视觉-触觉交叉模式配对联想学习的脑活动研究

发布时间：2016-10-25 07:09

第一部分交叉模式配对联想学习和记忆概述

在交叉模式感知中,源自不同通道的感觉刺激在属性上通常千差万别。比如,视觉刺激中的颜色属性和听觉刺激的音调属性,与躯体感觉上的任何一种属性都不能建立对等的联系;在视觉和听觉系统中,也找不到相当于触觉感知中对痒的体验。尽管来自不同通道的感觉在属性上存在着巨大的差异,然而,身处信息丰富环境下的人类对这些感觉的协调能力依然出众。交叉模式的感知能力为我们提供了强大的生存和行为优势。除了具备有针对性地、交替地使用这些感觉信息的能力之外,在对交叉模式事物进行感知时,若当某一种感觉输入减弱,我们仍保持了对该事物进行识别的能力。同时,对各种通道输入的感觉刺激进行整合的能力,也极大地增强了人类对外界事物进行侦测和识别能力,比如对物体的交叉模式感知可显著地加快反应速度以。由于来自不同感觉模式的信息常常互相补充,所以这些经过交叉模式整合的感觉信息,就为人们提供了远大于环境中任何一种单一感觉所能提供的信息。例如,当被蒙上眼睛堵住鼻子时,我们甚至无法区分出喝下去的是可乐还是雪碧。考虑到交叉模式的信息处理在人类生活中举足轻重,因此,研究人类大脑中处理交叉模式信息的神经生理学机制便显得格外重要。
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第二部分实验研究研究一:视觉-触觉交叉模式配对联想学习的脑电研究

1.引言

本项研究旨在通过交叉模式的延时配对联想学习任务,利用电生理及行为学记录手段,探究交叉模式下编码配对联想学习和工作记忆的神经网络的建立过程。研究中分别记录了正常被试在完成视觉-视觉单一模式和视觉-触觉交叉模式的配对联想学习任务时的头皮脑电,通过观测先后两个刺激中间的延时阶段的事件相关电位的幅值和神经振荡的能量值随时间推移的变化,来研究交叉模式下配对联想学习和工作记忆的神经机制。在交叉模式的延时配对联想学习任务里,刺激与刺激间的延时过程中可能会发生如下的神经活动;1)表征前一个刺激的神经网络被激活,2)将信息从前后两刺激间进行跨通道传递的神经网络被激活,以对刺激属性和联结信息进行保持的工作记忆神经网络的激活。

2.研究方法

正式实验共招募了29名健康的年轻大学生志愿者(其中男性11名,女性18名;被试的平均年龄为22.2岁,标准差为2.4岁,年龄范围在19至26周岁之间)。根据爱下堡优势手量表检测结果,所有的被试均为右利手根据现场观察测试,被试双手的感觉和运动能为正常;根据被试自述,所有被试的视力或矫正视力正常视力>1.2;佩戴眼镜者要求近视度数低于500度),且均未患有可能会影响完成行为学任务的生理和精神疾病,也未患有可能会影响头皮脑电信号准确性的生理和精神疾病。实验结束后被试可当场得到80元人民币的报酬。在正式实验之前,有另外9名被试参与到仅需完成行为学任务的预实验中,用于帮助确定实验流程和刺激参数。

第一部分交叉模式配对联想学习和记忆概述......1
1.交叉模式......2
2.工作记忆......5
3.交叉模式下的工作记忆............9
4.配对联想学习和记忆......19
第二部分实验研究......30
研究一:视觉-触觉交叉模式配对联想学习的脑电研究......31
1.引言......31
2.研究方法......33
3.实验结果......47
第三部分总讨论与总结论......118
1.总讨论......118
2.总结论......122
3.研究的价值与创新之处........122

第三部分总讨论与总结论

1.总讨论对于仅在研究一中的交叉模式任务下观察到的正常学习组被试前部和后部电极区域上随着学习而显著增强的a频段振荡来说,由于其并不显示模式效应,也没有在未学会配对的被试上观察到,因而可能表征了交叉模式联结在工作记忆中的维持。同时,这种增强只出现在延时阶段的晚期,而被试的注意力水平在整个延时阶段应当保持一致,因此并不太可能表征了注意水平的变化。最后,通过研究四可进一步发现,不管前后两个刺激间的延时是200、400还是1300毫秒,交叉模式下中央电极区域记录到的P170成分均小于单一模式的P170幅值,而对于后部区域记录到的N140及P220成分的幅值,其在交叉模式条件的幅值均显著大于单一模式条件。这一结果提示,当被试掌握了视觉-触觉交叉模式的想配对关系之后,对前一刺激表征的脑电信号会稳定地受到相继的来自交叉模式感觉通路的信息的调制,且这种调制不受刺激间延时的影响。这一结果提示,视觉-触觉交叉模式联结的习得可以影响对视觉反应的早期脑电信号。

2.总结论

有趣的是,LPN仅仅在交叉模式下显示出了学习效应,因此该成分可能只参与到交叉模式的配对联想学习的神经活动中。在CNV中仅观察到模式效应而无学习效应,可能表征了交叉模式和单一模式下,与工作记忆有关的神经活动的差异。同时,在交叉模式下延时阶段晚期的a频段振荡可能表征了与交叉模式工作记忆有关的神经活动。结果提示:1)通过执行配对联想学习任务,被试可以在较短的时间内(约半小时)习得配对规则,这种学习可以反映在头皮脑电上。2)这种皮层神经网络的动态变化可以诱发大脑皮层的可塑性变化,在EEG信号上反映为若干个连续的脑电成分,而这些成分与行为学任务中的事件依次对应、相关。综上,这些结果为我们了解感觉交叉模式下联想配对的建立和记忆的形成背后的神经网络的动态变化提供了切入点,为进一步研究跨通道感觉联结的建立和维持提供了实验基础。
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本研究的不足和未来研究的开展方向

从本研究的结果可知,在交叉模式配对联想学习的过程中,至少有3个功能成分/网络被依次激活,即表征第一个刺激的神经网络、将信息在前后两刺激间进行传递的神经网络以及对刺激属性和联结信息进行保持的工作记忆神经网络。但是,根据现有的数据,并不能很好的将表征第一个刺激的和将信息在前后两刺激间进行传递的神经网络在时间上区分开来,只知道送两个事件发生在N400/P400结束么前(N400/P400参与其中)。我们可以在被试习得S1-S2配对后,将测试任务更改为S2-S1配对,则此时EEG上对第一个刺激的表征发生改变,而对两者配对联结的表征应该未发生变化。通过对S1-S2和S2-S1试次中的脑电信号进行对比,就可在时间上对表征前一个刺激的属性和表征前后刺激联结的电生理指标进行分离。虽然有研究表明对配对联结的逆向提取较为困难,但是其中的脑机制依然不明确,值得研究。

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参考文献（略）

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本文编号：152377