任務(wù)維度和任務(wù)無(wú)關(guān)維度干擾信息的同質(zhì)性影響視覺(jué)搜索的神經(jīng)機(jī)制.pdf

1、在三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們利用功能性磁共振成像(functional magnetic resonanceimaging，fMRI)技術(shù)考察在簡(jiǎn)單特征搜索任務(wù)和客體內(nèi)聯(lián)合搜索任務(wù)中任務(wù)維度干擾項(xiàng)的同質(zhì)性(或稱一致性，homogeneity)和任務(wù)無(wú)關(guān)維度干擾信息的同質(zhì)性對(duì)視覺(jué)搜索行為的影響及其神經(jīng)機(jī)制。主要探討了三個(gè)問(wèn)題：(1)任務(wù)維度干擾信息的同質(zhì)性與目標(biāo)存在性之間交互作用的神經(jīng)機(jī)制；(2)任務(wù)維度干擾信息的同質(zhì)性與任務(wù)無(wú)關(guān)維度干擾信息的同質(zhì)

2、性之間的交互作用及其神經(jīng)機(jī)制；(3)上述神經(jīng)機(jī)制在不同類型的視覺(jué)搜索(特征搜索和聯(lián)合搜索)中的異同。在實(shí)驗(yàn)1中，我們使用2(干擾項(xiàng)在任務(wù)維度上的同質(zhì)性：同質(zhì)/不同質(zhì))×2(目標(biāo)存在性：存在/不存在)的快速事件相關(guān)fMRI設(shè)計(jì)，探討在簡(jiǎn)單特征搜索任務(wù)中，任務(wù)維度干擾項(xiàng)的同質(zhì)性與目標(biāo)存在性之間交互作用的神經(jīng)機(jī)制。被試搜索的目標(biāo)項(xiàng)是豎直的朝向；干擾項(xiàng)的朝向可能彼此一致(同質(zhì)條件)，可能彼此不一致(不同質(zhì)條件)。目標(biāo)項(xiàng)在一半的試次中出現(xiàn)，在另一

3、半試次中不出現(xiàn)。行為結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干擾項(xiàng)同質(zhì)性和目標(biāo)存在性的主效應(yīng)均顯著：干擾項(xiàng)不同質(zhì)條件下被試的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)于干擾項(xiàng)同質(zhì)條件下的反應(yīng)時(shí)，目標(biāo)不存在時(shí)的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)于目標(biāo)存在時(shí)的反應(yīng)時(shí)。重要的是，干擾項(xiàng)同質(zhì)性與目標(biāo)存在性存在顯著的交互作用。當(dāng)干擾項(xiàng)的朝向不同質(zhì)時(shí)，目標(biāo)不存在時(shí)的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)于目標(biāo)存在時(shí)的反應(yīng)時(shí)；而當(dāng)干擾項(xiàng)的朝向同質(zhì)時(shí)，目標(biāo)不存在時(shí)的反應(yīng)時(shí)短于目標(biāo)存在時(shí)的反應(yīng)時(shí)。在神經(jīng)活動(dòng)上，相對(duì)于干擾項(xiàng)同質(zhì)條件，雙側(cè)上部和下部額葉眼區(qū)、輔助運(yùn)動(dòng)眼區(qū)、頂

4、間溝、頂枕聯(lián)合、以及前腦島區(qū)域在干擾項(xiàng)不同質(zhì)時(shí)顯著激活；干擾項(xiàng)同質(zhì)性與目標(biāo)存在性的交互作用在大腦中表現(xiàn)出兩組激活模式不同的腦區(qū)。第一組腦區(qū)包括雙側(cè)上部和下部額葉眼區(qū)、頂間溝和輔助眼區(qū)，這些區(qū)域顯示了正的參數(shù)估計(jì)值。與行為結(jié)果模式不同的是，這些區(qū)域在干擾項(xiàng)不同質(zhì)時(shí)的目標(biāo)存在試次和目標(biāo)不存在試次，以及干擾項(xiàng)同質(zhì)時(shí)的目標(biāo)存在試次有相同程度的激活，在干擾項(xiàng)同質(zhì)時(shí)的目標(biāo)不存在試次有較低的激活。第二組腦區(qū)包括雙側(cè)顳頂聯(lián)合區(qū)和右側(cè)上額回，這三個(gè)區(qū)域顯

5、示了負(fù)的參數(shù)估計(jì)值。當(dāng)干擾項(xiàng)不同質(zhì)時(shí)，目標(biāo)不存在試次比目標(biāo)存在試次有更強(qiáng)的負(fù)向激活；而當(dāng)干擾項(xiàng)同質(zhì)時(shí)，目標(biāo)存在試次比目標(biāo)不存在試次有更強(qiáng)的負(fù)向激活。
　　 實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3分別使用了簡(jiǎn)單特征搜索任務(wù)和客體內(nèi)聯(lián)合搜索任務(wù)。實(shí)驗(yàn)操縱了任務(wù)維度和任務(wù)無(wú)關(guān)維度干擾信息的同質(zhì)性，以及目標(biāo)存在性，以檢驗(yàn)任務(wù)維度和任務(wù)無(wú)關(guān)維度的干擾信息對(duì)搜索任務(wù)的影響是否存在不同的神經(jīng)機(jī)制，以及這些機(jī)制如何受不同類型搜索任務(wù)的調(diào)節(jié)。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)均采用2(任務(wù)無(wú)關(guān)維

6、度干擾信息的同質(zhì)性：同質(zhì)/不同質(zhì))×2(任務(wù)維度干擾項(xiàng)的同質(zhì)性：同質(zhì)/不同質(zhì))×2(目標(biāo)存在性：存在/不存在)的被試內(nèi)快速事件相關(guān)設(shè)計(jì)。在實(shí)驗(yàn)2中，目標(biāo)項(xiàng)是豎直朝向(特征搜索)，干擾項(xiàng)的朝向(任務(wù)維度)可能彼此一致，可能彼此不一致；在實(shí)驗(yàn)3中，目標(biāo)項(xiàng)是正向的T，干擾項(xiàng)(任務(wù)維度)可能是朝向彼此一致的T或L(同質(zhì)條件)或彼此不一致的T和L的混合(不同質(zhì)條件)。在實(shí)驗(yàn)2和3中，任務(wù)無(wú)關(guān)維度均為顏色維度：所有項(xiàng)目的顏色可能彼此一致，可能彼此不

7、一致。目標(biāo)項(xiàng)在一半的試次中出現(xiàn)，在另一半的試次中不出現(xiàn)。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的行為結(jié)果均發(fā)現(xiàn)，任務(wù)維度或任務(wù)無(wú)關(guān)維度干擾信息不同質(zhì)均會(huì)造成被試反應(yīng)時(shí)的延長(zhǎng)；任務(wù)維度干擾項(xiàng)同質(zhì)性與目標(biāo)存在性存在交互作用，表現(xiàn)出與實(shí)驗(yàn)1類似的模式；任務(wù)維度干擾信息同質(zhì)性與任務(wù)無(wú)關(guān)維度干擾信息同質(zhì)性存在交互作用：當(dāng)任務(wù)維度干擾項(xiàng)不同質(zhì)時(shí)，任務(wù)無(wú)關(guān)維度的同質(zhì)性變化不影響搜索反應(yīng)時(shí)，當(dāng)任務(wù)維度干擾項(xiàng)同質(zhì)時(shí)，任務(wù)無(wú)關(guān)維度干擾信息不同質(zhì)會(huì)延長(zhǎng)搜索反應(yīng)時(shí)。在神經(jīng)層面上，相對(duì)于同質(zhì)

8、條件，任務(wù)無(wú)關(guān)(顏色)維度干擾信息的不同質(zhì)性在實(shí)驗(yàn)2和3中均激活了梭狀回顏色加工區(qū)部分區(qū)域的，任務(wù)維度的不同質(zhì)性在實(shí)驗(yàn)2和3中共同激活了雙側(cè)額葉眼區(qū)、左側(cè)項(xiàng)間溝和左側(cè)頂枕聯(lián)合，與實(shí)驗(yàn)1的結(jié)果類似。反之，相對(duì)于不同質(zhì)條件，任務(wù)維度的同質(zhì)性在實(shí)驗(yàn)2和3中共同激活了雙側(cè)顳頂聯(lián)合區(qū)。任務(wù)維度干擾信息同質(zhì)性與任務(wù)無(wú)關(guān)維度干擾信息同質(zhì)性的交互作用在實(shí)驗(yàn)3中表現(xiàn)為雙側(cè)額葉眼區(qū)、雙側(cè)頂間溝、以及左側(cè)的前腦島的激活，但在實(shí)驗(yàn)2中則沒(méi)有任何表現(xiàn)。另外，相對(duì)

9、于目標(biāo)不存在試次，實(shí)驗(yàn)2和3均發(fā)現(xiàn)左側(cè)頂下小葉在目標(biāo)存在試次中激活較為強(qiáng)烈，提示該區(qū)域負(fù)責(zé)對(duì)知覺(jué)信息與相應(yīng)的反應(yīng)信息進(jìn)行整合。反之，相對(duì)于目標(biāo)存在試次，實(shí)驗(yàn)3發(fā)現(xiàn)雙側(cè)下部額葉聯(lián)合和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)在目標(biāo)不存在試次中激活較強(qiáng)，提示這些區(qū)域負(fù)責(zé)在目標(biāo)未找到時(shí)進(jìn)行進(jìn)一步的注意投入和細(xì)節(jié)搜索。
　　 根據(jù)SERR模型(SEarch via Recursive Rejection，Humphreys＆ Muller1993；Muller et

10、al.，1994；for overviews，see Muller＆ Humphreys，1993，and Muller et al.，1998)和實(shí)驗(yàn)1到3的行為及成像結(jié)果，我們認(rèn)為，(1)無(wú)論是特征搜索還是聯(lián)合搜索，任務(wù)維度或無(wú)關(guān)維度干擾信息的不同質(zhì)均會(huì)造成目標(biāo)選擇和目標(biāo)匹配的困難，這個(gè)發(fā)現(xiàn)否定了額頂區(qū)域只是特異性地參與聯(lián)合搜索的觀點(diǎn)。在兩種搜索任務(wù)中，額頂區(qū)域可能都是負(fù)責(zé)剔除干擾信息、匹配目標(biāo)項(xiàng)。(2)通過(guò)偵測(cè)視覺(jué)搜索集中跟任務(wù)相

11、關(guān)的同質(zhì)性信息，顳項(xiàng)聯(lián)合區(qū)批次性地排除相同的干擾項(xiàng)，從而易化搜索；抑制干擾項(xiàng)的需要越強(qiáng)，顳頂聯(lián)合區(qū)就越變現(xiàn)出更強(qiáng)的負(fù)向激活。(3)目標(biāo)存在試次與目標(biāo)不存在試次在反應(yīng)時(shí)的差異主要受到任務(wù)維度干擾項(xiàng)同質(zhì)性的調(diào)節(jié)，在任務(wù)維度不同質(zhì)時(shí)干擾項(xiàng)對(duì)目標(biāo)不存在試次反應(yīng)時(shí)的影響顯著強(qiáng)于對(duì)目標(biāo)存在試次的影響，其神經(jīng)基礎(chǔ)為雙側(cè)額葉眼區(qū)、頂間溝和輔助運(yùn)動(dòng)眼區(qū)等區(qū)域，這些腦區(qū)的激活強(qiáng)度反應(yīng)了不同條件下目標(biāo)選擇或目標(biāo)匹配的困難程度。(4)在聯(lián)合搜索中，當(dāng)自上而下的

12、搜索定勢(shì)有利于顏色信息與任務(wù)維度信息的整合時(shí)，該無(wú)關(guān)維度的變化能夠調(diào)控額頂區(qū)域的激活水平。這些額頂區(qū)域的參與水平主要取決于任務(wù)維度或任務(wù)無(wú)關(guān)維度的干擾信息是否增加目標(biāo)搜索和目標(biāo)選擇的注意需求。特征搜索則無(wú)此表現(xiàn)。(5)目標(biāo)存在試次與目標(biāo)不存在試次的加工過(guò)程可能存在不同的神經(jīng)基礎(chǔ)。左側(cè)下頂葉區(qū)域負(fù)責(zé)在目標(biāo)存在試次中整合知覺(jué)信息與相應(yīng)的反應(yīng)選擇，雙側(cè)下額葉聯(lián)合和輔助運(yùn)功區(qū)負(fù)責(zé)在暫時(shí)無(wú)法定位目標(biāo)時(shí)進(jìn)一步投入注意資源和搜索細(xì)節(jié)。
　　

13、關(guān)于視覺(jué)搜索的已有認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究主要關(guān)注聯(lián)合搜索是否存在特異性的神經(jīng)基礎(chǔ)，沒(méi)有系統(tǒng)地變化視覺(jué)搜索集中任務(wù)維度和任務(wù)無(wú)關(guān)維度干擾信息的同質(zhì)性，沒(méi)有比較不同類型的搜索任務(wù)時(shí)目標(biāo)存在試次與目標(biāo)不存在試次是否存在不同的神經(jīng)激活模式，已有的結(jié)果也不能說(shuō)明額頂區(qū)域在不同類型的搜索任務(wù)中的激活水平如何受到來(lái)自任務(wù)維度或任務(wù)無(wú)關(guān)維度干擾信息同質(zhì)性的調(diào)節(jié)。本研究首次報(bào)告了任務(wù)維度和任務(wù)無(wú)關(guān)維度干擾信息的同質(zhì)性影響視覺(jué)搜索的神經(jīng)機(jī)制，從新的視角考察了額頂