直流电前庭刺激对视觉运动启动后反应干扰的影响

《Behavioural Brain Research》：Effects of galvanic vestibular stimulation on response interference following visual motion primes

　　

研究人员测试了前庭电刺激（galvanic vestibular stimulation, GVS）如何影响运动激活/抑制过程。受试者在有或无前庭电刺激条件下，对移动圆点之后呈现的箭头做出反应。前庭电刺激仅在较长的时间间隔下改变反应模式。结果表明，前庭信号有助于调节对视觉线索的冲突性反应。

## 研究背景与目的

前庭系统传统上被认为主要负责编码头部相对于外部世界的位置与运动，并参与基本的定向、身体平衡及步态控制等低水平反射回路。然而，近年来的研究已广泛认识到，前庭系统还参与多种高级认知功能，包括空间认知、数字加工、注意、记忆、情绪、决策、社会认知以及运动控制。Ferré和Haggard（2014）将前庭系统的功能分为自主、感觉运动与认知三个领域。反应启动范式是研究反应激活与干扰过程的经典工具：在典型任务中，启动刺激短暂先于目标呈现，要求参与者在兼容试验（启动与目标关联同一反应）中比不兼容试验中反应更快，产生正相容效应（positive compatibility effect, PCE）；当采用左右移动的启动刺激并延长启动与目标呈现之间的时间间隔（stimulus onset asynchrony, SOA）时，效应转为负相容效应（negative compatibility effect, NCE）。PCE通常被解释为启动引起的向前运动预激活，而NCE的机制仍存争议，但多数观点认为至少部分归因于系统面对不适当的运动激活时进行某种反向调节。前庭系统已知参与适应性行为，因此可能为这种长时间SOA下的干扰抑制提供关键驱动。然而，尚无研究直接考察前庭系统对运动启动后反应干扰的影响。本研究旨在通过直流电前庭刺激（galvanic vestibular stimulation, GVS）探讨这一问题，预期PCE不受影响，而NCE受极性特异性调节。

## 研究方法与技术

研究人员招募了23名右利手健康参与者（18名女性，5名男性；平均年龄22.61岁，标准差2.31），其中短SOA组10人，长SOA组13人。参与者需在无刺激、左阳极/右阴极GVS（L-GVS）或右阳极/左阴极GVS（R-GVS）条件下完成运动点启动-箭头目标反应任务。GVS通过置于双侧乳突的橡胶电极施加最大2 mA直流电（电流密度0.08 mA/cm2）。启动刺激为11个圆点组成的行，向左或向右移动；目标刺激为左/右箭头。SOA为147 ms（短）或360 ms（长，中间插入空白屏213 ms）。采用混合设计：SOA为被试间因素，刺激类型（无、L-GVS、R-GVS）为被试内因素，按块交替呈现。记录反应时（RT）和错误率。

## 研究结果

### 3.1 SOA 147 ms

在短SOA条件下，对RT相容效应进行方差分析显示显著截距，表明存在显著PCE。三种刺激条件下的PCE差异不显著：无刺激条件下M = 13 ms，L-GVS条件下M = 15 ms，R-GVS条件下M = 12 ms。错误率分析同样仅显示显著PCE，刺激条件之间无显著差异。这说明GVS不影响短SOA下的前馈激活过程，与预期一致。

### 3.2 SOA 360 ms

在长SOA条件下，方差分析显示刺激条件主效应显著。R-GVS条件下出现显著NCE（M = ?10 ms），而无刺激（M = ?3 ms）和L-GVS（M = ?2 ms）条件下均未达到显著水平。对比分析表明，R-GVS的NCE显著大于无刺激和L-GVS条件下的效应（无刺激 vs. R-GVS：p = .018；L-GVS vs. R-GVS：p = .020）。错误率无显著效应。这表明R-GVS特异性增强了NCE，即增强了对运动启动引发的不当反应倾向的反向抑制。

## 讨论总结

PCE完全不受GVS影响，支持短SOA下的反应促进是快速前馈过程，不需要前庭反馈调节。NCE仅在R-GVS下显著，且与L-GVS存在极性差异，排除了GVS的一般性影响（如皮肤感觉、眼震、认知负荷等），提示这种效应源于前庭系统的极性特异性调节。结合右利手者右半球前庭优势，R-GVS可能增强了前庭系统对冲突性运动信号的抑制功能，而L-GVS可能干扰了该功能。该结果与Blini等人（2020）在侧翼任务中未发现GVS影响正性效应的发现一致，也与前人关于R-GVS增强抑制性现象的倾向性报道相符。研究局限包括样本量较小、SOA水平较少且无假刺激对照，未来研究需考察更细粒度时间进程及不同极性GVS的神经机制。

## 研究结论

总之，该研究致力于阐明视觉运动知觉、运动过程与前庭贡献之间的复杂相互作用。本研究首次考察了前庭系统对反应启动中干扰过程的贡献。正性（前馈）相容效应完全不受前庭电刺激影响。相反，由负相容效应反映的反向调节依赖于极性特异性的前庭电刺激。这种分离显著证明了前庭系统对反应调节过程的重要影响。迄今为止，这种影响在很大程度上被研究忽视。本发现可以启发关于前庭系统功能以及负相容效应和运动控制的进一步研究。