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在认知神经科学领域,为探究内部注意(指向视觉工作记忆相关内容)与外部注意(指向环境中相关刺激)是否同样能促进早期视觉加工,研究人员开展相关实验。结果表明只有外部注意能在特定位置调节视觉加工,该研究揭示了两种注意选择机制的差异,意义重大。
在我们的日常生活中,视觉信息如潮水般涌来,大脑需要巧妙地筛选和处理这些信息,注意力就像是大脑的 “聚光灯”,帮助我们聚焦重要信息。在认知神经科学领域,视觉工作记忆(Visual Working Memory,VWM)是一个关键概念,它能让我们暂时保存视觉刺激,便于后续的感知和行动。当我们在众多记忆内容中进行选择时,内部注意发挥着作用;而在外界环境里挑选相关物体时,则依靠外部注意。但目前,关于内部和外部注意在神经机制上的异同,科学家们还没有完全弄清楚。
为了解开这个谜团,来自荷兰乌得勒支大学亥姆霍兹研究所(Helmholtz Institute, Utrecht University)的研究人员开展了深入研究。他们的研究成果发表在《iScience》杂志上,为我们理解注意力的奥秘提供了新的视角。
研究人员采用了多种关键技术方法。在实验中,他们运用了快速不可见频率标记(Rapid Invisible Frequency Tagging,RIFT)技术,该技术可以在不引起参与者有意识感知的情况下,驱动早期视觉皮层活动,从而测量特定位置的早期视觉加工情况。同时,结合脑电图(Electroencephalogram,EEG)记录大脑的电活动,以及眼动追踪技术监测参与者的目光变化,从多个角度收集数据。
研究结果主要通过以下几个方面呈现:
- RIFT 反应:研究人员进行了两个主要实验,分别是回溯线索(retro - cue)实验和前线索(pre - cue)实验,每个实验都有 24 名健康参与者。在回溯线索实验中,参与者先记忆两个项目,随后根据颜色线索在记忆内容中进行选择并报告线索提示项目的方向;在前线索实验中,颜色线索先出现,参与者在记忆项目展示时只记忆一个项目用于报告。结果显示,在前线索实验中,线索提示位置的 RIFT 反应增强,即该位置的视觉加工得到了促进;而在回溯线索实验中,线索提示位置和未提示位置的 RIFT 信号没有明显差异,这表明早期视觉加工在内部注意过程中没有被空间调制。
- α 振荡:α 振荡(8 - 13.5Hz)的去同步化被认为是空间注意的一个神经标记。研究发现,在回溯线索实验和前线索实验中,当呈现回溯线索或刺激时,参与者大脑后部的 α 功率都会下降,且下降最明显的电极位于线索提示项目方向的对侧,这证实了两种实验中都存在强烈的 α 侧化现象,说明内部和外部选择在空间布局上具有相似性。
- 目光位置:研究人员还观察了实验中的目光位置变化。尽管参与者被要求保持注视,但在回溯线索实验中,目光仍会向回溯线索提示项目的先前展示位置出现小的偏差;在前线索实验中,目光则偏向线索提示项目的位置。这表明目光位置也能反映出内部和外部选择中优先项目的位置。
- 指标相关性:为了探究 RIFT 反应、α 侧化和目光偏差这三个注意力指标之间的关系,研究人员进行了线性混合效应模型分析。结果发现,在两个实验中,试验间的 α 侧化和目光偏差都不能预测试验间的 RIFT 反应,且 α 侧化也不能被其他两个指标解释,这说明这三个指标反映了不同的认知机制。
- 控制实验:为了排除 RIFT 无法测量回溯线索实验中视觉加工空间调制的可能性,研究人员进行了一个控制实验。在这个实验中,他们使用空间线索,让参与者在项目展示前转移注意力。结果发现,即使在没有可见刺激的情况下,RIFT 也能测量到注意力调制,这进一步证实了之前实验结果的可靠性。
在研究结论和讨论部分,研究人员指出,尽管在外部和内部选择过程中,注意力都会向优先项目的位置转移(通过 α 振荡和目光位置反映),但早期视觉加工仅在外部注意时得到增强。这表明 VWM 的空间组织并非是内部和外部注意利用相同神经机制的被动结果,而是视觉系统将空间作为一种组织原则来存储和选择记忆项目。该研究结果与之前一些关于 VWM 空间组织的研究相呼应,同时也对感觉招募假说进行了补充和完善。感觉招募假说认为 VWM 存储和感知依赖于视觉皮层中相似的神经活动模式,但本研究表明,虽然 VWM 和感知在表示视觉内容时可能共享神经机制(即感觉招募),但在执行过程(如注意力选择)中,它们的机制是不同的。此外,研究人员还讨论了实验中使用的 RIFT 技术的特点和局限性,为后续研究提供了参考。
总的来说,这项研究揭示了内部和外部注意选择机制的差异,为我们理解大脑如何处理视觉信息提供了重要依据,对认知神经科学领域的发展具有重要意义,也为后续相关研究奠定了坚实的基础。