基于fMRI与TMS技术研究视觉注意额顶网络

发布时间：2020-11-03 02:17

　　 视觉注意是人类最基本的认知活动之一,在视觉信息加工和视知觉过程中均起到非常重要的作用,不但可以提高行为检测能力,而且能加快反应时间。视觉注意同时受到自上而下(top-down)的认知因素和自下而上(bottom-up)的感知因素的影响。众多神经影像学的研究表明,以额叶和顶叶为中心的额顶网络在两种视觉注意控制中都扮演着非常重要的角色,但额顶注意网络中众多的脑区如何进行相互调制,如何协调处理不同的注意任务,这些问题均需要对额顶注意网络进行更为深入、更为透彻的研究。本项研究采用功能磁共振成像技术(functional magnetic resonance imaging,fMRI)和经颅磁刺激技术(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)共同探究视觉注意额顶网络。为了触发不同的注意控制机制,我们采用先前一项研究中的视觉搜索范式。范式中包含了两种刺激类型的任务:pop-out任务与search任务。其中,pop-out任务中目标刺激与干扰刺激颜色和朝向均不同,目标刺激会在被试视野中突显出来,自动地吸引注意,并且检测任务不受干扰刺激的数量的影响,被试几乎可以被动地做出反应,用于诱导出自下而上的注意机制;search任务中目标刺激与干扰刺激仅朝向不同,需要被试根据记忆自主地费力搜索目标刺激出现位置,用于诱导出自上而下的注意机制。通过fMRI技术对pop-out任务和search任务下的全脑进行成像扫描,分析两种任务条件下各自脑区的激活情况,并结合前人研究成果选取右半脑的背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex,DLPFC)、额叶眼动区(frontal eye field,FEF)、顶上小叶(superior parietal lobule,SPL)三个脑区作为感兴趣区域(Region of Interest,ROI)进行后续的TMS特异性靶向刺激,记录被试在TMS刺激情况下执行视觉搜索任务的行为结果(包括准确率、反应时间),对DLPFC、FEF、SPL在视觉注意额顶网络中的作用进行更为深入、细致的分析与研究。无论是fRMI还是TMS的行为结果都表明,两种视觉搜索任务下的准确率和平均反应时间均存在显著性差异,说明这两种任务分属两个不同的难度等级,同时也间接地表明信息传递处理可能分别经由不同的通路,各自触发了不同的视觉注意控制机制。fMRI实验结果显示,自下而上的注意调制主要激活了额叶、顶叶、颞叶以及边缘叶;自上而下的注意调制主要激活了额叶,顶叶,枕叶以及皮下的双侧脑岛。且pop-out任务下更多地激活了顶叶,search任务下更多地激活了额叶,这与我们之前ERP实验~([1])结果一致。此外,扣带回的前部与后部分别参与了不同的注意控制过程,前扣带主要参与了自上而下的注意过程,而后扣带更多地参与了自下而上的注意过程。TMS实验结果表明,search任务下,TMS刺激右侧DLPFC、FEF、SPL三个脑区均会抑制被试的行为反应,且SPL的抑制程度相对DLPFC、FEF更为强烈;pop-out任务下,TMS的刺激仅对SPL有抑制作用。此外,我们采用该组脑区坐标对上述fMRI数据进行ROI分析发现,不论何种任务,SPL区域的激活程度均是三个脑区中最强的,其次是FEF区域,DLPFC是其中激活程度最小的;且search任务下三个脑区的激活程度均比pop-out任务激活更为强烈。以上结果均表明DLPFC、FEF参与了自上而下的注意控制过程,而SPL在自下而上、自上而下这两种注意控制中均起到非常关键的作用。在本实验中的两种任务下,特异性刺激多个位点的结果均一致性地表明,rTMS刺激视觉搜索任务相关神经元将导致大脑功能“虚拟损伤”,干扰搜索任务的行为表现。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R445.2;R338.3
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 视觉注意相关理论
        1.1.1 视觉注意
        1.1.2 自下而上的注意控制
        1.1.3 自上而下的注意控制
    1.2 功能磁共振成像（fMRI）
        1.2.1 功能磁共振成像原理概述
    1.3 经颅磁刺激（TMS）
    1.4 研究内容及结构安排
第二章 实验设计与数据处理
    2.1 磁共振实验设计
        2.1.1 实验被试
        2.1.2 实验范式
        2.1.3 磁共振数据采集
        2.1.4 磁共振数据分析
            2.1.4.1 数据预处理
            2.1.4.2 数据统计分析
            2.1.4.3 ROI分析
    2.2 TMS实验设计
        2.2.1 实验被试
        2.2.2 实验流程
        2.2.3 实验范式及刺激材料
        2.2.4 TMS刺激方法和刺激位点
        2.2.5 数据分析
第三章 实验结果
    3.1 磁共振实验结果
        3.1.1 行为结果
        3.1.2 脑成像结果
        3.1.3 ROI分析结果
            3.1.3.1 search任务
            3.1.3.2 pop-out任务
        3.1.4 视觉搜索任务激活分析
    3.2 TMS实验结果
        3.2.1 TMS实验行为结果
        3.2.2 准确率
        3.2.3 反应时间
        3.2.4 TMS刺激位点ROI分析
第四章 结果讨论
    4.1 磁共振实验讨论
    4.2 TMS实验讨论
第五章 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
攻读硕士学位期间取得的成果

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 张晓云;耿左军;温丽雅;;血氧水平依赖功能磁共振成像研究进展[J];临床荟萃;2006年16期

本文编号：2867946