)干擾太大而被剔除。余15人（女生6人）年齡介于22-30歲（25.73±1.87歲）之間。
　　 每個(gè)試次所呈現(xiàn)的圖片由8個(gè)圖形刺激所組成，這8個(gè)圖形包含7個(gè)空心正方形(1.6×1.6°)和1個(gè)空心菱形(1.5×1.5°)，以圓形排布的方式均勻分布在中央坐標(biāo)周圍，橫縱軸向?qū)ΨQ，每個(gè)圖形距中心距離為4

7、.5°，每個(gè)圖形均由0.2°寬線條畫出。8個(gè)圖形內(nèi)隨機(jī)分布有數(shù)字“2”和“5”，這兩種數(shù)字各占一半。這些數(shù)字位于圖形的正中央，數(shù)字是以寬度為0.2°的白色線條畫出。所有刺激都以黑色作為背景色。所有圖形刺激（靶刺激和非靶刺激）被涂成兩種顏色:紅色和綠色。有一半的試次沒(méi)有干擾項(xiàng)，所有圖形都是綠色;而另一半試次中7個(gè)非靶刺激上會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)紅色干擾項(xiàng)。靶刺激位置、靶刺激與干擾項(xiàng)間距作為偶然因素被控制:確保靶刺激以同等概率出現(xiàn)在8個(gè)位置上;確保對(duì)于

8、每個(gè)靶刺激位置，干擾項(xiàng)以同等概率出現(xiàn)在余下7個(gè)非靶刺激位置上。
　　 實(shí)驗(yàn)刺激呈現(xiàn)在距離被試100 cm的一臺(tái)顯示器上，受試者舒適的坐在微暗的房間（相對(duì)隔音，室溫約24℃）中正對(duì)電腦屏幕，水平視角和垂直視角均為7.0°。電腦屏幕刷新率為75 Hz。受試者進(jìn)行左右按鍵反應(yīng)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)按鍵的正誤。被試需要完成的是搜索任務(wù)，每個(gè)試次中受試者都需要搜索空心菱形目標(biāo)，并識(shí)別該目標(biāo)內(nèi)部的數(shù)字是2還是5。如果是2就用左手食指按

9、下按鈕，如果是5就用右手食指按下按鈕。每個(gè)試次開(kāi)始前，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)白色的“十”字坐標(biāo)，持續(xù)時(shí)間為600 ms。然后開(kāi)始呈現(xiàn)視覺(jué)搜索序列。序列在屏幕上呈現(xiàn)1000ms后消失，只留下白色坐標(biāo)，持續(xù)600ms后下一個(gè)試次開(kāi)始。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程共包括600個(gè)試次，每完成75個(gè)試次（持續(xù)120秒）休息30秒。在正式實(shí)驗(yàn)前每名受試者練習(xí)4分鐘。
　　 腦電記錄實(shí)驗(yàn)儀器采用本實(shí)驗(yàn)室研制的通用型19導(dǎo)事件相關(guān)電位系統(tǒng)，19個(gè)記錄電極按照國(guó)際10-20

10、標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)安裝(FP1，F(xiàn)P2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，C3，C4，P3，P4，O1，O2，F(xiàn)7，F(xiàn)8，T3，T4，T5，T6，F(xiàn)Z，CZ，PZ)。以雙側(cè)耳垂為參考電極，接地電極置于前額正中，濾波通頻帶為[0.5，100] Hz，頭皮與電極之間的阻抗＜10 kΩ。
　　 搜索序列出現(xiàn)時(shí)刻記為0 ms，ERP分析時(shí)間為搜索序列出現(xiàn)前100 ms至出現(xiàn)后1000 ms，其中序列出現(xiàn)前100 ms設(shè)為基線時(shí)段。分類疊加處理EEG片段，自動(dòng)拒絕偽

11、差閾值設(shè)為70μV，并進(jìn)一步目測(cè)手工排除眼動(dòng)和肌電。各條件下參與ERP疊加的EEG片段不少于30個(gè)。只有拒絕了偽差的、刺激后100-1550 ms內(nèi)正確按鍵的EEG片段參與疊加。
　　 統(tǒng)計(jì)分析采用被試內(nèi)設(shè)計(jì)，反應(yīng)時(shí)間和正確率應(yīng)用SPSS13.0軟件進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)。按反應(yīng)時(shí)間大小將每名被試的單次ERP分類，均勻分為快、中、慢三組，并剔除中間組。事件相關(guān)電位數(shù)據(jù)利用ERP系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)軟件包對(duì)事件相關(guān)電位數(shù)據(jù)進(jìn)行2（反應(yīng)時(shí):快、慢）×

12、2（干擾項(xiàng):有、無(wú)）因素重復(fù)測(cè)量方差分析。19通道ERP所對(duì)應(yīng)的F值經(jīng)插值獲得統(tǒng)計(jì)參數(shù)映像（SPM)，稱為SPM(F)。以α=0.05作為顯著閾值。
　　 結(jié)果：
　　 1、行為指標(biāo)：共有10.1％的錯(cuò)誤試次被排除，其中，3.0％的試次是由于反應(yīng)時(shí)超過(guò)有效范圍(100-1550 ms)，而另外7.1％的試次是因?yàn)殄e(cuò)誤的按鍵反應(yīng)。
　　 反應(yīng)時(shí):反應(yīng)時(shí)間在突出干擾條件下（791.20±62.22 ms）顯著長(zhǎng)于非突

13、出條件（772.40±53.77 ms）∶t(14)=4.26,P＜0.001。
　　 正確率:在突出干擾條件下（88.84±6.64％）低于非突出條件（90.96±3.53％），具有顯著趨勢(shì):t(14)=1.81，P=0.09。提示顏色突出干擾項(xiàng)導(dǎo)致注意捕獲效應(yīng)。
　　 根據(jù)反應(yīng)時(shí)快慢對(duì)每名被試的單次ERP進(jìn)行分組，無(wú)干擾項(xiàng)條件下兩組平均反應(yīng)時(shí)分別為646.8±40.1 ms、909.7±75.5 ms，有干擾項(xiàng)條件下

14、兩組平均反應(yīng)時(shí)分別為649.9±42.5 ms、940.6±89.1 ms。
　　 2、ERP及其SPMERP的統(tǒng)計(jì)參數(shù)映像SPM(F)結(jié)果提示反應(yīng)速度較快時(shí)分心效應(yīng)在雙側(cè)額頂中央?yún)^(qū)(360-410 ms)顯著。而反應(yīng)速度較慢時(shí)，分心效應(yīng)在左側(cè)額區(qū)(260-385ms;435-735ms)顯著。
　　 在2（突出干擾:有、無(wú)）×2（反應(yīng)速度:快、慢）條件下，ERP的統(tǒng)計(jì)參數(shù)映像SPM(F)結(jié)果提示左前額葉與額正中區(qū)(34

15、0-380ms)、左前額(340-860ms)存在兩因素顯著交互效應(yīng);注意程度主效應(yīng)出現(xiàn)在雙側(cè)額頂區(qū)(380-580ms;780-860ms)、額頂中央?yún)^(qū)(460-540 ms)和左顳枕區(qū)(500-660 ms);突出干擾主效應(yīng)出現(xiàn)在額頂中央?yún)^(qū)（360-460ms;580-660ms）和后枕區(qū)(500-660ms)。
　　 結(jié)論：本實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)時(shí)間在突出干擾條件下長(zhǎng)于非突出條件，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而正確率同樣在突出干擾條件下低于

16、非突出條件（盡管尚未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)差異）。提示隨機(jī)出現(xiàn)的紅色突出性分心物是導(dǎo)致被試注意被捕獲的主要因素。
　　 SPM(F)結(jié)果提示干擾因素顯著主效應(yīng)出現(xiàn)在額頂中央?yún)^(qū)，而在該區(qū)并不存在與反應(yīng)速度因素的交互效應(yīng)。表明額頂中央?yún)^(qū)事件相關(guān)電位時(shí)空模式顯著激活與任務(wù)不相關(guān)突出分心物所導(dǎo)致的注意捕獲有關(guān)。該結(jié)果與Fockert等的結(jié)論一致的，他們發(fā)現(xiàn)任務(wù)不相關(guān)顯著刺激項(xiàng)的呈現(xiàn)與否跟上部額頂皮質(zhì)(superiorparietal cortex

17、and frontal cortex)的活動(dòng)相關(guān)。大部分功能神經(jīng)科學(xué)研究聚焦于腦對(duì)刺激或任務(wù)的應(yīng)答。然而，即使在缺乏任務(wù)和刺激的條件下大腦也存在著神經(jīng)起伏活動(dòng)。而且這種靜息狀態(tài)(resting fixation)下的大腦內(nèi)部活動(dòng)對(duì)行為也產(chǎn)生了影響，fMRI研究發(fā)現(xiàn)類似于靜息狀態(tài)下的持續(xù)內(nèi)在起伏活動(dòng)(ongoingfluctuations in intrinsic activity)在很大程度上(74％)影響了左軀體運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)和按鍵反應(yīng)的試

18、次間變化。因此結(jié)果中反應(yīng)速度主效應(yīng)所顯示的雙側(cè)額頂區(qū)、額頂中央?yún)^(qū)和左顳枕區(qū)等區(qū)事件相關(guān)電位時(shí)空模式的顯著激活事實(shí)上綜合反映的是靜息狀態(tài)下腦內(nèi)在活動(dòng)的波動(dòng)及外源突出干擾項(xiàng)所導(dǎo)致注意控制水平的波動(dòng)。
　　 加工能力有限的背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)可能參與內(nèi)部自身和外界環(huán)境信息加工。注意門控假說(shuō)提出喙部前額皮層(rPFC)控制內(nèi)外信息加工系統(tǒng)的切換。rPFC在控制注意轉(zhuǎn)向的過(guò)程中與前額頂網(wǎng)絡(luò)、基底節(jié)、額下聯(lián)合(IFJ)等多個(gè)腦區(qū)交互聯(lián)系，共同發(fā)揮作

19、用。fMRI研究提示當(dāng)注意焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向內(nèi)在信息時(shí)rPFC側(cè)部激活，而當(dāng)焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向環(huán)境信息時(shí)前中部rPFC激活。其中，左額中回可能是對(duì)于被試有效避免注意被不相關(guān)顯著干擾項(xiàng)捕獲注意起到了關(guān)鍵影響。注意控制水平的變化可能正是注意門控系統(tǒng)與默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)相互作用的結(jié)果。注意門控系統(tǒng)可能與默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)共同作用導(dǎo)致了注意起伏。本研究的ERP交互效應(yīng)與tMRI研究一致，提供了兩類信息加工切換的時(shí)間框架。其中，左額區(qū)與額正中區(qū)(mPFC)的較早期(340-38

20、0 ms)活動(dòng)增強(qiáng)可能提示注意門控系統(tǒng)(attentional gateway system)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部與外部信息系統(tǒng)的切換，而持續(xù)(340-900 ms)增強(qiáng)的左前額可能介導(dǎo)外部信息加工的BU/TD機(jī)制的監(jiān)控。
　　 綜上，突出干擾條件下反應(yīng)時(shí)間顯著長(zhǎng)于非突出條件，提示隨機(jī)出現(xiàn)的紅色突出性分心物是導(dǎo)致被試注意被捕獲的主要因素。本研究提示注意門控系統(tǒng)不僅參與內(nèi)外注意系統(tǒng)的調(diào)控（左前額與額正中區(qū)），也介導(dǎo)了BU/TD的調(diào)控（左前額）