固定位置區域提示下視覺注意范圍等級的ERP研究

固定位置區域提示下視覺注意范圍等級的ERP研究

【內容提要】研究視覺空間注意中注意范圍的腦內時程的動態變化。被試為14名青年人，使用固定位置的、3種不同直徑的線圈作為注意范圍的區域性提示，祛除空間定位因素的影響，記錄反應時和事件相關電位(ERP)數據。結果顯示：提示范圍由小到中等時，反應時延長，而由中等到大范圍時，反應時縮短；提示物和靶刺激誘發ERP的早成分(N1、P1）不受提示范圍大小的調節，而其P2、N2的波幅與潛伏期均明顯受到提示范圍大小的影響。這些結果說明：①視覺注意誘發的P
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鍵的作用，其中不同范圍注意的神經機制至今還不明確。除了通過測量反應時、眼動等外顯指標外，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程與功能區分布的有關信息[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特機制。
　　20世紀中期已經看到，識別提示下靶刺激的反應時快于無提示靶刺激的反應時，前者的準確率也大于后者[2,3]。視覺空間注意的ERP研究提供了更多有力證據，以往實驗結果認為與視覺注意密切相關的成分包括C1(50～90ms)、P1(80～130ms)、N1(140～200ms)等[4]。在傳統實驗中，較經典的兩種提示范式是符號性提示(symboliccue)和區域性提示(locationcue)。符號性提示是通過箭頭等符號提示靶刺激將要出現的位置，區域性提示是通過閃爍等方式，直接標示出靶刺激將要出現的區域。這兩種提示均得到了兩方面的結果：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]。這兩類實驗范式研究了提示下視覺加工的機制，但都沒有關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，即靶刺激出現在什么方位。
　　至今關于視覺注意范圍等級的ERP及其腦機制的研究還很少。在我們最近的研究中，涉及了視覺注意空間等級的腦機制研究，對空間注意的范圍進行了分級[8,9]。三種不同大小的方框在屏幕的不同位置隨機出現，令被試據此尋找并辨別靶刺激。結果發現靶刺激誘發的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，而提示物誘發的頭顱后部N1成分的波幅隨提示范圍增大而增大。這項實驗研究了注意范圍因素對視覺加工的作用，但由于提示物出現的位置是隨機的，所以混入了空間方位因素的影響。
　　本實驗對于羅躍嘉等提出的空間注意分級方法進行了改進，祛除了由于位置隨機呈現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，以便更深入的探討視覺注意空間等級的腦機制。實驗同時記錄提示物與靶刺激誘發的ERP，討論提示范圍大小和ISI（提示與靶刺激的間隔時間）對ERP的影響，進而探討潛在的腦活動機制。
　　　　2　實驗方法
　　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實驗。年齡范圍18～20歲（平均18.7歲），均為右利手，視力正常或矯正后正常。
　　2.2　刺激材料
　　刺激在14″彩色顯示器上呈現，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。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，直徑視角分別是11.4°、7.6°、3.8°。提示后同時呈現月牙形符號（視角為0.92°×0.76°）共11個，其中靶刺激為1個縱向月牙，凹面向左或向右；另外有10個橫向月牙為分心刺激，凹面向上或向下。所有月牙出現的位置是隨機的，且彼此間不重疊。除了10%的刺激序列未進入疊加，靶刺激總是出現在提示范圍內，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(600～800ms)兩組。
　　2.3　ERP記錄
　　實驗儀器為NeuroScanERP工作站，采用電極帽記錄128導腦電。參考電極置于雙側乳突連線，前額接地，同時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，頭皮電阻小于5千歐。分析時程(epoch)為1200ms，含基線200ms，自動矯正眨眼等偽跡，波幅大于±100（V者在疊加中被自動剔除）。
　　2.4　程序與任務
　　如圖1（左）所示，首先呈現背景300ms，接著隨機呈現一個黑色線圈（共3種大小）作為不同注意范圍的提示物，時間為300ms。提示消失后，同時呈現11個月牙形的刺激物，其中只有1個豎向的月牙為靶刺激，另外10個為分心物；呈現時間為1200ms，以保證被試有足夠的識別時間。提示物與靶刺激之間的時間間隔(ISI)分為：短間隔400～600ms，長間隔600～800ms；兩種時間間隔等比例隨機出現。三種提示物出現的幾率相同，除了10%的靶刺激出現在提示范圍之外，其余都出現在提示范圍以內。被試的任務是根據縱向月牙凹面向左或向右，分別用左、右手拇指按鍵，但對于出現在提示范圍之外的靶刺激不做反應。對被試反應的正確性和反應速度做同等強調。不同被試的左右手按鍵進行組內平衡。
　　附圖
　　圖1　實驗流程圖（左）及記錄電極位置示意圖（右）
　　2.5　ERP數據分析與統計
　　對EEG分類疊加，可得到3種不同提示物誘發的ERP，以及不同ISI和不同提示范圍內反應正確的6類靶刺激誘發的ERP。根據前人工作與本實驗目的，選取28個電極點進行數據分析（見圖1右），CZ、C3、和C4及其以前的14個電極點視為頭顱前部，以后14個電極點視為頭顱后部。地形圖由128枚電極記錄得出。根據ERP總平均圖和前人經驗，對前后部頭顱分別進行方差分析(ANOVA)。提示物誘發的ERP在頭皮前部的測量窗口為105～140ms(N1)、140～260ms(P2)、260～360ms(N2)；后部為50～130ms(P1)、130～200ms(N1)、200～280ms(P2)、280～360ms(N2)。靶刺激誘發的ERP在頭皮前部的測量窗口為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SPSS統計軟件對上述各段波幅（峰－峰值）、潛伏期分別進行3因素的方差分析，因素為刺激間隔(ISI)（2水平：短和長）、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-Geisser法校正，并對數據進行正�；�處理。
　　　　3　實驗結果
　　3.1　行為數據

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