注意ERP研究

罗跃嘉注意的ERP研究目录一、注意的定义二、注意的理论模型三、注意的神经基础四、视觉空间注意研究五、知觉组织与选择性注意一、注意的定义•注意是心理活动对一定事物的指向和集中（心理学百科全书，1995）注意的选择性•注意是一种认知脑机制，加工相关的刺激输入、思维或行为，而忽视无关刺激或干扰刺激——强调注意的选择性；•注意通道可以提取出更多的信息；•注意的关键是选择性与容量限制；•注意的非选择性：警觉(alertness)与唤醒(arousal)。意识与注意清醒睡眠非注意（睡意、放松）注意（警觉）不同睡眠阶段忽视注意意识选择注意的成分•Selection(selectiveattention)——Toselectsomethingfrominputs•Vigilance(sustainedattention)——Tomaintaingoalsovertime•Control——Tostartorstopactivities;concurrentactivities选择的要素•位置（空间注意）•非空间特征（如颜色、运动）•形状或客体构型注意的分类随意注意反射性注意内源性注意外源性注意自上而下加工自下而上加工意志驱动刺激驱动控制性加工自动化加工加工速度较慢加工速度较快问题•选择性注意与工作记忆是否具有共同的加工机制？是否使用同一神经通道?•视觉空间注意的脑功能定位，众多脑区的信息加工是怎样整合的？•视觉信息的有意识与无意识加工，二者的转换研究目标1.了解大脑是怎样调节和影响刺激事件的觉察、知觉和编码的2.描述上述效应的神经计算法则3.阐明上述效应在人脑神经环路和神经系统是怎样被支持的4.了解这些脑神经回路和神经系统中的损害或病变，是怎样导致注意的缺陷和认知问题二、注意的理论模型•James：美国心理学家（1842-1910），1890年出版《心理学原理》（PrinciplesofPsychology）位于美国哈佛大学的James大楼第一个感觉注意的实验（Helmholtz，1894）注意的早晚期选择模型早期选择（Broadbent,1958）：注意的选择发生在识别之前——过滤器模型（filtermodel）晚期选择（Deutsch&Deutsch,1963）：注意的作用在注意加工的晚期——反应选择模型（responseselectionmodel）登记知觉分析语意加工执行功能决策记忆早选择晚选择感觉传入反应•注意的衰减模型（Treisman，1960）：未被注意的信息被衰减•注意的特征整合理论（Treisman，1980，1988）：(featureintegrationtheory)前注意阶段特征整合阶段平行方式无需注意自动加工自下而上通过集中注意将多个特征加以整合支持早选择的实验证据•听觉N1效应（Hillyard，1973）•P20-50效应（Woldorff&Hillyard，1991)跨通路选择性注意注意的早晚期选择之争，长期悬而未决失匹配负波（MMN）——客观指标争论焦点：MMN是否反映纯粹的自动加工，即是否受注意的影响，以及是否存在视觉MMN“跨通路延迟反应”实验模式，既可减慢刺激呈现速度，又可提高非注意纯度Cross-ModalDelayedResponseTask1：AttendingPicture,IgnoringTonePictureToneToneRedCrossDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignalTask2：AttendingTone,IgnoringPictureTonePictureClickDiscriminatewaitandcapturereacttheimperativesignal(0-2trial)(0-2trial)表1ERP基本成分与相减后的ERP成分注意声音标准偏差偏差相注意刺激刺激关成分成分注意图象标准偏差偏差相注意刺激刺激关成分成分听觉通路注意ERP注意ERPMMN标准Nd偏差Nd非注意ERP非注意ERPMMN视觉通路非注意ERP非注意ERPMMN注意ERP注意ERPMMN标准Nd偏差Nd可以得到哪些ERP成分？DeviantStandardF7FzF8HEOGVEOGF3F4T3T5T6C3C4CzPzOzO1O2F7FzHEOGVEOGF3F4F8T3CzT4T4C3T5O1OzO2T6Pz-2mv-2mvAttentionInattentionMLMRMRML-50200400600ms-50200400600ms-1mv-1mvDeviantStandardF7FzF8HEOGVEOGF3F4T3T5T6C3C4CzPzOzO1O2F7FzHEOGVEOGF3F4F8T3CzT4T4C3T5O1OzO2T6Pz-2mv-2mvAttentionInattentionMLMRMRML-50200400600ms-50200400600ms-1mv-1mvAttendedUnattendedF7FzF8HEOGVEOGF3F4T3T5T6C3C4CzPzOzO1O2F7FzHEOGVEOGF3F4F8T3CzT4T4C3T5O1OzO2T6Pz-2mv+2mvAuditoryVisualMLMRMRML-50200400600ms-50200400600msC4-2mv+2mv首次观察到视觉MMN和汉字MMN听觉视觉注意非注意记忆痕迹的失匹配机制—通路特异性，而形成痕迹的机制—通路上机制注意过滤器可塑性假说•选择性注意的选择性(过滤器)是存在的，其位置的固定是相对的，不是绝对的，它可以在不同条件下发生变化，即过滤器的过滤孔具有可塑性•当过滤孔变粗时,通过的信息增多，结果过滤器位置后移;当过滤孔变细时，通过的信息减少，结果过滤器位置前移•控制过滤孔粗细的条件可能有:刺激的性质、注意任务的性质、注意强度、自动化水平、觉醒水平、感觉通路等机体内外部条件•在一定条件下可以自动加工的信息，在另一种条件下可能会需要注意资源而不能被自动加工;有些信息在某种条件下可自动加工，另一些信息在同样条件下却需要注意资源而不能被自动加工•资源分配模型（Kahneman,1973;Attention&Effort）资源与唤醒相联系，资源分配方案是注意选择的关键资源有限的区分（Norman&Brown,1975）资源有限（resource-limitedprocess）材料有限（data-limitedprocess）加工理论（Schneider&Shiffrin,1977）控制性加工(controlledprocess)自动加工(automaticprocess)注意的网络机制（LaBerge,2000）•注意的表达是通过增强特异性皮层功能柱的神经活动而实现的，注意的表达还需要额叶的控制和丘脑对注意循环网络的激活与维持，由此形成了三角形的网络机制设计注意ERP实验的原则•保持刺激的物理属性在所有条件下相等，只是发生注意条件的改变；•至少呈现2种刺激(A和B)，比较注意A与注意B两种条件；•为避免不同的唤醒效应，以随机的或不确定的顺序呈现注意刺激和非注意刺激；•同样，为避免不同的唤醒效应，应设置不同注意条件下一致的任务难度三、注意的神经基础•视觉通道•视觉注意通道•听觉通道视觉通道视觉皮层•传统解剖学认为视觉皮层位于枕叶•近年认识到视皮层包括顶叶、颞叶和部分额叶，占Brodmann52个分区中的25个，如果加上7个视觉联合区，其皮层表面积大约为整个新皮层的55％脑皮层的视觉注意通道（Ungerleideretal,1982,1989,1994,1995,1998）•枕颞通道(occipito-tempralpathway)，位于大脑腹侧，故又称腹侧束(ventralstream)；其功能主要是识别客观物体，被形象地称为What通道。•枕顶通道(occipito-parietalpathway)，位于大脑顶部，故又称背侧束(dorsalstream)，其功能主要是与物体空间关系以及空间运动的有关，又叫Where通道。丘脑上丘——自动定向定位选择特征(非空间)选择注意转移到位置空间工作记忆空间关系客体选择运动选择执行控制系统模型丘枕核DLPFCPPCV1V4TEO视觉注意图解注意控制刺激信息V3aLGNTEV3/VPPOLateSelectionEarlySelection1sectOngoingmultichannelEEGFaradaycageS1S2S3...Sj+SignalAveragerDifferentialAmplifiers(N=64)SubjectVisualstimulus#1#2#3#N#4#5Visualevent-relatedpotentialnSjj=1nSP1C1P2N1N2+5uV5uV100200300400Time(msec)Stimulusonset视觉ERP听觉通道•听觉皮层位于颞叶上部，靠近颞横回。•听皮层接受听放射纤维，传出纤维到内侧膝状体、下丘、纹状体、上丘、中脑结构，并与上述结构发生广泛的联系。•初级听皮层(AI)位于B41、42区，而听觉联合区(AII)在AI区的后面，并围绕AI区。1sectOngoingmultichannelEEGFaradaycageS1S2S3...Sj+SignalAveragerDifferentialAmplifiers(N=64)SubjectAuditorystimulusS#1#2#3#N#4#5Auditoryevent-relatedpotentialN0IIIIIIIVVVIP1P2P3(P300)NaNbP0PaN1N2SWNd+5uV5uV101001000Time(msec)StimulusonsetnSjj=1n听觉ERP四、视觉空间注意研究•在大量行为研究中，观察到人类具有在视觉场景中注意的快速变换，而指向所选择的位置的能力•Eason等(1969)首次成功利用EEG技术研究视觉空间注意（visual-spatialattention)，发现不同注意方向的闪光刺激可导致100-200ms潜伏期内的ERP变化•以后的大量实验证明空间注意可引起早期P1（80-120ms）N1（160-200ms）成分增大(Eason,1981;VanVoorhis&Hillyard,1977;Mangun&Hillyard,1991).（Mangun,Hillyard&LuckAttention&Performance1990）何地？小结1.空间注意调节视觉皮层的早期P1(80-120ms)与N1(140-200ms)成分；2.空间注意为一种知觉增益的控制机制：在“聚光灯”内的刺激信息增强，而“聚光灯”外的信息被抑制；3.空间注意具有独特的早期选择机制（P1-N1效应），控制了与特征与模式整合的高级阶段的通达。何地？1.空间注意调节的感觉输入发生在视觉皮层的哪个特定区域？2.这个特定区域是在初级视皮层——V1区吗？DLPFCPPCV1V4TEOGeneralSchemeforVisualAttentionAttentionControlStimulusInformationV3aLGNTEV3/VPPODLPFCPPCV1V4TEODoesSpatialAttentionModulateCorticalInputatLGN?AttentionControlStimulusInformationV3aLOLGNTEV3/VPPO•原形棋盘格刺激在左右视野随机闪烁，ISIs=250-550ms•刺激分别在上、下象限呈现•保持中央注视点，被试注意左右视野的刺激，报告较小的靶刺激•记录注意和非注意条件下，左右呈现的ERP波形（64导）•在不同的Block记录fMRI，每32sec交替呈现“注意左”或“注意右”DiRusso,Martinez&HillyardCerebralCortex2003空间注意与初级视皮层ERPstoUpp