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固定位置区域提示下视觉注意范围等级的ERP研究

时间:2006-11-26栏目:特种医学论文

  【内容提要】研究视觉空间注意中注意范围的脑内时程的动态变化。被试为14名青年人,使用固定位置的、3种不同直径的线圈作为注意范围的区域性提示,祛除空间定位因素的影响,记录反应时和事件相关电位(ERP)数据。结果显示:提示范围由小到中等时,反应时延长,而由中等到大范围时,反应时缩短;提示物和靶刺激诱发ERP的早成分(N1、P1)不受提示范围大小的调节,而其P2、N2的波幅与潜伏期均明显受到提示范围大小的影响。这些结果说明:①视觉注意诱发的P
  1 前言
  视觉信息加工是知觉研究中的重要方面,选择性注意在视觉加工中具有十分关键的作用,其中不同范围注意的神经机制至今还不明确。除了通过测量反应时、眼动等外显指标外,ERP是一种很有效的研究手段。ERP不同成分中包含着丰富的脑加工时程与功能区分布的有关信息[1],分析这些信息将有助于深入了解视觉中不同范围注意的独特机制。
  20世纪中期已经看到,识别提示下靶刺激的反应时快于无提示靶刺激的反应时,前者的准确率也大于后者[2,3]。视觉空间注意的ERP研究提供了更多有力证据,以往实验结果认为与视觉注意密切相关的成分包括C1(50~90ms)、P1(80~130ms)、N1(140~200ms)等[4]。在传统实验中,较经典的两种提示范式是符号性提示(symbolic  cue)和区域性提示(location  cue)。符号性提示是通过箭头等符号提示靶刺激将要出现的位置,区域性提示是通过闪烁等方式,直接标示出靶刺激将要出现的区域。这两种提示均得到了两方面的结果:有提示靶刺激引起的P1、N1波幅大于无提示靶刺激引起的波幅[5];有效提示(提示信息为真)时的P1、N1波幅大于无效提示(提示信息为假或中性)的P1、N1波幅[6,7]。这两类实验范式研究了提示下视觉加工的机制,但都没有关注到注意范围大小的影响。在这两种范式中也存在注意范围的作用,但主要是空间方位的作用,即靶刺激出现在什么方位。
  至今关于视觉注意范围等级的ERP及其脑机制的研究还很少。在我们最近的研究中,涉及了视觉注意空间等级的脑机制研究,对空间注意的范围进行了分级[8,9]。三种不同大小的方框在屏幕的不同位置随机出现,令被试据此寻找并辨别靶刺激。结果发现靶刺激诱发的P1波幅随提示范围增大而增大,头颅后部N1成分的波幅随提示范围增大而减小,而提示物诱发的头颅后部N1成分的波幅随提示范围增大而增大。这项实验研究了注意范围因素对视觉加工的作用,但由于提示物出现的位置是随机的,所以混入了空间方位因素的影响。
  本实验对于罗跃嘉等提出的空间注意分级方法进行了改进,祛除了由于位置随机呈现提示物而混杂的空间方位因素,首次使用固定位置提示研究空间注意范围,纯化了视觉注意范围因素的效应,以便更深入的探讨视觉注意空间等级的脑机制。实验同时记录提示物与靶刺激诱发的ERP,讨论提示范围大小和ISI(提示与靶刺激的间隔时间)对ERP的影响,进而探讨潜在的脑活动机制。
    2 实验方法
  2.1 被试
  为14名健康青年人(男性7名,女性7名),作为有偿被试,皆首次参加ERP实验。年龄范围18~20岁(平均18.7岁),均为右利手,视力正常或矫正后正常。
  2.2 刺激材料
  刺激在14″彩色显示器上呈现,刺激序列为“背景——提示——靶刺激”。背景为视角13°的白色圆,圆心位置有黑色小十字作为注视点。提示物为3种大小不同的黑色线条圆圈,圆心均在屏幕中点,直径视角分别是11.4°、7.6°、3.8°。提示后同时呈现月牙形符号(视角为0.92°×0.76°)共11个,其中靶刺激为1个纵向月牙,凹面向左或向右;另外有10个横向月牙为分心刺激,凹面向上或向下。所有月牙出现的位置是随机的,且彼此间不重叠。除了10%的刺激序列未进入叠加,靶刺激总是出现在提示范围内,即提示的有效性为100%。提示与靶刺激之间的间隔(ISI)分为短(400~600ms)、长(600~800ms)两组。
  2.3 ERP记录
  实验仪器为NeuroScan  ERP工作站,采用电极帽记录128导脑电。参考电极置于双侧乳突连线,前额接地,同时记录水平眼电和垂直眼电。滤波带通为0.10~40Hz,采样频率为500Hz/导,头皮电阻小于5千欧。分析时程(epoch)为1200ms,含基线200ms,自动矫正眨眼等伪迹,波幅大于±100(V者在叠加中被自动剔除)。
  2.4 程序与任务
  如图1(左)所示,首先呈现背景300ms,接着随机呈现一个黑色线圈(共3种大小)作为不同注意范围的提示物,时间为300ms。提示消失后,同时呈现11个月牙形的刺激物,其中只有1个竖向的月牙为靶刺激,另外10个为分心物;呈现时间为1200ms,以保证被试有足够的识别时间。提示物与靶刺激之间的时间间隔(ISI)分为:短间隔400~600ms,长间隔600~800ms;两种时间间隔等比例随机出现。三种提示物出现的几率相同,除了10%的靶刺激出现在提示范围之外,其余都出现在提示范围以内。被试的任务是根据纵向月牙凹面向左或向右,分别用左、右手拇指按键,但对于出现在提示范围之外的靶刺激不做反应。对被试反应的正确性和反应速度做同等强调。不同被试的左右手按键进行组内平衡。
  附图
  图1 实验流程图(左)及记录电极位置示意图(右)
  2.5 ERP数据分析与统计
  对EEG分类叠加,可得到3种不同提示物诱发的ERP,以及不同ISI和不同提示范围内反应正确的6类靶刺激诱发的ERP。根据前人工作与本实验目的,选取28个电极点进行数据分析(见图1右),CZ、C3、和C4及其以前的14个电极点视为头颅前部,以后14个电极点视为头颅后部。地形图由128枚电极记录得出。根据ERP总平均图和前人经验,对前后部头颅分别进行方差分析(ANOVA)。提示物诱发的ERP在头皮前部的测量窗口为105~140ms(N1)、140~260ms(P2)、260~360ms(N2);后部为50~130ms(P1)、130~200ms(N1)、200~280ms(P2)、280~360ms(N2)。靶刺激诱发的ERP在头皮前部的测量窗口为30~120ms(N1)、120~260ms(P2)、260~360ms(N2);后部为60~130ms(P1)、130~200ms(N1)、200~240ms(P2)、240~320ms(N2)。用SPSS统计软件对上述各段波幅(峰-峰值)、潜伏期分别进行3因素的方差分析,因素为刺激间隔(ISI)(2水平:短和长)、注意范围(3水平:小、中和大)和记录部位(头颅前部:14水平;头颅后部:14水平)。多因素方差分析的p值皆用Greenhouse-Geisser法校正,并对数据进行正常化处理。
    3 实验结果
  3.

1 行为数据
  靶刺激识别的正确率,在短间隔时随提示范围的扩大而降低,小、中、大范围分别为:99.0%、94.7%、91.9%。F(2,14)=73.56,p<0.001。在长间隔时,小、中、大范围分别为:99.1%、92.1%、93.9%。F(2,14)=80.32,p<0.001。反应时(RT)在短间隔时,不同范围提示的反应时存在显著差异,F(2,14)=9,34,p<0.001;经LSD方法两两比较,小范围提示(520ms)快于中范围提示(543ms),p<0.05;大范围提示(505ms)快于中范围提示(543ms),p<0.001。在长间隔时,不同范围提示的反应时也存在显著差异,F(2,14)=13.08,p<0.001;经LSD方法两两比较,小范围提示(524ms)快于中范围提示(561ms),p<0.05;大范围提示(518ms)快于中范围提示(561ms),p<0.001。值得注意的是,无论短间隔还是长间隔,小范围与大范围之间的反应时都没有显著性差异。
  在小和大范围提示

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