基于动作的预测与自上而下注意的交互：EEG证据支持晚期知觉加工的联合调制

《NeuroImage》：Interplay of action-based prediction and top-down attention: EEG evidence for joint modulation of late perceptual processing

　　

在主动代理情境中，操纵了基于特征的注意（feature-based attention, FBA）与预测。注意与基于动作的预测（action-based prediction）在晚期知觉加工中发生交互。对于相关且被预测的刺激，P3b 幅度与潜伏期均降低。汇聚性发现可能提示决策相关加工的促进。

Thomas Holstein 等结合视觉心理物理与脑电（electroencephalography, EEG），考察基于动作的预测（action-based prediction）与自上而下注意（top-down attention）如何共同塑造自愿动作生成视觉刺激的加工。研究背景在于，预测感觉信息对知觉和感觉运动控制十分重要，前向模型可利用运动指令的传出副本预测自愿动作的感觉后果。自我生成刺激常表现出感觉衰减，但也有研究观察到增强、更易辨别或更强神经反应等相反结果。注意与预测在逻辑上不同：注意由行为相关性驱动，预测由事件概率驱动；以往研究常以概率线索操纵注意，可能混淆二者，且多集中于空间注意和被动情境。基于特征的注意（feature-based attention, FBA）与基于特征预测的交互，尤其在主动代理情境下，尚不清楚。因此，研究人员正交操纵FBA和动作预测，以解释自愿动作对知觉产生衰减或增强的矛盾。

研究人员在记录EEG时，使被试观看两个连续光栅，并在一部分试次报告第二个光栅相对第一个光栅是顺时针还是逆时针倾斜。第一光栅方向由动作预测（Active条件）或不由动作预测（Passive条件）；颜色作为相关性线索，指示是否需判断方向（Relevant/Irrelevant条件）。相关颜色在每个block开始时告知，但红蓝等概率，故刺激出现前无法判断即将来临刺激是否相关，以分离概率预测与行为相关性注意。研究分析早期前部N1（anterior N1, N1a）和顶叶P3（parietal P3, P3b）等事件相关电位（event-related potential, ERP）成分，并用多变量模式分析（multivariate pattern analysis, MVPA）探索方向信息，结合时频分析、行为数据和分层贝叶斯序列采样模型（hierarchical Bayesian sequential sampling model, HSSM）建模。结论是：动作预测与注意在晚期知觉加工中交互；对相关且被预测刺激，P3b幅度和潜伏期降低，Active Relevant条件出现持续方向解码，P3b潜伏期与反应时相关，提示共同促进晚期知觉和决策相关加工。其意义在于支持扩展预测编码模型，即注意全局提高预测误差（prediction error, PE）单位突触增益；但未发现早期感觉调制，与早期衰减或锐化解释不同，当前设计可能限制预备FBA参与。

方法概括：最终样本为24名被试（10 female；平均年龄 M=30.3，SD=8.3），来自25名志愿者，1名因辨别表现接近机遇水平被排除；被试视力正常或矫正正常，无眼动、神经或精神疾病，签署知情同意。任务为等概率go/no-go嵌入两间隔强迫选择（2IFC）辨别：两连续正弦光栅，第一光栅方向由主动按键决定（Active）或电脑决定（Passive），颜色线索操纵Relevant/Irrelevant。记录64导Ag/AgCl EEG，采样500 Hz。分析包括ERP N1a/P3b、MVPA（线性判别分析，10折交叉验证，ROC-AUC）、时频alpha/beta、行为反应时及HSSM漂移扩散建模。

研究结果：
3.1 行为结果。3.1.1 相关动作预测降低反应时。通过配对t检验，Active Relevant与Passive Relevant正确率无显著差异；反应时在Active Relevant显著更短。HSSM显示漂移率（v）较高有91.8%后验支持，决策边界（a）较小有87.5%后验支持，非决策时间（t）和起始点（z）无可信差异。结论：相关动作预测不提高准确率，但降低反应时，主要与证据积累更快和所需证据阈值降低有关。
3.2 ERP结果。3.2.1 N1a：无动作预测或自上而下注意调制。额中央簇和AFz电极的重复测量ANOVA及贝叶斯分析均无显著主效应或交互；CNV和替代基线控制支持该结果。结论：该操纵未影响早期感觉加工。
3.2.2 P3b：相关刺激的预测抑制效应以及未预测和外源生成刺激的注意增益效应。Pz处ANOVA显示动作预测主效应显著，被动高于主动；任务相关性主效应显著，相关高于无关；交互显著。事后比较显示，P3b峰幅最大为Passive Relevant，其次为Passive Irrelevant、Active Relevant、Active Irrelevant；Passive Relevant与Passive Irrelevant差异显著。潜伏期无主效应，但交互显著；Active Relevant较Passive Relevant和Active Irrelevant更短。结论：相关且被预测刺激的P3b幅度和潜伏期降低，提示更快处理或决策相关加工。
3.3 MVPA结果。线性判别分析在Active Relevant条件从300至600 ms（100 ms窗）以及350至650 ms（50 ms窗）出现显著高于机遇的解码簇；其他条件未检测到显著时间簇。最大解码分数ANOVA无显著主效应或交互。结论：仅在预测且相关条件下观察到持续方向解码，但未支持解码质量增强。
3.4 时频结果。3.4.1 相关刺激诱发alpha和beta去同步，动作预测产生beta同步。后部与额中央ROI中，相关刺激较无关刺激alpha和beta功率更低；动作预测在Active较Passive产生更高beta功率；beta频段存在显著交互。结论：任务相关性伴随持续alpha/beta降低，动作预测调制beta活动。
3.5 EEG-行为相关结果。3.5.1 动作预测带来的更快反应时与更短P3b潜伏期相关。线性回归显示，Active Relevant?Passive Relevant的反应时差与P3b潜伏期差正相关（β=450.63，SE=182.36，t(22)=2.47，p=.022，R²=.22，r=.47）；Active较Passive更快反应时与更短P3b潜伏期相关。P3b幅度差与反应时差不显著。结论：更快行为反应与P3b潜伏期变化共享过程。

讨论总结：早期N1a未受动作预测或注意调制，与部分既往研究不同；可能因采用FBA操纵、刺激前无法确定相关性且无竞争刺激，时频结果显示注意在约260 ms后有效参与。N1a可能不索引方向特异加工，MVPA显示方向信息约300 ms后可解码。晚期P3b交互支持通用精度加权：注意全局增强PE单位增益；未预测且相关刺激需更多证据积累或模型更新。Active Relevant条件P3b降低，并伴随唯一显著方向解码簇、beta同步、更快反应时和更短P3b潜伏期，提示动作预测与注意共同促进晚期知觉和决策，降低认知成本。HSSM显示漂移率较高和决策阈值较低的温和趋势。研究结论翻译：总之，研究人员发现基于动作的预测和自上而下注意均调制晚期加工阶段并相互交互。具体而言，当刺激未被预测且由外部生成时，任务相关性伴随P3b幅度增强；当刺激任务相关时，基于动作的预测降低P3b幅度。来自P3b、MVPA、时频、行为和计算分析的汇聚证据进一步提示，自上而下注意与基于动作的预测可能共同促进晚期知觉及决策相关加工。Active Relevant条件在晚期知觉阶段表现出持续方向解码，并表现出与更快反应时相关的更短P3b潜伏期，而漂移扩散模型显示朝向更快证据积累和更低决策阈值的温和趋势。研究人员关于晚期知觉加工的发现也支持扩展预测编码模型，其中注意全局增强预测误差单位的突触增益。然而，无论行为相关性如何，研究人员均未发现早期感觉加工的调制。这种早期效应缺失与运动控制和预测编码解释形成对比，后者提出对预测或自我生成感觉输入进行早期感觉衰减——无论通过取消还是锐化机制。尽管如此，当前设计可能限制了预备性FBA的参与，这可能促成早期感觉效应缺失。需要进一步研究分离预测与注意机制的影响以澄清该问题。特别地，早期感觉效应可能取决于预备注意差异。此类努力，以及跨其他感觉通道的研究和基于动作与外部线索预测之间的比较，可能更精确理解注意、预测和自愿动作如何共同贡献于感觉和知觉加工。