注意瞬脱的神经机制及其理论解释

心理科学进展 2006，14（3）：328~333

Advances in Psychological Science

注意瞬脱的神经机制及其理论解释*

朱湘如 刘 昌

（南京师范大学认知神经科学实验室，南京210097）

摘 要对一个目标的准确报告使得很难报告之后500ms内呈现的另一个目标，这种加工削弱被定义为注意瞬脱。注意瞬脱范式可以用来研究注意的时间进程。对于注意瞬脱现象已经有了多种理论解释，许多研究者利用功能核磁共振和事件相关电位等神经成像技术考察了注意瞬脱的神经机制。相关研究结果支持自上而下的控制过程与自下而上过程的交互作用导致了瞬脱现象的产生。最后对这些研究存在的问题和尚未解决的问题做了简要的说明。

关键词注意瞬脱，神经机制，注意控制，P300。

分类号 B842

1 引言

注意是一个容量有限的加工系统，大多数关于注意的研究集中在空间注意的研究上，从时间维度上来研究注意的相对较少。布罗德本特1987年首次发现了被试对单词流中前一个目标词的准确辨认使得他们很难辨认出在该词后约500ms内呈现的另一个单词[1]，这表明了注意加工在时间维度上的有限性。后来Raymond等人发展了快速系列视觉呈现（Rapid serial visual presentation，RSVP）范式。其具体方法是由字母、数字、单词、图形等组成的刺激流在同一空间位置上以6~20个刺激/秒的速度连续呈现给被试，要求被试辨别或觉察刺激流中的目标刺激（Target，以下简称T1）和一个探测刺激（Probe，以下简称T2，一般在T1后的1~8个位置上呈现）。T1是在实验前规定好的一个刺激或几个刺激中的一个，T2一般是一个固定的刺激，例如X。刺激流呈现完后要求被试报告T1和T2，刺激流中T1后的第i个刺激通常简称为Lagi项。实验发现如果T2在T1之后大约200ms到600ms的时间段内呈现，T2报告率大大降低，大约在T1呈现之后300ms时T2报告率最低。这个现象与人眨眼导致暂时的失明类似，所以被命名为注意瞬脱（attentional blink）。注意瞬脱有几个必要条件[3]：首先是必须是在双任

收稿日期：2005-06-26

* 本研究得到高等学校全国优秀博士学位论文专项资金

（200006）和国家自然科学基金（30200082）资助。

通讯作者：刘昌，E-mail: liuchang@ 务的情景下，被试必须报告T1和T2，如果仅报告T2被试几乎可以完全正确的报告T2；其次在T1和T2的前后必须有掩蔽刺激的出现，实验发现如果在T1或T2之后呈现一个空白而不是一个掩蔽刺激，那么就不会出现瞬脱现象。这证明了掩蔽刺激在瞬脱产生过程中的重要作用。

2 注意瞬脱现象的解释

关于注意瞬脱的理论解释主要有两阶段模型（two stage model）和干扰模型。两阶段模型[4,5]认为首先存在一个辨别（identification）阶段，两个目标刺激在这个阶段都得到了加工。T1和T2的辨别结果暂时储存在一个概念短时记忆（Conceptual short-term memory，CSTM）中，T2等待对T1的巩固完成之后才能得到巩固。CSTM中的T2表征是易变和易受干扰的，如果T2得不到及时巩固，那么T2表征就会被其后的掩蔽刺激替代。其次是一个巩固阶段，巩固阶段一次只能巩固一个目标，只有得到巩固的目标才能进入工作记忆达到可报告状态。干扰模型[6]认为两个目标都得到了加工，都进入了工作记忆加工阶段，但是由于它们之间互相干扰导致有的情况下不能报告T2。两阶段模型与干扰模型的主要差异在于两个目标是否都能够进入工作记忆。

3 神经机制的研究

行为实验研究已经揭示了注意瞬脱过程中信息加工的很多方面，例如注意瞬脱产生的条件，影响注意瞬脱的因素以及克服注意瞬脱的情况，但是

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它们还不能真正回答注意瞬脱的产生机制。虽然几乎所有的注意瞬脱模型都利用短时记忆或工作记忆的资源有限性来解释瞬脱现象，都假定存在一个巩固过程，但是对有限资源的性质和巩固过程并没有作进一步的说明，而且行为实验不能解释在同等条件下为什么有时能够报告T2有时不能报告T2。神经机制研究与行为研究相比可以更为直接的考察瞬脱相关的认知加工过程。fMRI可以确定参与某个认知加工过程的脑区，ERP可以研究目标加工的时间过程，可以回答在什么加工阶段上受到抑制。不同的理论模型往往有不同的预测，神经机制研究还可以检验相关理论模型的正确性。

3.1 功能核磁共振研究

利用功能核磁共振技术研究注意瞬脱现象有一定的困难。由于功能核磁共振的时间分辨率比较低，而在RSVP范式中T1与T2的时间相隔一般在一秒以内，所以很难将T1加工的相关激活与T2加工的相关激活分离开来。Marois等人认为注意瞬脱主要是由于对T1的加工引起的[7]，因为被试的注意力集中在T1上，T1的加工耗费大量的注意资源，所以不能很好的加工T2。他们认为T1加工相关的神经机制反映了瞬脱的神经机制。通过改变T1之后掩蔽刺激的性质来调节T1加工的被干扰程度，一是比较了T1之后呈现空白（低干扰）与T1之后呈现掩蔽刺激（高干扰），二是比较了掩蔽刺激分别是数字和键盘两种情景下的差异（目标是字母，数字与字母之间有较大的干扰）。结果发现在高干扰情景下，被试的右侧前额下部（inferior lateral cortex）、顶内沟（intra-parietal sulcus）和前扣带皮层（anterior cingulate cortex）有较强的激活，这说明它们反映了一个注意资源有限性的加工网络。Marois等人认为其中右顶内区是其中的关键成分。

由于被试要报告两个目标，所以RSVP范式也可以看作是一个双任务，报告T1和报告T2两个任务之间就必定会相互干扰。双任务干扰研究的一个发现就是两个任务的时间间隔越短干扰越大。Marcantoni等人从双任务干扰的角度研究了注意瞬脱的神经机制[9]，他们是从考察T1与T2的干扰关系着手的。他们发现T2在Lag3位置与T2在Lag7位置相比，双侧颞下皮层（bilateral inferior temporal cortex）、侧额叶（lateral frontal cortex）、枕叶（occipital cortex）和小脑（cerebellum），还有左侧后顶叶(left posterior parietal cortex)有更强的激活。他们认为这些区域构成一个额颞网络与顶叶和小脑一起负责解决瞬脱任务中产生的双任务干扰。

Marois等人的第一个实验是从引起瞬脱的原因着手研究瞬脱的机制，后来他们又探讨了在瞬脱期呈现的T2为什么有的能够报告而有的不能报告，因此他们对AB机制的探索从比较两者神经相关的差异着手[8]。T1采用的是面孔刺激而T2采用的是场所刺激，脑内分别有这两个刺激的相应的偏好区，面孔的加工偏好区域是梭状回（Fusiform gyrus area），场所的加工偏好区域是旁海马区（Parahippocampal place area），借此可以实现T1相关激活和T2相关激活的分离。实验比较了三种情景下的激活状态，一是正确报告T2，二是未能报告T2，三是没有呈现T2被试能正确否定。基于先前的研究他们预测，报告T2和不能报告T2两种情况下额顶网络的激活应该有一定的差异。实验发现在未能报告T2的情况下PPA也出现了激活，但是在报告T2的情况下PPA的激活更强。额顶网络中只有侧额叶在报告T2的情况下有更强的激活。顶叶内的区域在报告T2和不能报告T2两种情况下的激活没有明显的差异。这说明虽然顶叶也是注意网络的一个重要成分，但是它与前额叶的作用是不同的，后顶叶可能更多的是负责注意的控制和分配，而前额叶的功能从本质上来看更多的是负责目标的外显表征（explicit representation）。

Kranczioch等人研究AB的神经机制也是从比较瞬脱期间报告T2和不能报告T2激活状态的差异入手。他们发现在瞬脱期间报告T2的情况与不能报告T2的情况相比，额顶网络有较强的激活，但是枕颞区在不能报告T2的情况下有更大的激活[10]，这个结果和Feinstein等人的研究[11]一致。Feinstein等人研究发现出现瞬脱的被试与没有出现瞬脱的被试相比，他们的后部视觉加工区有较高的激活。不能报告T2与没有呈现T2的情况相比额顶区的几个部分有较强的激活，这一点表明没有报告的T2也在高级区得到了一定程度的加工。Kranczioch等人一个重要的发现是在报告T2的情况下，几个反映情感加工和自动加工的区域出现了去激活，主要是左侧的杏仁核（Left Amygdala），它们的去激活与注意瞬脱的关系尚未阐明。

对注意瞬脱的功能核磁共振研究可以做以下总结。首先，这些研究一致的发现了额顶网络在瞬脱控制中的重要作用，额顶网络的激活T2的可报告性高度相关。关于注意的控制研究和关于工作记忆的执行控制研究[12]也发现了额顶网络在注意控制