事件相关电位技术在注意研究几大问题中的应用

第25卷第1期 中南民族大学学报(自然科学版) V o l.25N o.1 2006年3月 Journal of South2Central U niversity fo r N ati onalities(N at.Sci.Editi on) M ar.2006

α事件相关电位技术在注意研究几大问题中的应用

谢　莺

(中南民族大学认知科学实验室,武汉430074)

摘　要　指出了事件相关电位(ER P)是从人类被试头皮无损记录的认知相关电位,其高的时间分辨率使得它在人类认知功能的研究中发挥了重要作用.介绍了注意研究中长期存在争论的4大基本问题,分析了ER P在解决这些问题中发挥的关键作用,并展望了今后的应用前景.

关键词　事件相关电位;注意;电生理

中图分类号　B841　文献标识码　A　文章编号　167224321(2006)0120043204

Appl ica tion of Even t-Rela ted Poten ti a l Technology i n A tten tion Stud ies

X ie Y ing

Abstract　Event2related po tentials(ER P s)are reco rded non2invasively from hum an scalp,w ho se h igh tempo ral reso luti on has enable them to p lay mo re and mo re i m po rtant ro le in our understanding of hum an cogniti on.In th is paper w e introduced four basic issues about attenti on w h ich is long controversial and the critical ro le ER P p layed in so lving these p roblem s,and p ropo sed future study directi on to study hum an cogniti on.

Keywords　event2related po tential;attenti on;electrophysi o logy

X ie Y i ng　L ect,Cognitive Science L ab,B i om edical Engineering Institute,SCU FN,W uhan430074,Ch ina

在当今认知科学研究中,各种认知成像技术正发挥越来越重要的作用.其中尤其值得关注的是ER P技术.ER P技术是一种从人类被试头皮上无损记录脑电位来提取人类认知相关信号的功能性认知成像技术.相对于其他的脑代谢 脑血流信号,ER P 信号具有很高的时间分辨率,因而使ER P技术在众多认知研究获得广泛的应用[1].

ER P在注意研究领域的应用最为引人注目.自上世纪50年代以来,注意一直是认知研究的热点.在过去的几十年中,众多学者采用各种手段设计多种实验范式,对注意的各个方面进行了广泛的探索,取得了令人瞩目的成果,但围绕某些基本问题长期存在激烈争论.ER P中的许多成分与特定的认知加工阶段相联系,并能够随着注意状态变化而变化,因而在阐明这些问题中发挥了关键作用.本文将介绍注意研究中面临的4个基本而又重大的问题,以及是如何应用ER P来解决这些问题的.

1　选择部位:早期还是晚期

注意在信息加工的哪一阶段发挥作用,即注意选择早晚的问题是注意研究面临的一个最为基本的问题,也是认知心理学中一个长期存在争论的问题.早期选择观点认为,人的知觉加工能力是有限的,而人类面临的信息往往是大量的,因此注意的作用在于选择一部分刺激进入知觉加工;相反,晚期选择观点认为,人的知觉加工能力是无限的,因而无论注意刺激还是非注意刺激都得到了充分的知觉加工,注意的作用仅仅在于选择相关的反应.两种观点都得到大量实验结果的支持,自提出之日起即始终存在激烈争论.

限于方法学上的缺陷,传统行为学实验始终未能就这一问题做出明确回答.ER P的高时间分辨率

α收稿日期　2005212202

作者简介　谢　莺(19722),女,讲师,研究方向:认知脑研究,E2m ail:yingxie@ 基金项目　国家自然科学基金资助项目(39670213)

使它在回答注意选择部位问题上具有独特优势.由于ER P记录了从刺激呈现到反应输出整个加工过程的连续电位波动,因此,通过比较同一刺激分别在注意和非注意状态下诱发的ER P s,观察两者发生分离的时段,可以确定注意选择的部位.事实上,近年来积累的ER P研究证据表明,在一定的刺激和作业条件下,注意既可以表现为对早期感知过程进行调制的早期选择,也可以表现为对信息进行贮存或反应的晚期选择.

注意早期选择的支持证据主要是在空间选择性注意实验范式下获得的.以视觉为例,当向左右视野快速呈现多个刺激,要求被试探测出现在一侧视野中的目标而忽略另一侧视野中的刺激时,可以发现注意位置上的刺激比非注意位置上的刺激在后部视觉皮层区域诱发出更大的P1(60～100m s)和N1 (140～190m s)成分,而位于P1之前的C1成分不受影响[2].从ER P和PET的联合源定位研究可知,P1的注意调制效应起源于外侧纹外皮质[3].由于起源于初级纹状皮层的C1不受影响,而位于100m s之内的P1无论是对位于注意视野中的靶刺激还是非靶刺激都表现出幅度调制现象,因此可以推断,注意选择发生在感觉信息到达初级视皮层进行的初级加工之后,而又在纹外皮层进行物体识别的知觉加工完成之前,从而支持了早期选择理论[2,4].

虽然注意的早期选择观点得到了电生理学证据的大力支持,但注意在一定条件下确实可以晚期选择.反映注意在加工晚期对信息进行选择的一个典型的例子是注意瞬脱(AB)实验范式.在AB实验中,通常采用快速系列视觉呈现(R SV P)方式以大约10个项目 s的速度向被试呈现包含两个靶的刺激流,要求被试辨别靶并在刺激呈现完毕后报告.实验发现,当第2个靶(T2)在第1个靶(T1)呈现后约500m s以内呈现时,对T2报告的准确性会受到损害.就好像对T1的加工引起了注意的瞬间脱失,导致在此期间出现的T2被错过了.尽管人们已经意识到,T2作业成绩的下降不是由于刺激呈现速度太快使得对T2的知觉受到损害,注意瓶颈出现在更晚的加工阶段[5].ER P数据能够为这一推断提供直接证据.在一系列研究中,L uck和V ogel利用几个分别与不同认知加工阶段相联系的ER P成分,考察了AB范式下的注意选择机制[6].他们首先利用P1和N1成分反映早期感知觉加工的特性,考察了AB期间被试的感知能力.他们发现,虽然被试对AB期间出现的T2的正确报告率出现下降,但与T2同时呈现的不相关探针诱发的P1和N1成分没有受到抑制,表明在此期间的早期知觉加工能力没有受到影响;随后,他们又利用N400这一成分能够反映语义失匹配的特性,进一步考察了AB期间没有被正确报告的T2项目的语义加工程度.结果发现,出现在AB期间的语义不相关的字词比语义相关字词诱发出更大的N400成分,从而表明不能被口头报告的字词获得了充分的语义加工;最后,他们又利用P300成分对概率敏感并反映工作记忆内容更新的特性,考察了AB期间出现的T2是否进入了工作记忆.结果表明,T2诱发的P300成分在AB期间受到抑制.从而证明AB反映了一种知觉完成之后的知觉后阶段的晚期选择.

2　选择机制:增强还是抑制

注意实现对相关信息的选择究竟是通过易化对注意刺激的加工,还是通过抑制对非注意刺激的加工?还是同时采用两种机制?不同的注意理论有不同的提法.譬如,T reis m an的特征整合理论认为注意主要影响对注意刺激的加工,作用在于将前注意阶段提取的不同特征整合成完整的物体[7];而M oz2 er的计算模型则认为注意主要通过抑制对非注意刺激的加工而实现对注意刺激的正确知觉[8].行为学研究虽然发现,相对于处于注意分散状态下的中性刺激,被试对注意刺激反应得更快更准确,而对非注意刺激反应的速度和准确性都出现下降,但仅仅根据反应时和准确率很难对这些易化或抑制的机制做出准确的推断.

ER P能够直观地揭示出注意的选择机制及其作用阶段.以研究得最为透彻的视觉空间选择性注意为例.H illyard和L uck等曾采用空间预提示作业范式,观察了3种不同提示条件下的ER P效应[9].与先前的研究一致,他们发现,被试在有效提示条件下对靶的探测最快最准确,而在无效提示条件下的成绩最差.相应的ER P数据表现为:相对于中性提示条件,无效提示条件下P1波幅降低,但N1波不受抑制;相反,有效提示条件下N1波幅增大,但P1波没有增强.同样的规律也表现在视觉搜索任务中:相对于无靶呈现时的中性条件,呈现在靶所在视野对侧的探针刺激(相当于无效提示条件)诱发的P1受到抑制而N1不受影响;相反,呈现在靶所在位置上的探针刺激(相当于有效提示条件)诱发的N1增大而P1不变.这些结果提示,空间选择性注意存在抑制和增强两种分离的注意机制:P1效应反映了对非注

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