注意状态内外切换的神经相关

发布时间：2017-04-24 18:13

  本文关键词：注意状态内外切换的神经相关，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目的 功能神经影像学研究发现大脑存在分别处理外部环境与内部事务的两套信息加工系统,基于信息来源,它们也可分别称为外部注意系统和内部注意系统。前者主要包括背侧注意网络和腹侧注意网络,后者则主要指缺省模式网络或静息态网络。虽然多数研究提示外部注意网络和内部注意网络是两个激活水平负相关的功能网络,但也有研究表明神游可同时激活两者部分脑区。大量的功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)研究表明前额叶和顶叶皮层在任务切换的准备阶段较任务重复更活跃。一些研究还发现核心网络、突出性网络和注意门控系统等也参与两者的切换。但由于fMRI的低时间分辨率,外部和内部注意网络的启动与切换的神经动态演化机制仍不明确。 听觉oddball范式为经典的外部注意任务之一,获得的P300和失匹配负波(mismatch negativity, MMN)等成分已广泛运用于临床。为避免事件相关电位(event-related potentials, ERP)其他成分干扰,最佳的MMN通常在被动条件下获取,但既往分心任务多采用各类视觉加工任务,简单易行的被动型听觉oddball范式仍需进一步探索。一项采用呼吸计数任务(breath-counting task)的研究揭示神游与聚焦呼吸有着不同的神经机制。呼吸计数任务可使被试关注躯体内部信息,可能是一个优于神游状态而侧重反映内部注意系统功能的任务。 为探讨内部注意网络和外部注意网络的切换机制,同时鉴于听觉刺激的被动和主动加工过程仍缺乏完整认识,我们采用呼吸计数的内部注意任务和听觉oddball范式的外部注意任务,应用任务切换范式,并借助ERP时空模式及ERP统计参数映像(statistical parametric mapping, SPM)技术揭示内部和外部注意网络切换相关的神经网络动态演化规律,为以呼吸计数为分心任务的被动型听觉ERP的临床应用提供实证基础。 对象与方法 20名在校大学生(男生10名),年龄为24～28(26±1)岁,均为右利手,无听觉、神经及精神系统疾病。均知情同意参加实验并领取一定报酬。 800Hz和1500Hz的纯音分别作为标准刺激(高概率80%)和偏差刺激(低概率20%)。每个声音刺激持续100ms,其间隔在1400ms.1500ms和1600ms三者间等概率变动,刺激以伪随机顺序呈现以确保两个偏差刺激呈现之间至少有两个标准刺激。电脑放在被试者前方约lm处,由其内置喇叭播放各类刺激。 在安静及较暗的环境下,被试以舒适的体位坐于椅中,闭眼及双手持游戏手柄。要求被试根据两类任务线索(声音词“呼”或“声”)执行呼吸计数任务(或称为内部注意任务/被动型oddball任务)和听觉注意任务(或称为外部注意任务/主动型oddball任务),并用双手的食指尽准尽快按键。在呼吸计数任务中,被试需将注意聚焦在自己的呼吸上,注意呼吸时气流在鼻孔和上嘴唇流过的感觉或呼吸时胸腹部的起伏变化,尽量忽略外部呈现的纯音刺激,同时根据自己当时的呼吸状态按键,感觉自己处于100%吸气相和100%呼气相时分别按对应键。因呼吸持续交替进行,左右按键也依次进行直至下一个任务线索出现。在听觉注意任务中中,被试需将注意力集中在外部呈现的纯音刺激上,尽量忽略自己的呼吸状态,并在听到标准和偏差声音后分别按对应键,执行此任务直至下一个任务线索出现。呼吸计数和听觉注意两类任务线索均以伪随机的顺序出现,避免3个以上的同类线索连续出现。呼吸计数任务和听觉注意任务的左右按键在被试间平衡。实验实施分3个阶段,各阶段两类任务线索各25个,各阶段之间安排30s休息,整个实验持续55min。 采用本实验室开发的ERP系统和中科新拓公司的19通道UEA-BZ脑电放大器。19个记录电极采用国际10-20标准导联系统：Fpl,Fp2, F3,F4,C3, C4, P3, P4,01, O2, F7, F8, T3, T4, T5, T6, Fz, Cz, Pz;参考电极为连接的双侧耳垂；接地电极置于前额正中Fpz点。滤波通频带为[0.5,100]Hz,头皮与电极间阻抗10kΩ。EEG分析时间1100ms,从线索或声音刺激呈现前100ms至呈现后1000ms。应用主成分分析法自动订正眼动等伪差,伪差检测阈值设为70μV。伪差订正后的全部事件相关EEG片段参与叠加各类平均ERP。 行为学数据应用SPSS13.0软件对对听觉注意任务的行为数据进行配对t检验,并分别对呼吸计数任务和听觉注意任务在任务线索后前3个反应计算其切换代价。ERP数据利用ERP系统的统计软件包分别进行注意状态(内/外)×任务类型(切换/保持)、刺激概率(高、低)×注意任务(被动、主动)两因素重复测量方差分析；并分别在不同条件下进行两两配对t检验。19通道ERP对应的F值或t值经插值获得统计参数映像。显著阈值a=0.05。 结果 行为学结果 在内部注意任务中,前三个平均反应间隔时间(RIT)的切换代价(switching costs, SW)逐渐增大[SW1(-316.00±272.66) msSW2(-60.88±234.81)msSW3(337.01±200.51)ms],对每一个RIT进行配对(切换一保持)t检验,只有第一个RIT存在统计学差异(t(19)=-5.05,p=0.000),后两个RIT间均无统计学差异(t (19)=-1.13, P=0.273; t (19)=1.33, P=0.200);在外部注意任务中,前三个平均反应时(RT)的切换代价逐渐减小[SW1(94.35±79.27) msSW2(33.76±59.62) msSW3(14.66±43.06) ms],对每一个RT进行配对(切换一保持)t检验,前两个RT存在统计学差异(t(19)=5.32,P=000；t(19)=2.53,P=0.020),第三个RT间均统计学差异(t(19)=1.52,p=0.144)。对于听觉注意任务的整体而言,偏差刺激比标准刺激的反应时更长[(511.3±79.8)ms vs.(437.0±99.6)ms, P0.001],且正确率更低[(90.8±5.6)%vs.(97.0±1.9)%,P0.001]。 ERP时空模式及其SPM 在2(注意状态：内部/外部)×2(任务类型：切换/保持)两因素重复测量方差分析中,注意状态主效应依次激活额叶系统(100～200ms),扣带岛盖网络(225～250ms),额顶网络(275～400ms),扣带岛盖网络与腹侧注意网络(VAN)(500～650ms)。任务类型主效应依次激活右前额(150～500ms),扣带岛盖网络与VAN (400～500ms),岛叶与顶颞系统(550～850ms)。两者的交互效应依次出现在顶颞系统与VAN (175～500ms),双侧前额,左侧更明显(550～850ms)。进一步两两配对t检验依次细化了注意主效应和任务主效应,揭示了内部注意和外部注意的电位差异极性正好相反。 在2刺激概率(高、低)×2注意任务(被动、主动)两因素重复测量方差分析中,有统计学意义的ERP效应主要涉及的脑区和时段列举如下。概率主效应(高/低)：额区(125～200ms),额颞区(200～300ms),额顶颞枕(300～450ms),额区(450～650ms),顶区(650～700ms)及额顶区(700～850ms)；任务主效应(被动/主动)：左侧额顶网络与右侧额极(100～150ms),顶区(175～300ms),额区(对应中央执行网络)与右颞顶区(对应腹侧注意网络)(300～500ms),右颞顶区(500～850ms)；交互效应：左额区(125-175ms),左侧顶枕区(300～550ms),后中央顶枕区(700～850ms)。分别在被动和主动条件下配对(偏差-标准)比较的SPM(t)时空模式揭示了被动型和主动型的ERP时空模式均显示MMN、P300和慢波效应且均涉及背内侧额区。同主动型MMN涉及额顶区相比,被动型MMN效应涉及额顶颞区。被动型慢波效应局限于背内侧额区且具有较短时程[(450～550) ms vs.(450～600) ms, P0.05]。 结论 本实验的行为学结果表明在听觉注意任务中,偏差刺激比标准刺激的反应时更慢、正确率更低,表明高概率任务执行的自动化程度更高。内部注意任务提示前两个反应间隔时间中切换任务短于保持任务,与先前研究相悖,这可能与执行时间差距较大的内外注意两类任务切换所导致,切换代价呈现负值可能受到转换前外部注意按键频率较快的影响。外部注意任务提示在时间序列上切换任务总比保持任务反应时长,且随着时间的延长切换代价逐渐减小。 线索加工阶段内部注意和外部注意切换相关的神经网络的研究主要发现额中央区(125-200ms)涉及内外注意的切换,激活时段和涉及脑区类似于听觉MMN,这与Baldeweg和Sato等提出的听觉MMN与注意切换相关相一致。此外,切换和保持状态下的内外注意状态的比较揭示了两者在双侧额极(550-850ms)的电位差异极性正好相反,这与Fox等人研究得出的DMN和外部注意网络是两个激活状态反相关的功能网络结论相吻合。在Burgess等提出的前额内外侧部分别参与刺激导向任务和刺激独立任务的门控假说基础上,我们的结果进一步提示门控系统尚参与内部注意系统和外部注意系统的切换。 通过比较听觉oddball刺激在内部注意(被动条件)和外部注意(主动条件下)条件下相关神经网络加工的动态演化机制,揭示了被动条件下的听觉刺激可得到同主动条件下近似的完整加工。背内侧额区具有过程通用性。被动条件较主动条件下的MMN涉及更广泛脑区而其慢波效应更局限。可通过呼吸计数任务实现被动型听觉ERP时空模式的临床应用。
【关键词】：注意网络 任务切换 执行功能 事件相关电位 听觉oddball范式 呼吸计数任务 统计参数映像
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R338
【目录】：

• 摘要3-8
• ABSTRACT8-16
• 第一章 前言16-29
• 1.1 注意理论16-18
• 1.1.1 注意基本概念及分类16-18
• 1.1.2 注意相关理论模型18
• 1.2 注意网络18-22
• 1.2.1 外部注意网络20
• 1.2.2 内部注意网络20-21
• 1.2.3 外部注意网络和内部注意网络的关系21
• 1.2.4 其他神经认知网络21-22
• 1.3 任务切换范式22-23
• 1.4 事件相关电位(event-related potentials,ERP)23-26
• 1.4.1 ERP定义及特点23-24
• 1.4.2 ERP叠加原理24
• 1.4.3 脑电记录系统24-25
• 1.4.4 ERP时空模式25-26
• 1.5 内外注意切换的研究26-27
• 1.6 研究目的及实验假设27-29
• 第二章 方法29-34
• 2.1 实验对象29
• 2.2 实验材料及工具29-30
• 2.3 实验过程30-32
• 2.4 脑电记录32
• 2.5 统计方法32-34
• 2.5.1 行为学数据32-33
• 2.5.2 ERP数据33-34
• 第三章 结果34-45
• 3.1 行为绩效34-37
• 3.1.1 内部和外部注意任务34-35
• 3.1.2 被动型和主动型听觉oddball任务35-37
• 3.2 ERP及其SPM37-45
• 3.2.1 内外注意状态的切换和保持37-38
• 3.2.2 被动型和主动型oddball任务38-45
• 第四章 讨论45-50
• 4.1 行为学结果45
• 4.2 内外注意状态切换的ERP45-47
• 4.3 被动型和主动型听觉oddball任务的ERP47-49
• 4.4 不足及未来研究方向49-50
• 第五章 结论50-51
• 参考文献51-58
• 附录 (中英文缩写索引)58-60
• 攻读学位期间成果60-61
• 致谢61-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘静;周曙;;神游的事件相关电位时空分析[J];南方医科大学学报;2011年08期

2 罗跃嘉,魏景汉;跨通路注意的失匹配负波研究[J];中国科学C辑:生命科学;1998年02期

  本文关键词：注意状态内外切换的神经相关，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：324714