皮层对动作停止中注意力定向和反应取消的贡献

《Psychophysiology》：Cortical Contributions to Attentional Orienting and Response Cancellation in Action Stopping

　　

动作取消涉及终止计划中或正在进行的运动，可能由皮层中的前辅助运动区（preSMA）和额下回（IFG）启动。它通常使用停止信号任务来考察；肌电图（EMG）研究表明，动作取消（在停止试验中）可能涉及反应肌肉的部分激活，但不会产生明显的行为反应。这些部分反应的神经相关性尚不清楚。在此，研究人员将功能性近红外光谱（fNIRS）与EMG相结合，在反应选择和刺激选择停止信号任务中考察终止动作（部分反应）的神经相关性，通过比较停止试验和忽略试验中的神经活动来控制注意混淆。fNIRS分析显示，成功停止试验中preSMA活动较忽略试验增加，但IFG无此类差异，这与preSMA独特参与动作取消、而IFG对意外刺激做出一般反应的假设一致。关键的是，无部分肌肉激活的试验中preSMA活动更大，这可能是由于前摄性抑制过程预先抑制了这些试验中的运动输出。这些发现增进了对动作取消中一些神经生理动态的理解，并强调了在该领域将fNIRS与EMG相结合的价值。

论文解读：皮层在动作停止中注意力定向与反应取消中的贡献

动作取消是指对计划中或已启动的运动进行突然终止，是日常运动控制的基本要素，并在帕金森病、注意缺陷多动障碍等疾病中表现受损。已有理论认为，动作取消由两个皮层-基底节通路介导：间接通路可能起源于前辅助运动区（preSMA），超直接通路则起源于（右侧）额下回（IFG）。“暂停-然后-取消”模型提出，IFG通过超直接通路发送快速“暂停”信号，preSMA通过间接通路启动较慢的“取消”过程。停止信号任务（SST）是评估动作取消的经典范式，但传统SST存在长期争议：不频繁的停止信号除诱发动作取消外，还涉及注意力定向机制，从而混淆了针对动作取消的神经相关性的识别。为此，刺激选择性SST加入不频繁的“忽略”刺激，要求注意力定向但并不要求动作取消；反应选择性SST则可考察选择性停止，即仅取消部分正在进行的反应，这更贴近现实场景。肌电图（EMG）研究已发现，停止试验中可出现部分反应（partial responses），即肌肉部分激活但未产生外显行为反应，反映了在肌肉水平终止已启动动作的过程，但其神经机制尚不清楚。功能性近红外光谱（fNIRS）是一种非侵入、便携的光学成像技术，适合探测靠近颅骨的皮层区域（如preSMA和IFG）的血红蛋白浓度变化。基于上述背景，研究人员开展本研究，旨在通过结合fNIRS与EMG，分离注意力捕获与动作取消的神经活动，并探索有无部分反应的试验是否对应不同的神经特征。

研究采用反应选择性和刺激选择性SST，共纳入30名右利手参与者（平均年龄28.33岁，SD=7.33，19名女性），通过塔斯马尼亚大学心理学研究参与系统或个人邀请招募。排除1名停止成功率高于推荐范围的参与者和1名fNIRS数据存在技术故障的参与者后，行为及EMG分析纳入29人，fNIRS分析纳入28人。任务包含450次go试验、150次stop试验和80次ignore试验。研究人员同步记录双侧第一骨间背侧肌（FDI）的EMG，并使用定制fNIRS蒙太奇（14通道，8个光源、7个探测器）覆盖左侧额下回（LIFG）、右侧额下回（RIFG）和preSMA。数据分析采用单次试验水平的峰值氧合血红蛋白（Hb）浓度提取，并使用广义线性混合模型（GLMM）和线性混合模型（LMM）进行统计建模，以处理试次间变异和条件间异质性。

研究结果如下：

**3.1 行为结果**
试验类型主效应显著（χ²(3)=6690.05，p<0.001），四种试验类型间平均反应时间（RT）均存在显著差异（p<0.001）。Go试验RT为498 ms，失败停止试验为432 ms，成功停止试验为641 ms，忽略试验为582 ms。

**3.2 EMG结果（含按部分反应分层的RT结果）**
**3.2.1 部分反应对RT的影响**
部分反应与试验类型存在显著交互作用（χ²(1)=459.35，p<0.001），且两个主效应均显著。在成功停止和成功忽略试验中，有部分反应的试验均表现出更长的RT。

**3.2.2 取消时间（CT）**
CT被定义为部分反应峰值相对于停止信号延迟（SSD）的潜伏期。忽略试验的CT（179 ms）显著慢于成功停止试验（167 ms）（χ²(1)=8.30，p=0.004），手（线索手/非线索手）的主效应及交互效应不显著。

**3.2.3 EMG幅度**
交互作用显著（χ²(1)=10.49，p=0.001）。事后检验显示，无部分反应的忽略试验中，后续反应生成爆发的幅度显著低于有部分反应的忽略试验、有或无部分反应的停止试验（所有p≤0.036）。总体而言，有部分反应的试验比无部分反应的试验表现出更高的反应生成爆发幅度（p<0.001）。

**3.2.4 有部分反应的停止与忽略试验中的动作重编程**
动作重编程被定义为部分反应峰值与反应生成性EMG爆发峰值之间的延迟。忽略试验中的重编程时间（257 ms）显著长于停止试验（230 ms）（χ²(1)=12.59，p<0.001）。

**3.3 fNIRS结果**
**3.3.1 preSMA**
成功停止试验的峰值Hb浓度显著高于忽略试验（0.94 vs 0.81，p=0.016）；无部分反应的试验显著高于有部分反应的试验（0.92 vs 0.79，p=0.046）。交互效应不显著。

**3.3.2 左右IFG**
对于RIFG和LIFG，试验类型、部分反应主效应及交互效应均不显著（所有p>0.05）。

**3.3.3 相关性**
探索性相关分析显示，各ROI的平均峰值Hb浓度与行为及EMG指标（go RT、ignore RT、失败停止RT、CT）之间无显著相关（FDR校正后p>0.05）。

讨论部分指出，忽略试验中CT和动作重编程较慢，这可能与“重新调整程度与神经生理输入规模成比例”的预测相矛盾，该问题值得未来研究。在皮层活动方面，preSMA在停止试验中比忽略试验更活跃，而IFG无此差异，这支持“暂停-然后-取消”框架，即preSMA特异地参与动作取消，IFG对意外刺激做出一般性反应，也与先前的fMRI证据一致。针对部分EMG反应，无部分反应的试验中preSMA活动升高，可能反映了前摄性抑制机制的参与，预先抑制运动输出从而避免可检测的EMG活动。局限性包括：各ROI被单独分析，无法进行相对活动量的直接比较；fNIRS时间分辨率有限，未来可结合EEG等方法进一步阐明动作取消的时空动态。研究结论为：研究人员采用新型fNIRS范式，评估了preSMA和IFG在动作取消、注意力定向和部分EMG反应中的作用，发现preSMA更独特地参与动作取消，而IFG似乎同等参与动作取消和注意力捕获；无部分EMG反应的试验中preSMA活动增加，其原因可能在于这些试验中前摄性抑制增强。该研究发表于《Psychophysiology》。