惊讶导致视觉和听觉意识缺失的电生理指标

《Consciousness and Cognition》：Electrophysiological markers of surprise-induced failures of visual and auditory awareness

　　意外刺激导致视觉和听觉意识的暂时性失败。行为缺陷和推测的新颖性P3 ERP在多次试验中逐渐减弱。早期ERP成分和探测诱发的ERP未发生习惯化。各模态的行为效应和新颖性P3的时序/拓扑相似。新颖性P3所标记的过程与知觉意识失败相关联。引言检测并适当应对意外事件的能力对生存和日常生活至关重要。为此，神经系统不断对环境做出预测，并将其与传入的感觉信息进行比对。预测与观察之间的差异构成了信息惊奇，即在当前环境模型下衡量某一事件意外程度的指标（Baldi & Itti, 2010）。在预测编码框架中，这一差异以预测误差的形式呈现，它是一个驱动内部模型更新以改善未来预测的信号（Reichardt et al., 2020; Reisenzein et al., 2019）。因此，反复暴露于最初意外的刺激会逐渐降低信息惊奇和预测误差的幅度。在人类和非人类动物中，预测误差伴随定向反应（OR）出现，这是一系列自动的物理、生理和认知反应，将有机体引向意外事件，并在反复暴露中习惯化（Pavlov, 1927; Sokolov, 2002）。在电生理记录中，OR通常与P3复合波的一个成分——新颖性P3（nP3）相关联（Barry et al., 2020; Courchesne et al., 1975; Knight, 1984; Polich, 2007）。nP3通常由稀有、意外、新颖或具有行为显著性的刺激诱发。与OR一样，它在反复呈现刺激时迅速习惯化。nP3已被关联到认知评估（Friedman et al., 2001）和注意参与（Polich, 2007），但其作用仍存在争议。一些研究者认为nP3与P3a密切相关，后者被认为反映非自主注意捕获（Polich, 2007）。另一些研究者认为nP3在功能上独立，反映定向和背景更新（Barry et al., 2020）。尽管两者关系仍未解决，但这两种成分都被涉及在惊奇事件的加工中。尽管将认知资源导向刺激物有助于对其进行评估，但也有代价：对某一刺激的注意会减少对其他刺激的可用性（Chun & Marois, 2002; Luck et al., 2021）。注意的这"阴暗面"体现在视觉中的惊奇诱导盲区（SiB）（Asplund, Todd, Snyder, Gilbert & Marois, 2010）和听觉中的惊奇诱导聋（SiD）（Obana et al., 2020）中。在每种范式中，一个与任务无关的意外刺激捕获注意，严重干扰数毫秒后呈现的任务相关探测物检测。这些效应即使在无注意空间转移的情况下也会发生，并在反复呈现惊奇刺激中习惯化。类似的知觉缺陷也出现在视觉和听觉注意瞬脱（AB）范式中，这些范式与SiB和SiD在概念和结构上具有相似性。关键的是，AB源于对任务相关目标物的目标导向加工，而非由意外且与任务无关的刺激驱动加工（Dux & Marois, 2009）。尽管原因不同，AB和惊奇范式均产生大且短暂的探测物检测缺陷。在AB中，该缺陷以目标诱发的P3b为指标，这是P3复合波的一个通常由稀有且任务相关的刺激诱发的成分（Amir et al., 2022; Kranczioch et al., 2007; McArthur et al., 1999; Sergent et al., 2005; Shen et al., 2018; Slagter et al., 2007; Taatgen et al., 2009）。P3b幅度（目标诱发）与AB幅度（探测物检测失败）之间的关联表明，P3b相关过程在产生知觉缺陷中可能起到功能作用。然而，尚不清楚类似电生理标记是否预测与任务无关的惊奇之后产生的知觉损伤，如SiB和SiD中所见。在本研究中，我们通过解决两个主要问题来调查惊奇诱导的知觉缺陷是否与P3复合波相关。首先，惊奇刺激是否诱发P3，特别是与OR相关的新颖性P3？其次，P3是否追踪行为缺陷，随着惊奇刺激的反复呈现而下降？为增进理解，我们利用跨模态的行为和神经相似性与差异（Turatto, 2023）。例如，SiB通常引起更强的初始缺陷，随后比SiD更快、更完全地习惯化（Asplund, Todd, Snyder, Gilbert & Marois, 2010; Liaw et al., 2020; Obana et al., 2020）。鉴于与新颖性相关的P3在各模态的时序和拓扑上被发现基本相似（Grundei et al., 2023），我们预期在此也观察到类似的nP3。然而，nP3在听觉中习惯化可能更慢，从而反映行为时间过程的分化。N2家族中的几个成分伴随稀有且与任务无关的刺激出现，也可能与相关知觉损伤有关。这些早期成分在不同模态间的定位和诱发条件比nP3差异更大（Luck, 2014）。在听觉中，失匹配负波（MMN）被认为反映将注意导向意外事件的过程（Escera & Corral, 2007）或标记与既定声学背景的偏离（Marois & Vachon, 2024）。MMN习惯化缓慢，如果有的话（McGee et al., 2001; Wagner-Altendorf et al., 2024）。一个类似的视觉成分，视觉失匹配负波（vMMN）或N200，也被报告（Berti & Schr?ger, 2001; Folstein & Van Petten, 2008; Kimura et al., 2010; Luck, 2014; Stefanics et al., 2014）。如果这些早期失匹配过程对知觉缺陷有贡献，其模态特定性质可解释SiB和SiD之间观察到的差异。通过比较各模态的行为和电生理效应及其习惯化特征，我们可以识别与SiB和SiD最密切相关的神经过程。这些比较还将澄清nP3反映的是一般定向机制还是模态特定的惊奇反应，以及观察到的意识失败最好由其底层过程还是其他成分的过程来解释。片段参与者从新加坡国立大学社区招募了33名参与者（年龄范围=18–53岁，均值=23.0，SD=6.2年；18名男性，15名女性）。目标样本量至少30人，选择该数量以便我们能够检测和表征惊奇缺陷，其效应量为中至大（Asplund, Todd, Snyder, Gilbert & Marois, 2010; Obana et al., 2020）。该目标样本量也大于之前研究晚期…的EEG研究中的样本量。良好的基线任务表现参与者理解并能良好执行每项任务，表现为高探测物检测表现（表1）。由于假警报较少，后续调查使用探测物命中率（Liaw et al., 2020）。各模态中稳健且相似的惊奇效应为可视化惊奇效应及其习惯化，按每个模态的惊奇刺激呈现次数绘制平均探测物检测准确率（图2）。各模态的初始惊奇效应均十分显著，尽管缺陷迅速…讨论我们的结果将P3确定为与惊奇相关加工及其伴随的深刻知觉缺陷的神经标志。复制了SiB和SiD之前的行为结果，视觉和听觉惊奇刺激均对350毫秒后呈现的任务相关探测物检测产生了大缺陷。行为损伤伴随在每次惊奇刺激后400–600毫秒出现的晚期顶叶正性波，与P3复合波一致。行为缺陷和P3…生成式AI和AI辅助技术在稿件准备过程中的声明在本工作准备过程中，作者使用了ChatGPT 4o–5.2进行文本和代码建议。作者对内容进行了审阅和编辑，并对发表文章的内容承担全部责任。CRediT作者贡献声明En-Lin Leong：撰写–审阅与编辑，撰写–原始草稿，可视化，调查研究，形式分析，概念化。Yun Da Chua：撰写–审阅与编辑，撰写–原始草稿，调查研究，概念化。Takashi Obana：撰写–审阅与编辑，方法论，形式分析。Christopher L. Asplund：撰写–审阅与编辑，可视化，形式分析，概念化。资金信息本工作得到新加坡教育部和耶鲁-新加坡国立大学学院（Asplund）的IG22-SG102补助金、耶鲁-新加坡国立大学学院研究与差旅资金（Asplund）以及耶鲁-新加坡国立大学学院顶石研究奖金（Leong）的支持。利益冲突声明作者声明不存在可能被认为影响本论文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。致谢作者感谢Chai Jing Wen、Stuart Derbyshire和Andrei Dragomir的有益讨论。术语表SiB：惊奇诱导盲区SiD：惊奇诱导聋EEG：脑电图ERP：事件相关电位nP3：新颖性P3OR：定向反应AB：注意瞬脱AAB：听觉注意瞬脱MMN：失匹配负波RSVP：快速系列视觉呈现RAP：快速听觉呈现SOA：刺激起始异时FDR：假发现率En-Lin Leong | Yun Da Chua | Takashi Obana | Christopher L. Asplund