空間定向中返回抑制的腦機(jī)制研究.pdf

1、視覺空間注意定向是大多數(shù)生物及人類最基本的功能之一，它在快速的目標(biāo)搜索中具有重要意義?？臻g定向包括兩種機(jī)制：內(nèi)源和外源定向。內(nèi)源定向是指有目的地分配注意資源到預(yù)先計(jì)劃的空間位置，而外源定向則是對(duì)突出性事件的反射性自動(dòng)反應(yīng)。對(duì)于外源定向，其線索化位置最初的易化效應(yīng)被歸功于外周線索吸引注意的結(jié)果，而后對(duì)線索化位置的反應(yīng)減慢被稱為返回抑制(inhibition ofreturn,IOR)。
　　 IOR通常采用經(jīng)典的空間線索化范式進(jìn)行

2、研究。在這類實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)線索靶刺激間隔時(shí)間(stimulus onset asynchrony,SOA)小于250ms時(shí)被試對(duì)線索化位置的靶刺激反應(yīng)快于非線索化位置，而當(dāng)SOA大于250ms時(shí)，則表現(xiàn)為對(duì)線索化位置的一個(gè)慢反應(yīng)。它表征了對(duì)線索化位置及其附近的突出刺激的反應(yīng)執(zhí)行減弱，以此來抑制注意重新定向到線索化位置。該效應(yīng)最初被認(rèn)為是阻礙注意返回先前搜索過的位置。自Posner和Cohen報(bào)道該效應(yīng)以來，IOR已成為空間定向研究中的一個(gè)重

3、要成分，并成為一個(gè)頗有爭議的研究熱點(diǎn)。
　　 各種不同的技術(shù)應(yīng)用于IOR相關(guān)的研究，主要包括行為學(xué)研究、事件相關(guān)電位(event-related potentials，ERPs)研究、功能磁共振成像(functional magneticresonance imaging,fMRI)研究、經(jīng)顱磁刺激(transcrauial magnetic stimulation，TMS)研究、單細(xì)胞記錄(signal-cell record

4、ing)、正電子斷層掃描成像(positron emissioncomputerized topography,PET)等。
　　 本論文圍繞視覺空間定向中返回抑制的腦機(jī)制問題，利用高時(shí)間分辨率的事件相關(guān)電位(ERPs)，及其低分辨率層析成像(low resolution brain electromagnetictomography,LORETA)源定位技術(shù)，和高空間分辨率的功能磁共振技術(shù)等，對(duì)該問題進(jìn)行了深入、細(xì)致、有創(chuàng)新性

5、的研究。所做的主要工作與成果如下：
　　 1、視覺空間線索化效應(yīng)的動(dòng)態(tài)腦機(jī)制研究
　　 在cue-target范式中，研究了由外周非信息化線索所引起的腦電，并將其結(jié)果分階段進(jìn)行了LORETA定位。與以往采用ERP研究IOR的方式不同的是，在本研究中我們關(guān)注的是由靶刺激出現(xiàn)前的線索所激活的腦區(qū)的時(shí)間特性。這些結(jié)果顯示：在線索出現(xiàn)后，相關(guān)的激活大致可以分為三個(gè)階段：早階段(110ms-240ms)的激活為前額葉皮層，頂內(nèi)皮層

6、，以及對(duì)側(cè)枕顳皮層。中階段(240ms-350ms)的激活主要分布在額葉皮層和頂葉皮層。晚階段(350ms-650ms)的主要激活在枕頂皮層，但與第一階段不同的是激活區(qū)域轉(zhuǎn)移到線索化位置的同側(cè)。這些發(fā)現(xiàn)表明，IOR與注意和動(dòng)作反應(yīng)都有關(guān)，最初的易化和IOR在時(shí)程上是共存的，并受兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)制。最后我們提出了一個(gè)計(jì)時(shí)器模型將IOR的空間機(jī)制延伸到一個(gè)時(shí)空機(jī)制。
　　 2、基于按鍵反應(yīng)抑制的返回抑制腦機(jī)制研究
　　 采用非

7、信息外周線索化Go/Nogo任務(wù)實(shí)驗(yàn)，通過ERPs的早成分(P1和N1)和晚成分(Go/Nogo N2和P3)來刻畫IOR的神經(jīng)機(jī)制。頭表拓?fù)涞匦螆D和LORETA顯示，線索化效應(yīng)調(diào)制的早成分主要分布在背側(cè)枕頂區(qū)域；晚成分主要分布在額葉中部區(qū)域。Nogo-N2在有效試驗(yàn)中比在無效試驗(yàn)中出現(xiàn)得早且其幅度也相對(duì)要小，這種現(xiàn)象表明，IOR相關(guān)的晚成分被反應(yīng)準(zhǔn)備抑制所調(diào)制。Nogo-P3在有效中比在無效中出現(xiàn)得遲且其幅度相對(duì)要大，該結(jié)果表明額葉眼

8、區(qū)(FEF，frontal eyefield)在線索化位置有一個(gè)解標(biāo)記的過程。這些證據(jù)表明，IOR的機(jī)制既包括感覺抑制也包括反應(yīng)抑制。
　　 3、空間定向和按鍵抑制交互效應(yīng)的腦機(jī)制研究
　　 以前的研究報(bào)道前額葉皮層(PFC，prefrontal cortex)，包括背側(cè)PFC(DLPFC)、額下回(IFC，inferior frontal cortex)、額中回內(nèi)側(cè)(MFC，medial frontal cortex)

9、和前扣帶回(ACC，the anterior eingulate cortex)在按鍵反應(yīng)抑制中起重要作用。然而，對(duì)于相關(guān)腦區(qū)是如何調(diào)制空間定向和控制沖突的交互效應(yīng)卻仍然不清楚。因此，本研究中采用事件相關(guān)fMRI技術(shù)來研究空間定向和反應(yīng)抑制的交互效應(yīng)所涉及的不同神經(jīng)機(jī)制。兩類圖形(按鍵刺激和抑制按鍵刺激)隨機(jī)呈現(xiàn)在線索化或非線索化位置。內(nèi)源反應(yīng)抑制激活大范圍皮層，包括兩側(cè)顳頂連接區(qū)域(TPJ，temporoparietaljunctio

10、ns)、兩側(cè)額上回(superior frontal gyrus)、右側(cè)顳上回(superiortemporal gyrus)、以及額下回(inferior frontal gyrus)。與之相反，外源反應(yīng)抑制僅僅激活右側(cè)額上回和右側(cè)額中回。同時(shí)在本研究中也涉及到空間定向的時(shí)程效應(yīng)，內(nèi)源定向的時(shí)程效應(yīng)主要體現(xiàn)在兩側(cè)MiFG(middle frontal gyrus)和MeFG(medialfrontal gyrus)的激活，而外源定向的

11、時(shí)程效應(yīng)主要體現(xiàn)在兩側(cè)的MiFG激活。這些結(jié)果表明在不同的定向情況下，反應(yīng)抑制所涉及到的腦區(qū)不同，則它們可能反應(yīng)的是分離的加工過程。
　　 4、視覺搜索任務(wù)中的返回抑制腦機(jī)制研究
　　 外源定向被認(rèn)為是反射性的自動(dòng)加工過程。它最初表現(xiàn)為易化效應(yīng)然后被一個(gè)延時(shí)的反應(yīng)(IOR)所替代。然而，對(duì)于外源易化和IOR是一個(gè)加工過程的兩個(gè)階段還是兩個(gè)相互獨(dú)立的加工過程仍然不清楚。一些研究采用保持內(nèi)源注意的方法來研究IOR，發(fā)現(xiàn)易化和

12、IOR是相互獨(dú)立的過程。到目前為止，很少有報(bào)道探討外源注意易化和IOR的相互關(guān)系。在本研究中，我們利用高時(shí)間分辨率的ERP技術(shù)在視覺搜索任務(wù)中對(duì)外源易化和IOR的關(guān)系進(jìn)行了研究。當(dāng)外源注意保持在序列搜索位置上時(shí)仍然獲得了一個(gè)延時(shí)(IOR)，伴隨此行為的有三個(gè)ERP成分：后頂?shù)腜d200、前額葉的Nd240、和兩側(cè)TPJ的Nd280。當(dāng)外源注意保持在平行搜索后的位置時(shí)，獲得了一個(gè)快反應(yīng)(外源易化效應(yīng))。同時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)ERP成分：枕頂中部的