空間定向中返回抑制的腦機制研究.pdf

1、視覺空間注意定向是大多數(shù)生物及人類最基本的功能之一，它在快速的目標搜索中具有重要意義?？臻g定向包括兩種機制：內(nèi)源和外源定向。內(nèi)源定向是指有目的地分配注意資源到預先計劃的空間位置，而外源定向則是對突出性事件的反射性自動反應。對于外源定向，其線索化位置最初的易化效應被歸功于外周線索吸引注意的結(jié)果，而后對線索化位置的反應減慢被稱為返回抑制(inhibition ofreturn,IOR)。
　　 IOR通常采用經(jīng)典的空間線索化范式進行

2、研究。在這類實驗中，當線索靶刺激間隔時間(stimulus onset asynchrony,SOA)小于250ms時被試對線索化位置的靶刺激反應快于非線索化位置，而當SOA大于250ms時，則表現(xiàn)為對線索化位置的一個慢反應。它表征了對線索化位置及其附近的突出刺激的反應執(zhí)行減弱，以此來抑制注意重新定向到線索化位置。該效應最初被認為是阻礙注意返回先前搜索過的位置。自Posner和Cohen報道該效應以來，IOR已成為空間定向研究中的一個重

3、要成分，并成為一個頗有爭議的研究熱點。
　　 各種不同的技術應用于IOR相關的研究，主要包括行為學研究、事件相關電位(event-related potentials，ERPs)研究、功能磁共振成像(functional magneticresonance imaging,fMRI)研究、經(jīng)顱磁刺激(transcrauial magnetic stimulation，TMS)研究、單細胞記錄(signal-cell record

4、ing)、正電子斷層掃描成像(positron emissioncomputerized topography,PET)等。
　　 本論文圍繞視覺空間定向中返回抑制的腦機制問題，利用高時間分辨率的事件相關電位(ERPs)，及其低分辨率層析成像(low resolution brain electromagnetictomography,LORETA)源定位技術，和高空間分辨率的功能磁共振技術等，對該問題進行了深入、細致、有創(chuàng)新性

5、的研究。所做的主要工作與成果如下：
　　 1、視覺空間線索化效應的動態(tài)腦機制研究
　　 在cue-target范式中，研究了由外周非信息化線索所引起的腦電，并將其結(jié)果分階段進行了LORETA定位。與以往采用ERP研究IOR的方式不同的是，在本研究中我們關注的是由靶刺激出現(xiàn)前的線索所激活的腦區(qū)的時間特性。這些結(jié)果顯示：在線索出現(xiàn)后，相關的激活大致可以分為三個階段：早階段(110ms-240ms)的激活為前額葉皮層，頂內(nèi)皮層

6、，以及對側(cè)枕顳皮層。中階段(240ms-350ms)的激活主要分布在額葉皮層和頂葉皮層。晚階段(350ms-650ms)的主要激活在枕頂皮層，但與第一階段不同的是激活區(qū)域轉(zhuǎn)移到線索化位置的同側(cè)。這些發(fā)現(xiàn)表明，IOR與注意和動作反應都有關，最初的易化和IOR在時程上是共存的，并受兩種神經(jīng)網(wǎng)絡調(diào)制。最后我們提出了一個計時器模型將IOR的空間機制延伸到一個時空機制。
　　 2、基于按鍵反應抑制的返回抑制腦機制研究
　　 采用非

7、信息外周線索化Go/Nogo任務實驗，通過ERPs的早成分(P1和N1)和晚成分(Go/Nogo N2和P3)來刻畫IOR的神經(jīng)機制。頭表拓撲地形圖和LORETA顯示，線索化效應調(diào)制的早成分主要分布在背側(cè)枕頂區(qū)域；晚成分主要分布在額葉中部區(qū)域。Nogo-N2在有效試驗中比在無效試驗中出現(xiàn)得早且其幅度也相對要小，這種現(xiàn)象表明，IOR相關的晚成分被反應準備抑制所調(diào)制。Nogo-P3在有效中比在無效中出現(xiàn)得遲且其幅度相對要大，該結(jié)果表明額葉眼

8、區(qū)(FEF，frontal eyefield)在線索化位置有一個解標記的過程。這些證據(jù)表明，IOR的機制既包括感覺抑制也包括反應抑制。
　　 3、空間定向和按鍵抑制交互效應的腦機制研究
　　 以前的研究報道前額葉皮層(PFC，prefrontal cortex)，包括背側(cè)PFC(DLPFC)、額下回(IFC，inferior frontal cortex)、額中回內(nèi)側(cè)(MFC，medial frontal cortex)

9、和前扣帶回(ACC，the anterior eingulate cortex)在按鍵反應抑制中起重要作用。然而，對于相關腦區(qū)是如何調(diào)制空間定向和控制沖突的交互效應卻仍然不清楚。因此，本研究中采用事件相關fMRI技術來研究空間定向和反應抑制的交互效應所涉及的不同神經(jīng)機制。兩類圖形(按鍵刺激和抑制按鍵刺激)隨機呈現(xiàn)在線索化或非線索化位置。內(nèi)源反應抑制激活大范圍皮層，包括兩側(cè)顳頂連接區(qū)域(TPJ，temporoparietaljunctio

10、ns)、兩側(cè)額上回(superior frontal gyrus)、右側(cè)顳上回(superiortemporal gyrus)、以及額下回(inferior frontal gyrus)。與之相反，外源反應抑制僅僅激活右側(cè)額上回和右側(cè)額中回。同時在本研究中也涉及到空間定向的時程效應，內(nèi)源定向的時程效應主要體現(xiàn)在兩側(cè)MiFG(middle frontal gyrus)和MeFG(medialfrontal gyrus)的激活，而外源定向的

11、時程效應主要體現(xiàn)在兩側(cè)的MiFG激活。這些結(jié)果表明在不同的定向情況下，反應抑制所涉及到的腦區(qū)不同，則它們可能反應的是分離的加工過程。
　　 4、視覺搜索任務中的返回抑制腦機制研究
　　 外源定向被認為是反射性的自動加工過程。它最初表現(xiàn)為易化效應然后被一個延時的反應(IOR)所替代。然而，對于外源易化和IOR是一個加工過程的兩個階段還是兩個相互獨立的加工過程仍然不清楚。一些研究采用保持內(nèi)源注意的方法來研究IOR，發(fā)現(xiàn)易化和

12、IOR是相互獨立的過程。到目前為止，很少有報道探討外源注意易化和IOR的相互關系。在本研究中，我們利用高時間分辨率的ERP技術在視覺搜索任務中對外源易化和IOR的關系進行了研究。當外源注意保持在序列搜索位置上時仍然獲得了一個延時(IOR)，伴隨此行為的有三個ERP成分：后頂?shù)腜d200、前額葉的Nd240、和兩側(cè)TPJ的Nd280。當外源注意保持在平行搜索后的位置時，獲得了一個快反應(外源易化效應)。同時發(fā)現(xiàn)了一個ERP成分：枕頂中部的