《Frontiers in Human Neuroscience》：Mapping neural activity during naturalistic visual and memory search
编辑推荐：
在日常生活中，个体常常搜索存储在记忆中的多个项目之一。这一认知过程被称为混合搜索（hybrid search），对于诸如依靠地标导航等任务至关重要。尽管混合搜索的行为方面已被广泛研究，但其潜在的神经机制仍知之甚少。在本研究中，研究人员结合了同步脑磁图（MEG）
在日常生活中，个体常常搜索存储在记忆中的多个项目之一。这一认知过程被称为混合搜索（hybrid search），对于诸如依靠地标导航等任务至关重要。尽管混合搜索的行为方面已被广泛研究，但其潜在的神经机制仍知之甚少。在本研究中，研究人员结合了同步脑磁图（MEG）和眼动追踪记录，以研究在自然观看条件下支持混合搜索的振荡和诱发电位神经动力学。21名参与者（12名男性，9名女性）执行了一项自由观看任务，涉及在结构化、富含场景的环境中搜索嵌入记忆中的目标（混合搜索）。时频分析揭示了记忆编码、保持和视觉搜索过程中的特定神经信号。在编码和保持期间，后部alpha频段功率随记忆负荷下降，而额顶叶beta频段活动在视觉搜索期间随记忆负荷呈比例增加。通过将MEG信号与眼动事件对齐并应用源重建，研究人员识别出一个早期视觉诱发的lambda反应，定位于V1，随后是一个分布式的P3m成分，在右侧下顶叶（right inferior parietal lobe）激活最大，该成分区分了目标与干扰物的注视。这些发现通过一种去卷积方法进一步确认，该方法用于解释与眼动相关的重叠神经信号。这些结果表明，不同的振荡和诱发电位信号追踪了混合搜索过程中的动态脑反应。alpha频段调制反映了增强的感知和记忆需求，而beta频段增加则指示了搜索过程中参与的认知控制。注视锁定反应显示了经典电生理信号（如目标相关成分）如何推广到自由观看条件。总之，这些发现展示了振荡和诱发电位反应如何在自然观看条件下动态支持混合搜索，揭示了记忆、注意和视觉处理在主动视觉中的交互作用。
**研究背景与问题**
传统认知神经科学常使用简化刺激来研究注意、记忆和决策等基本过程，但缺乏对自然观看行为中这些机制如何协同运作的实证证据。视觉搜索实验多依赖人工刺激和固定注视，忽略了眼动在自然视觉中的普遍性。混合搜索（hybrid search）——即在记忆多个目标后从视觉环境中搜索任一目标——是一种生态效度高的常见认知任务，但其潜在的神经动力学机制尚不明确。现有研究主要基于固定注视范式，对自然观看条件下混合搜索的脑振荡和诱发电位特征了解有限。因此，本研究旨在结合脑磁图（MEG）与眼动追踪，在自由观看场景中探究混合搜索的神经机制，以弥合实验室研究与真实世界行为之间的差距。
**研究内容与意义**
研究人员开展了结合MEG和眼动追踪的自由观看混合搜索实验，21名参与者（12男9女）在富含场景的图像中搜索记忆中存储的1、2或4个目标。通过时频分析、源重建、去卷积和功能连接分析，揭示了记忆负荷对后部alpha频段功率的调制、额顶叶beta频段活动随负荷增加的认知控制信号，以及注视锁定下目标检测的P3m成分（定位于右侧下顶叶）。这些发现发表在《Frontiers in Human Neuroscience》，表明alpha和beta振荡及诱发电位动态支持自然观看下的混合搜索，为理解记忆、注意与视觉处理的交互提供了生态效度高的神经证据。
**关键技术方法**（不超过250字）
研究人员采用以下主要技术方法：
1. **同步MEG与眼动记录**：使用CTF 275 MEG（1200 Hz采样）和Eyelink 1000 Plus眼动仪（1000 Hz采样），记录21名参与者的脑活动与眼动。
2. **时频分析**：应用Morlet小波滤波器（1 Hz步长，循环数=频率/2）在传感器和源空间计算功率谱。
3. **源重建**：采用LCMV波束成形（LCMV beamformer）空间滤波器，基于个体MRI（14人）或MNI 305模板（7人）进行源估计，使用边界元法（BEM）构建头模型。
4. **去卷积分析**：基于时间响应函数（TRF）方法，将连续MEG信号建模为离散事件（注视、扫视等）的线性叠加，通过Ridge正则化（α=1000）估计TRF，分离重叠神经信号。
5. **功能连接分析**：使用振幅包络相关（AEC）并结合成对正交化进行泄漏校正，分析目标与干扰物注视期间的脑区耦合。
6. **统计检验**：非参数聚类置换检验（5120次置换，p<0.05）确定显著性。
样本队列来源：21名健康参与者（19-45岁），来自英国诺丁汉大学心理学系。
**研究结果**
**行为与眼动**
行为数据显示，准确率随记忆集大小（MSS）增加而下降，反应时呈对数增加。眼动指标（注视时长、扫视幅度等）与已有研究一致，验证了任务的有效性。
**任务相关脑活动**
通过时频分析，编码阶段theta频段（4-8 Hz）功率短暂增加后，alpha（8-12 Hz）和beta（12-30 Hz）频段功率在约500 ms后显著下降。保持期间，后部alpha功率随MSS增加而抑制（MSS 4 vs MSS 1及MSS 2 vs MSS 1均显著，p=0.0002），源空间最大差异位于上顶叶（Brodmann 7）。这些结果支持假设H1：高感知细节场景下后部alpha振荡随记忆负荷衰减。
**记忆形成：任务与注视相关反应**
在高记忆负荷条件下（MSS 4），研究人员比较正确与错误试次的功率和相位同步性，未发现编码期间或扫视锁定事件的显著差异。但去卷积分析在alpha和beta频段发现后续正确目标识别的显著效应（最大显著传感器分别约290 ms和250 ms），源空间仅右侧前枕沟（right anterior occipital sulcus）在beta频段显示显著簇（p<0.05）。结果部分支持假设H2，但效应较弱，需谨慎解释。
**记忆负荷对注视相关反应的影响**
首先，研究人员表征了自由观看中的早期视觉诱发电位——lambda反应，其峰值约87 ms后，定位于V1（MNI: [9, -80, 0]）。随后，通过去卷积分析（TRF）发现，高记忆负荷（MSS 4）相比低负荷（MSS 1）在干扰物注视约80 ms后诱发了显著的beta频段激活（最大显著传感器位于顶枕区）。源空间分析显示，该效应广泛分布于额叶至顶枕叶区域（p<0.05），支持假设H3：高记忆负荷增强beta频段活动，作为认知控制的标志。
**目标识别**
去卷积分析显示，目标注视相比干扰物注视在正确试次中诱发了显著差异，时间窗口约200-450 ms，最大显著传感器数在370 ms处，地形图显示双侧颞叶和右侧颞顶叶传感器激活最强。源空间分析在370 ms时最大差异位于右侧下顶叶（MNI: [44, -40, 19]），虚拟电极时间序列显示从220 ms起目标与干扰物注视出现显著差异（p<0.0015）。功能连接分析（alpha频段AEC）进一步揭示，目标注视期间右侧半球连接性显著高于干扰物注视（Wilcoxon符号秩检验，p=0.00000095），而干扰物注视增强左侧半球连接。这些结果支持假设H4：目标注视诱发了P3m成分，将经典电生理信号推广至自然观看条件。
**讨论与结论**
研究结果揭示了混合搜索中脑振荡和注视相关活动的贡献。后部alpha功率的衰减与记忆负荷相关，支持其在感知和记忆保持中的作用。与假设H2相反，未发现编码期间振荡幅度或相位同步性预测后续记忆性能的显著差异，但去卷积分析提供了初步证据。记忆负荷对注视相关反应的影响主要体现在beta频段，反映了额顶叶认知控制机制。目标检测的P3m成分定位于右侧下顶叶，与固定注视和自由观看EEG研究一致，并显示右侧半球连接性增强。这些发现将经典神经信号推广至自然观看条件，表明alpha和beta振荡以及诱发电位动态支持混合搜索中的记忆、注意和视觉处理交互。研究结论：本研究揭示了在富含环境信息的自由观看条件下视觉搜索的神经机制，强调了alpha和beta振荡以及注视相关反应在引导目标检测和工作记忆过程中的作用。通过弥合传统实验室研究与真实世界场景之间的差距，这些发现有助于更深入地理解视觉认知及其神经基础。
