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固定位置區(qū)域提示下視覺注意范圍等級(jí)的ERP研究
固定位置區(qū)域提示下視覺注意范圍等級(jí)的ERP研究
1前言
視覺信息加工是知覺研究中的重要方面，選擇性注意在視覺加工中具有十分關(guān)鍵的作用，其中不同范圍注意的神經(jīng)機(jī)制至今還不明確。除了通過測(cè)量反應(yīng)時(shí)、眼動(dòng)等外顯指標(biāo)外，ERP是一種很有效的研究手段。ERP不同成分中包含著豐富的腦加工時(shí)程與功能區(qū)分布的有關(guān)信息[1]，分析這些信
息將有助于深入了解視覺中不同范圍注意的獨(dú)特機(jī)制。
20世紀(jì)中期已經(jīng)看到，識(shí)別提示下靶刺激的反應(yīng)時(shí)快于無提示靶刺激的反應(yīng)時(shí)，前者的準(zhǔn)確率也大于后者[2,3]。視覺空間注意的ERP研究提供了更多有力證據(jù)，以往實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為與視覺注意密切相關(guān)的成分包括C1(50～90ms)、P1(80～130ms)、N1(140～200ms)等[4]。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，較經(jīng)典的兩種提示范式是符號(hào)性提示(symboliccue)和區(qū)域性提示(locatiocue)。符號(hào)性提示是通過箭頭等符號(hào)提示靶刺激將要出現(xiàn)的位置，區(qū)域性提示是通過閃爍等方式，直接標(biāo)示出靶刺激將要出現(xiàn)的區(qū)域。這兩種提示均得到了兩方面的結(jié)果：有提示靶刺激引起的P1、N1波幅大于無提示靶刺激引起的波幅[5]；有效提示（提示信息為真）時(shí)的P1、N1波幅大于無效提示（提示信息為假或中性）的P1、N1波幅[6,7]。這兩類實(shí)驗(yàn)范式研究了提示下視覺加工的機(jī)制，但都沒有關(guān)注到注意范圍大小的影響。在這兩種范式中也存在注意范圍的作用，但主要是空間方位的作用，即靶刺激出現(xiàn)在什么方位。
至今關(guān)于視覺注意范圍等級(jí)的ERP及其腦機(jī)制的研究還很少。在我們最近的研究中，涉及了視覺注意空間等級(jí)的腦機(jī)制研究，對(duì)空間注意的范圍進(jìn)行了分級(jí)[8,9]。三種不同大小的方框在屏幕的不同位置隨機(jī)出現(xiàn)，令被試據(jù)此尋找并辨別靶刺激。結(jié)果發(fā)現(xiàn)靶刺激誘發(fā)的P1波幅隨提示范圍增大而增大，頭顱后部N1成分的波幅隨提示范圍增大而減小，而提示物誘發(fā)的頭顱后部N1成分的波幅隨提示范圍增大而增大。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究了注意范圍因素對(duì)視覺加工的作用，但由于提示物出現(xiàn)的位置是隨機(jī)的，所以混入了空間方位因素的影響。
本實(shí)驗(yàn)對(duì)于羅躍嘉等提出的空間注意分級(jí)方法進(jìn)行了改進(jìn)，祛除了由于位置隨機(jī)呈現(xiàn)提示物而混雜的空間方位因素，首次使用固定位置提示研究空間注意范圍，純化了視覺注意范圍因素的效應(yīng)，以便更深入的探討視覺注意空間等級(jí)的腦機(jī)制。實(shí)驗(yàn)同時(shí)記錄提示物與靶刺激誘發(fā)的ERP，討論提示范圍大小和ISI（提示與靶刺激的間隔時(shí)間）對(duì)ERP的影響，進(jìn)而探討潛在的腦活動(dòng)機(jī)制。
2實(shí)驗(yàn)方法
2.1被試
為14名健康青年人（男性7名，女性7名），作為有償被試，皆首次參加ERP實(shí)驗(yàn)。年齡范圍18～20歲（平均18.7歲），均為右利手，視力正�；虺C正后正常。
2.2刺激材料
刺激在14″彩色顯示器上呈現(xiàn)，刺激序列為“背景——提示——靶刺激”。背景為視角13°的白色圓，圓心位置有黑色小十字作為注視點(diǎn)。提示物為3種大小不同的黑色線條圓圈，圓心均在屏幕中點(diǎn)，直徑視角分別是11.4°、7.6°、3.8°。提示后同時(shí)呈現(xiàn)月牙形符號(hào)（視角為0.92°×0.76°）共11個(gè)，其中靶刺激為1個(gè)縱向月牙，凹面向左或向右；另外有10個(gè)橫向月牙為分心刺激，凹面向上或向下。所有月牙出現(xiàn)的位置是隨機(jī)的，且彼此間不重疊。除了10的刺激序列未進(jìn)入疊加，靶刺激總是出現(xiàn)在提示范圍內(nèi)，即提示的有效性為100。提示與靶刺激之間的間隔(ISI)分為短(400～600ms)、長(zhǎng)(600～800ms)兩組。
2.3ERP記錄
實(shí)驗(yàn)儀器為NeuroScaERP工作站，采用電極帽記錄128導(dǎo)腦電。參考電極置于雙側(cè)乳突連線，前額接地，同時(shí)記錄水平眼電和垂直眼電。濾波帶通為0.10～40Hz，采樣頻率為500Hz／導(dǎo)，頭皮電阻小于5千歐。分析時(shí)程(epoch)為1200ms，含基線200ms，自動(dòng)矯正眨眼等偽跡，波幅大于±100（V者在疊加中被自動(dòng)剔除）。
2.4程序與任務(wù)
如圖1（左）所示，首先呈現(xiàn)背景300ms，接著隨機(jī)呈現(xiàn)一個(gè)黑色線圈（共3種大小）作為不同注意范圍的提示物，時(shí)間為300ms。提示消失后，同時(shí)呈現(xiàn)11個(gè)月牙形的刺激物，其中只有1個(gè)豎向的月牙為靶刺激，另外10個(gè)為分心物；呈現(xiàn)時(shí)間為1200ms，以保證被試有足夠的識(shí)別時(shí)間。提示物與靶刺激之間的時(shí)間間隔(ISI)分為：短間隔400～600ms，長(zhǎng)間隔600～800ms；兩種時(shí)間間隔等比例隨機(jī)出現(xiàn)。三種提示物出現(xiàn)的幾率相同，除了10的靶刺激出現(xiàn)在提示范圍之外，其余都出現(xiàn)在提示范圍以內(nèi)。被試的任務(wù)是根據(jù)縱向月牙凹面向左或向右，分別用左、右手拇指按鍵，但對(duì)于出現(xiàn)在提示范圍之外的靶刺激不做反應(yīng)。對(duì)被試反應(yīng)的正確性和反應(yīng)速度做同等強(qiáng)調(diào)。不同被試的左右手按鍵進(jìn)行組內(nèi)平衡。
附圖
圖1實(shí)驗(yàn)流程圖（左）及記錄電極位置示意圖（右）
2.5ERP數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)
對(duì)EEG分類疊加，可得到3種不同提示物誘發(fā)的ERP，以及不同ISI和不同提示范圍內(nèi)反應(yīng)正確的6類靶刺激誘發(fā)的ERP。根據(jù)前人工作與本實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，選取28個(gè)電極點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析（見圖1右），CZ、C3、和C4及其以前的14個(gè)電極點(diǎn)視為頭顱前部，以后14個(gè)電極點(diǎn)
視為頭顱后部。地形圖由128枚電極記錄得出。根據(jù)ERP總平均圖和前人經(jīng)驗(yàn)，對(duì)前后部頭顱分別進(jìn)行方差分析(ANOVA)。提示物誘發(fā)的ERP在頭皮前部的測(cè)量窗口為105～140ms(N1)、140～260ms(P2)、260～360ms(N2)；后部為50～130ms(P1)、130～200ms(N1)、200～280ms(P2)、280～360ms(N2)。靶刺激誘發(fā)的ERP在頭皮前部的測(cè)量窗口為30～120ms(N1)、120～260ms(P2)、260～360ms(N2)；后部為60～130ms(P1)、130～200ms(N1)、200～240ms(P2)、240～320ms(N2)。用統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)上述各段波幅（峰－峰值）、潛伏期分別進(jìn)行3因素的方差分析，因素為刺激間隔(ISI)（2水平：短和長(zhǎng)）、注意范圍（3水平：小、中和大）和記錄部位（頭顱前部：14水平；頭顱后部：14水平）。多因素方差分析的p值皆用Greenhouse-Geier法校正，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正常化處理。
3實(shí)驗(yàn)結(jié)果
3.1行為數(shù)據(jù)
靶刺激識(shí)別的正確率，在短間隔時(shí)隨提示范圍的擴(kuò)大而降低，小、中、大范圍分別為：99.0、94.7、91.9。F(2,14)=73.56,p＜0.001。在長(zhǎng)間隔時(shí)，小、中、大范圍分別為：99.1、92.1、93.9。F(2,14)=80.32,p＜0.001。反應(yīng)時(shí)(RT)在短間隔時(shí)，不同范圍提示的反應(yīng)時(shí)存在顯著差異，F(xiàn)(2,14)=9,34,p＜0.001；經(jīng)LSD方法兩兩比較，小范圍提示(520ms)快于中范圍提示(543ms),p＜0.05；大范圍提示(505ms)快于中范圍提示(543ms),p＜0.001。在長(zhǎng)間隔時(shí)，不同范圍提示的反應(yīng)時(shí)也存在顯著差異，F(xiàn)(2,14)=13.08,p＜0.001；經(jīng)LSD方法兩兩比較，小范圍提示(524ms)快于中范圍提示(561ms),p＜0.05；大范圍提示(518ms)快于中范圍提示(561ms),p＜0.001。值得注意的是，無論短間隔還是長(zhǎng)間隔，小范圍與大范圍之間的反應(yīng)時(shí)都沒有顯著性差異。
在小和大范圍提示下，不同ISI對(duì)于反應(yīng)時(shí)無明顯影響，而在中等提示范圍時(shí)，短間隔的反應(yīng)時(shí)(543ms)比長(zhǎng)間隔的反應(yīng)時(shí)(561)快，F(xiàn)(2,14)=4.43,p＜0.05。
3.2ERP數(shù)據(jù)
3.2.1提示物誘發(fā)的ERP成分
提示物產(chǎn)生的ERP總平均圖見圖2所示。P1成分在后部頭顱波形較明顯，但其波幅與潛伏期均沒有表現(xiàn)出注意范圍因素的主效應(yīng)。
前部N1的潛伏期有顯著的注意范圍與記錄部位兩個(gè)因素的交互主效應(yīng)，F(xiàn)(26,338)=5.79,p＜0.001，在三種注意范圍提示下，均在右側(cè)額葉和中央部潛伏期最短(C4、CZ、FC4)。后部N1的波幅也有顯著的注意范圍與記錄部門兩個(gè)因素的交互主效應(yīng)，F(xiàn)(26,338)=2.75,p＜0.05；在三種注意范圍時(shí)，后部N1均在右側(cè)顳后部(PO6)波幅最大，小、中、大范圍分別為3.3±1.3μV、4.0±1.4μV、3.8±1.2μV。
提示范圍顯著影響前部P2潛伏期，F(xiàn)(2,26)=8.31,p＜0.01，小、中、大范圍的潛伏期逐漸延長(zhǎng)，分別為214±7.0ms、222±8.2ms、230±5.5ms。另外對(duì)前部和后部N2的波幅都有顯著主效應(yīng)，F(xiàn)(2,26)=20.15,p＜0.001;F(2,26)=4.78,p＜0.05。小、中、大提示范圍誘發(fā)的波幅依次減小，在前部分別為4.9±0.49μV、4.73±0.50μV、3.2±0.30μV；在后部分別為2.3±0.32μV、2.4±0.30μV、1.52±0.26μV。
附圖
圖2三種提示物誘發(fā)的ERP總平均圖
3.2.2靶刺激誘發(fā)的P1、N1成分
后部P1成分在長(zhǎng)刺激間隔時(shí)比短刺激間隔條件下波幅顯著增大，F(xiàn)(1,13)=7.09,p＜0.05（短間隔，2.6±0.42μV；長(zhǎng)間隔，3.4±0.36μV）。各因素對(duì)于P1潛伏期均無顯著性主效應(yīng)。
前部N1波幅受到刺激間隔的顯著影響，F(xiàn)(1,13)=33.55,p＜0.001（短間隔，2.4±0.55μV；長(zhǎng)間隔，0.53±0.31μV）。N1波幅與潛伏期均無注意范圍的主效應(yīng)。
后部P2波幅在右側(cè)顳后部最大(PO6,8.9±1.7μV),F(13,169)=4.60,p＜0.01。短間隔時(shí)比長(zhǎng)間隔時(shí)的P2波幅較大，F(xiàn)(1,13)=8.82,p＜0.05（短間隔，8.2±1.0μV；長(zhǎng)間隔，7.9±1.0μV）。另外還表現(xiàn)出了注意范圍與記錄位置的交互效應(yīng)，F(xiàn)(26,338)=2.79,p＜0.05。注意范圍顯著影響后部P2潛伏期，F(xiàn)(13,169)=3.99,p＜0.05，小、中、大范圍分別為：223±2.5ms,222±2.4ms,220±2.8ms。而前部P2波幅在小、中、大注意范圍時(shí)分別為9.4±0.90μV,8.5±0.85μV,8,59±0.72μV，有顯著差異，F(xiàn)(13,169)=3.42,p＜0.05。
后部腦區(qū)N2波幅在短間隔時(shí)小于長(zhǎng)間隔（短間隔，2.6±0.42μV；長(zhǎng)間隔，3.0±0.42μV），F(xiàn)(1,13)=7.54,p＜0.05；但N2波幅與潛伏期都沒有注意范圍的主效應(yīng)。前部腦區(qū)N2的波幅和潛伏期在不同注意范圍時(shí)有顯著差異，F(xiàn)(2,26)=10.13,p＜0.01，小、中、大范圍的波幅分別為：6.3±0.49μV,7.6±0.52μV,7.5±0.53μV。最大波幅位于額葉前部(FZ,8.2±0.56μV;FCZ,8.2±0.67μV),F(13,169)=4.30,p＜0.01。小、中、大范圍的潛伏期分別為：288±4.0ms,294±3.8ms,296±3.6ms,F(2,26)=6.22,p＜0.01。（ERP波形見圖3）
附圖
圖3靶刺激誘發(fā)的ERP總平均圖和腦地形圖，前部P2、N2成分（FZ記錄點(diǎn)）。
4討論
本實(shí)驗(yàn)為進(jìn)一步研究視覺選擇性注意中有關(guān)注意范圍加工的腦機(jī)制，在以前實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了一種新的實(shí)驗(yàn)范式，給視覺空間注意的注意范圍等級(jí)效應(yīng)提供了新的電生理學(xué)證據(jù)。實(shí)驗(yàn)得到了有關(guān)注意范圍加工時(shí)程和腦功能分布的初步結(jié)果，發(fā)現(xiàn)改變有效提示注意
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