預期對於注意選擇影響的神經機制

三倉心理學界2019-05-18 00:12:08

薈萃心理學各領域新進展、新動態

來源 | 北師大認知神經科學與學習國家重點實驗室官網

2019年5月7日,北京師範大學認知神經科學與學習國家重點實驗室宋豔教授課題組在國際神經影像權威雜誌《Human Brain Mapping》在線發表題為“Anticipatory alpha oscillation predicts attentional selection and hemodynamic response”的文章,本研究通過EEG-fNIRS同步聯合記錄技術手段揭示了預期對於注意選擇影響的神經機制。


每天我們睜開眼睛就會面臨現實世界中複雜而豐富的視覺信息的衝擊,而通常由於自身有限的注意和腦資源,我們不可能同時平行的加工這些信息。我們通常會主動的產生預期並選擇一部分與我們有關的信息進行加工,同時會過濾掉一部分無關的干擾信息。


宋豔課題組最新研究揭示了預期對於注意選擇的影響機制。研究創新性的採用了腦電(EEG)和近紅外光學成像(fNIRS)同步聯合記錄的手段,在兩種信號互不干擾的基礎之上,同時兼具了fNIRS較高的空間分辨率和EEG的高時間分辨率的優勢。使研究者可以探測到在同一種注意任務條件下同時進行的兩種信號大腦活動(神經電生理信號和血氧動力學信號),排除了在分次記錄中由於被試多次進行實驗任務導致的練習效應和不同狀態等其它干擾因素的影響。


圖1 實驗採用的腦電和近紅外信號同步聯合記錄的帽子以及光學通道和電極位置的映射圖

 

α波(8-12 Hz)是人腦的所有震盪活動中與認知活動密切相關的頻段,並且最近的證據表明,預期所誘發的α頻段能量變化對於人們的注意選擇過程有着重要的影響。本研究主要集中於探討視覺搜索任務中預期階段α頻段和血氧活動與隨後目標所誘發的注意選擇ERP成分之間的關係,利用同步聯合記錄的優勢對EEG與血氧信號的耦合關係進行研究。


圖2 預期(由線索刺激誘發)引起α頻段在大腦左右半球產生偏側化的現象,隨後由注意選擇過程所誘發的生物標誌物ERP成分——N2pc

 

實驗結果發現,預期效應可以誘發α頻段的大腦偏側化,這種α能量的偏側化程度可以顯著預測隨後刺激誘發的注意選擇生物標誌物(N2pc)腦電成分的振幅。也就是説,個體的注意水平可以通過預期所誘發的α偏側化水平得到預測。研究進一步發現 α能量的偏側化程度與鄰近的視覺皮層(V4)的血氧水平的偏側化程度具有正向的耦合關係。這些研究結果表明,視覺皮層血氧動力學信號與大腦的電生理活動有着密切的關係:表現為預期所誘發的α頻段大腦震盪活動對於枕葉附近的視覺皮層激活有着重要的調製作用。

圖3 α頻段偏側化的能量偏側化在被試間以及被試內水平都可以預測隨後的注意選擇標記物N2pc的幅值


本研究既探究了預期階段的α波震盪對於隨後注意選擇ERP成分的影響,同時揭示了α頻段能量與血氧信號的耦合關係。值得注意的是該研究採用fNIRS–EEG同步聯合記錄的手段,具有無創、彼此互不干擾、微小運動不敏感、生態效度高等多個優點,對於未來兒童腦智研究,尤其是注意缺陷(ADHD)兒童提供了新的思路和方法。

 

圖4 預期階段注意的轉移可以誘發血氧水平的偏側化,同時這種偏側化的調製與α的偏側化,隨後的注意選擇標記物N2pc幅值有着密切的關係

 

該論文第一作者為博士生趙晨光,第二作者為博士生郭家樑,第三作者為碩士生李東偉,通訊作者為宋豔教授,均來自北京師範大學認知神經科學與學習國家重點實驗室、麥戈文腦科學研究院。致謝美國德州大學阿林頓分校的劉漢莉教授和華南師範大學的丁玉瓏教授對本研究的支持。該研究得到了國家自然科學基金和中國國防基礎科學研究計劃等項目的資助。
 
論文鏈接:  

https://doi.org/10.1002/hbm.24619


以往論文鏈接:

http://dx.doi.org/10.1016/j.neuroimage.2015.03.044


課題組鏈接:

http://brain.bnu.edu.cn/home/songyan/index.html


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