標(biāo)題：枕葉和頂葉皮質(zhì)快速光學(xué)成像揭示的注意力定向和重新定向的時(shí)間-空間動(dòng)態(tài)

01

 研究背景

視覺(jué)空間注意力的機(jī)制由兩個(gè)不同的額頂網(wǎng)絡(luò)介導(dǎo)：雙側(cè)背側(cè)網(wǎng)絡(luò) (DAN)，參與視覺(jué)空間注意力的自愿定向，以及側(cè)向右側(cè)腦半球的腹側(cè)網(wǎng)絡(luò) (VAN)，參與將注意力重新定位到意外但相關(guān)的刺激上。本研究目標(biāo)為表征注意力的時(shí)空動(dòng)態(tài)以及檢查兩個(gè)注意力系統(tǒng)之間和內(nèi)部的預(yù)測(cè)相互作用以及視覺(jué)區(qū)域。

02

研究方法
 

2.1、被試

研究共有18名有效被試，其中男性3名，女性15名，平均年齡24歲。
 

2.2、實(shí)驗(yàn)材料

視覺(jué)刺激包括了橫向或縱向的光柵小方塊。
 

2.3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)任務(wù)主要為內(nèi)源性空間注意提示范式（endogenous spatial attention cueing paradigm），分為兩天進(jìn)行（內(nèi)容相同，只是為了防止被試過(guò)于疲憊）。范式流程如圖1所示。每次試驗(yàn)都以呈現(xiàn)中央注視點(diǎn)開(kāi)始，500 毫秒后在注視點(diǎn)上方呈現(xiàn)預(yù)測(cè)提示。在持續(xù) 300 到 600 ms 的可變隨機(jī)間隔后，提示消失，緊隨其后的是目標(biāo)刺激（方形光柵，橫向和縱向的概率隨機(jī)出現(xiàn)）。參與者被指示將注意力集中在提示指示的一側(cè)，同時(shí)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中保持對(duì)注視點(diǎn)的注視。提示與目標(biāo)同側(cè)的為valid試次，不同側(cè)的為invalid試次。目標(biāo)呈現(xiàn) 150 毫秒后，他們將通過(guò)按鈕之來(lái)盡可能快速和準(zhǔn)確地區(qū)分目標(biāo)的方向。
 

圖1. 實(shí)驗(yàn)范式中一個(gè)試次的流程。
 

2.4、數(shù)據(jù)采集和處理

EROS數(shù)據(jù)由兩個(gè)同步 Imagent 頻域系統(tǒng)（ISS, Inc., Champaign, IL）記錄。32個(gè)激光二極管以時(shí)間復(fù)用方案發(fā)射近紅外光 (830 nm)。二極管以 110 MHz 調(diào)制，光線為400 μm。從頭部射出的漫射光由連接到光電倍增管 (PMT) 的 8 根 3 毫米光纖束檢測(cè)到。源和探測(cè)器光纖通過(guò)定制的頭盔固定在參與者的頭上，頭盔有兩種不同的尺寸。不同的尺寸使用了不同的導(dǎo)聯(lián)（見(jiàn)圖 2）并在分析過(guò)程中結(jié)合提供枕葉和后顳頂葉皮質(zhì)的密集覆蓋。每個(gè)導(dǎo)聯(lián)都允許每個(gè)檢測(cè)器檢測(cè)來(lái)自多達(dá) 16 個(gè)時(shí)間多路復(fù)用源的光。在每個(gè)導(dǎo)聯(lián)中，光源和檢測(cè)器的位置使得一組光源可以同時(shí)發(fā)射光而不會(huì)引起串?dāng)_（來(lái)自多個(gè)光源的光同時(shí)記錄在一個(gè)檢測(cè)器上），從而產(chǎn)生 128 個(gè)潛在通道每個(gè)會(huì)話（最小和最大源探測(cè)器距離分別為 17.5 和 50 毫米）。16 組多路復(fù)用源中，每組的循環(huán)持續(xù) 25.6 ms（每個(gè)源以固定順序打開(kāi) 1.6 ms 和關(guān)閉 24 ms），實(shí)現(xiàn)了 39.0625 Hz 的采樣率。
 

圖2. 光學(xué)導(dǎo)聯(lián)分布。

03

研究結(jié)果
 

3.1 注意定向過(guò)程

EROS數(shù)據(jù)分析包含了兩個(gè)比較：所有試次vs.基線和valid試次vs.基線。在目標(biāo)刺激出現(xiàn)前， V1區(qū)域在所有試次中都顯示了明顯的激活（圖3A）。在目標(biāo)刺激出現(xiàn)后，內(nèi)側(cè)枕葉皮層在valid試次中顯示了明顯的激活（圖3B）。
 

圖3. EROS在注意定向中的結(jié)果。

3.2 注意重定向過(guò)程

EROS數(shù)據(jù)分析比較了invalid試次vs.基線。在目標(biāo)表刺激出現(xiàn)到呈現(xiàn)結(jié)束，invalid試次在V1和內(nèi)側(cè)枕葉皮層都激發(fā)了顯著的活動(dòng)（圖4）。
 

圖2. EROS在注意重定向中的結(jié)果。

04

結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在目標(biāo)刺激發(fā)生之前和之后，都存在涉及背側(cè)和視覺(jué)區(qū)域的預(yù)測(cè)模式，這表明存在參與各種定向子過(guò)程的監(jiān)督和操縱的背側(cè)和視覺(jué)網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于重新定向，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持視覺(jué)和背側(cè)區(qū)域之間的相互交互，在對(duì)期望與現(xiàn)實(shí)之間的不匹配進(jìn)行編碼后，通過(guò)觸發(fā)對(duì)意外目標(biāo)的重新定向，將注意力從提示位置中分離出來(lái)。相比之下，腹側(cè)網(wǎng)絡(luò)在更新預(yù)先存在的內(nèi)部模型方面發(fā)揮后感知作用，作為關(guān)于意外目標(biāo)位置的新傳入信息的函數(shù)，促進(jìn)對(duì)未來(lái)任務(wù)相關(guān)期望的調(diào)整。

Parisi, G., Mazzi, C., Colombari, E., Chiarelli, A.M., Metzger, B.A., Marzi, C.A. and Savazzi, S., 2020. Spatiotemporal dynamics of attentional orienting and reorienting revealed by fast optical imaging in occipital and parietal cortices. NeuroImage, 222, p.117244.

DOI: 10.1016/j.neuroimage.2020.117244