（基础心理学专业论文）外源线索条件下不同类型眼跳反应的神经机制.pdf

摘要 目标出现时，视线可能会转向该目标，或保持不动，或转向其他位置。无论哪种情况， 我们都能够对目标进行加工在这种情况下。外源性和内源性视觉空间注意、眼跳准备与目 标加工密切相关本研究结合眼动追踪和e r p 技术，采用t i a l - t o - t r i a l 范式，系统探讨朝 向眼跳、反向眼跳和保持注视三种任务条件下指导语阶段、外源线索反应准备阶段和反应阶 段的神经活动特点。本研究用随机呈现的三种不同颜色的中央十”字表示朝向眼跳、反向 眼跳和保持注视三种任务类型，并用随机出现在左侧或右侧的闪现作线索，要求被试按照指 导语要求对出现在线索位置的目标进行反应，同时辨别目标的形状( 圆形或方块) 。有1 5 名大学生参加了本研究。 眼动数据结果表明，反向眼跳的潜伏期大于朝向眼跳的潜伏期。脑电结果分析发现， 朝向眼跳、反向眼跳和保持注视三种任务类型在在指导语阶段、外源线索提示准备阶段、反 应阶段都存在差异在指导语阶段，保持注视任务在4 0 0 m s 之后，指导语诱发的晚期正向波 幅比两种眼动任务的波幅更大在准备阶段，外源提示更倾向于自动加工表现为对侧大脑 加工优势三种任务条件下，对外源线索的加工阶段具有一致性，具体过程包括：( 1 ) 觉 察到刺激闪现在左侧或右侧； ( 2 ) 眼跳准备；( 3 ) 抑制眼跳：( 4 ) 加工要注意的位置； ( 5 ) 做好准备。抑制注意转移。在加工早期阶段，保持注视任务在两侧额叶的e r p 成分比 两种眼动任务更负；在晚期阶段，保持注视在中央电极位置的c n v 比其他两种眼动任务的波 幅更小在反应阶段，在目标对侧顶区的p l 和n 1 分别反映了对目标位置的觉察和形状的辨 认在两侧顶区，保持注视条件下p 1 波幅大、n l 波幅小；反向眼跳则p 1 波幅小、n l 波幅 大在目标同侧顶区，反向眼跳的n 1 比其他两种任务更负在朝向和反向l i p 尉t 的对侧额区， 服跳执行前出现了a s d p 成分，而保持注视则没有该成分 研究结果表明，保持注视和眼跳任务存在反应定势差异；外源线索与内源线索引起的 加工过程不同；反向眼跳和朝向眼跳的反应机制既有共同之处，又存在区别：在执行反向眼 跳前空间注意发生转移。 关键词：注意转移、眼跳、外源线索、e r p s n e u r a lm e c h a n i s m so fd i f f e r e n ts a c c a d e sw i t he x o g e n o u sc u e a b s t r a c t w ec a np r o c e s si n f o r m a t i o no ft h et a r g e tw h e nt h et a r g e ta p p e a r s ，n om a t t e rw h e t h e ro u r g a z ei s f o c u s e do ni to rn o t h o w e v e re n d o g e n o u sa t t e n t i o n , e x o g e n o u sa t t e n t i o na n ds a c e a d i c p r e p a r a t i o na 他r e l a t e dt oe a c ho t h e ru n d e rt h i ss i t u a t i o n i nt h i sr e s e a r c hw ei n t e g r a t ee y et r a c k i n g a n de r pt e c h n i q u eb yt r i a lt ot r i a lp a r a d i g mt oi n v e s t i g a t et h en e u r a la c t i v i t i e so fa n t i - s a c c a d e ， p r o - s a e e a d ea n dk e e p i n gg a z ed u r i n gt h ei n s t r u c t i o ns t a g e ，t h ee x o g e n o u sc u ep r e p a r a t i o ns t a g e 嬲 w e l l t h er e s p o n s es t a g e a tt h eb e g i n n i n go fe a c ht r a i l ，ac o l o r “+ w a sp r e s e n t e da tt h ec e n t r e o fs c r e e nt o m s 蚋l c tt h ep a r t i c i p a n tt h et y p eo ft h i st r i a l ( a n t i - s a c c a d e ，p r o - s a c e a d eo rf i x a t i o n ) a r a n d o m i z e df l a s ho ft h el e f to rt h er i g h tm d i c a t e dt h er e l a t e dl o c a t i o na sac u e w h e nat a r g e t a p p e a r e da tt h ef l a s h e dl o c a t i o n , t h ep a r t i c i p a n ts h o u l dg e n e r a t ea na n t i s 擞, a d eo rap r o - s a c c a d e t ot h et a r g e to rf i x a t i n gt h e 吒pa c c o r d i n gt ot h ei n s t r u c t i o n , m e a n w h i l ed i s c r i m i n a t et h es h a p eo f t h et a r g e t ( r o u n do rs q u a r e ) f i f t e e nu n d e r g r a d u a t e sp a r t i c i p a t e di nt h ee x p e r i m e n t t h ee y em o v e m e n t sd a t as h o w e dt h a tt h el a t e n c yo fa n t i - s a e c a d ei sl o n g e rt h a nt h a to f p r o - s a c c a d e t h eb r a i na c t i v i t i e sf e r p ) a 陀a l s od i f f e r e n td u r i n gt h ei n s t r u c t i n gs t a g e ，e x o g e n o u s c u ep r e p a r a t i o ns t a g ea sw e l la sr e s p o n s es t a g e d u r i n gt h ei n s m a e t i n gs t a g e ，t h e r ei sal a r g e rl a t e p o s i t i v eg o i n gc o m p o n e n ti nf i x a t i o n t a s ka n dt h el a t e n c yi s4 0 0 m s t h ee r p se l i c i t e db y e x o g e n o u sc u ei nc o n t r a l a t e r a la r e ao ft h eb r a i na r ed i f f e r e n t i ni p s i l a t e r a l a r e ad u r i n gt h e p r e p a r a t i o ns t a g e t h et a r g e tw 淞p r o c e s s e da sf o l l o w i n g ：( 1 ) d e t e c t i n gt h es t i m u l a t ef l a s h e do n t h e l e f t ；( 2 ) s a c c a d ep r e p a r a t i o n ；( 3 ) s a c e a d ei n h i b i t i o n ；( 4 ) p a y i n ga t t e n t i o nt 0t h el e f t ；( 5 ) i n h i b i t i n g a t t e n t i o n ss h i f t f i x a t i n gt a s ke v o k e dam 册en e g a t i v eg o i n gw a v ei nf r o n t a le l e c t r o d e sd u r i n g s a c c a d i cp r e p a r a t i o na n ds a c c a d i ci n h i b i t i o n m o r e o v e rt h i st a s ke v o k e das m a l l e rc n vi nc e n t r a l e l e c t r o d e sd u r i n gl a t ep e r i o d d u r i n gt h er e s p o n s ep e r i o d , t h ep ia n dn ii np a r i e t a le l e c t r o d e s e v o k e db yc o n t r a - l a t e r a lt a r g e tr e f l e c t e dd e t e c t i n gi t sl o c a t i o na n dd i s c r i m i n a t i n gi t ss h a p e r e s p e c t i v e l y i nb o t hl a t e r a l i z e dp a r i e t a le l e c t r o d e sf i x a t i n gt a s ke v o k e dl a r g e rp 1a n ds m a l l e rn i h o w e v e ra n t i - 蚴d et a s ke v o k e ds m a l l e rp ia n dl a r g e rn it h a nt h a to fo t h e rc o n d i t i o n s i n i p s i l a t e r a lp 撕c t a le l e c t r o d e sa n t i - s a c c a d et a s ke v o k e dl a r g e rn 1 w eo b s e r v e da n t i s a c c a d et a s k a n dp r o - 础t a s kh a da na s d pc o m p o n e n tp r e c e d i n gt h ee x e c u t i o no ft h e 嵋c a d ei nt h e 2 丘o n t a le l e c t r o d e sc o n t r a - l a t e r a lt ot h es a c c a d e ，b u tf i x a t i n gt a s kd o e s n th a v et h ec o m p o n e n t t h e s er e s u l t ss u g g e s t e dt h a tf l x , a t i n gt a s ka n ds a c c a d i ct a s ka r ed i f f e r e n ti nr e s p o n s es e t t h e e x o g e n o u sc u ee v o k e sd i f f e r e n tp r o c e s s e sf r o mt h ee n d o g e n o u sc u e t h en e u r a la c t i v i t i e so f a n t i s a f e a d ea n dp r o - s a c c a d eh a v ep a r t l yc o m m o np r o c e s s e s s p a t i a la t t e n t i o ns h i f t sa l ep r e c e d e d t ot h ee x e c u t i o no f a n t i - s a e c a d e k e yw o r d s ：a t t e n t i o ns h i f t ；s a e c a d e , e x o g e n o u sc u e , e r p s 3 首都师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者躲秀焉 日期：矿8 年j - - j 号石日 首都师范大学学位论文授权使用声明 ， 本人完全了解首都师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学 位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出 版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文作者签名： 群骘 日期：矽睹年阳名e 1 首都师范大学硕士学位论文 al 士 l 亩 人类的视觉是一个动态的积极过程。视网膜表面中央有一个非常小的凹陷，被称为 中央窝，它具有最佳的视敏度，使我们能够分辨物体非常细微的特征。为了识别场景中 的对象，我们通常会转动眼球，转移视线，使这个对象的影像投射到中央窝上。这种由 视觉引导的，在目标出现时迅速将注视点转移到目标位置的眼球运动过程被称为朝向眼 跳。有时，目标出现后，视线可能保持原来的状态或转向其他位置，我们却仍能够对目 标进行加工。在这种情况下，外源性和内源性视觉空间注意、眼跳准备与目标加工密切 相关。 、 ( 一) 、注意与目标加工 文献综述 注意是信息加工的闸门。要研究目标加工，就必须讨论注意的分配问题。所谓注意 是指一种大脑认知机制，它使人能够加工相关的信息输入、思想或行为，而忽略无关和 分心内容( 选择性注意的定义) ( g a z z a n i g a ，2 0 0 2 ) 注意可分为随意性注意( 也称内 源性注意) 和反射性注意( 也称外源性注意) 。随意性注意是个体有目的地注意某物， 它是一种自上而下的控制性加工；反射性注意是指感官刺激引起了注意，它是一种自下 而上的自动化加工自动化加工不需要有意识的控制。大部分的自动化过程是在没有意 识的情况下完成的，能以并行方式来执行，且进行得相当快( e y s e n c k 等，2 0 0 0 ) 控制 性加工不仅能被意识到，而且还需要注意的参与。受认知资源的限制( 彭聃龄，2 0 0 1 ) 。 视觉目标的加工主要与空间注意有关。所谓空间注意是指注意某个位置，而忽略其他位 置( g a z z a n i g a ，2 0 0 2 ) 。 ，研究视觉空间注意对目标加工的影响，通常使用线索任务，要求被试尽快对计算机 屏幕上呈现的目标做出反应。例如p o s n e r 等人提出的基本实验范式为；“注视点提 示目标 ( 魏景汉。2 0 0 2 ) 大量的研究表明，当目标出现在线索位置的可能性很高 时( 如8 0 9 6 ) ，如果目标出现在线索位置，与非线索位置的目标相比，被试对目标的反应 首都师范大学硕士学位论文 更快。相关的e r p 研究发现，内源性线索( 视野中央的箭头) 提示位置的目标比非线索 位置目标引起更强的p 1 ( 8 0 - 1 2 0 m s ) 和n 1 ( 1 4 0 1 9 0 m s ) 感觉诱发成分( 罗跃嘉，2 0 0 4 , h a n d y & m a n g u n 。2 0 01 ：h o p f in g e r ，2 0 0 6 ) 。 研究随意性注意效应，通常采用中央线索。而研究反射性注意则常采用外周线索， 如用边缘视野的闪光刺激作为提示，而且提示的有效概率为5 0 。边缘闪现性提示比中 央符号性提示更倾向于自动加工，引起反射性注意，所以又被称为外源性线索。与随意 性注意一样，当反射性注意被引发时，对目标的反应时会加快。但是，这种有效提示的 促进作用只在提示与目标之间的时间间隔( i s i ) 在较短时间内( 5 0 - 2 0 0 毫秒) 才发生 ( s a p i r ，1 9 9 9 ；h o p f i n g e r ，1 9 9 8 ) 。当闪光出现与目标呈现之间的时间更长时，反应模 式发生倒转：被试对有效提示的目标反应比无效提示的目标反应更慢，枕部p 1 波幅由 短时间间隔的增强变为减小( h o p f i n g e r ，1 9 9 8 ) 。这种现象被叫做返回抑制( 简称i o r ) 。 有关上丘受损的病人研究证明颞侧视野比鼻侧视野有更强的i o r 效应( s a p i r ，1 9 9 9 ) 近一步研究发现，i o r 发生的时程与反应的方式有关直接的反应( 如朝向眼跳) 比间 接的反应( 如反向眼跳) 发生i o r 所需的i s i 更短( k h a t o o n ，2 0 0 2 ) 。l u p i a n e z 等人( 2 0 0 1 ) 的研究表明，i o r 与任务难度有关，对目标的辨别比觉察发生f o r 的i s i 要长 这些研究表明随意性注意与反射性注意都能对目标加工发生影响，且存在交互作 用。h o p f i n g e r ( 2 0 0 6 ) 采用e r p 研究随意性注意与反射性注意对目标加工的影响，发 现早期p l 成分主要与反射性注意有关，n l 成分则主要与随意性注意有关，后期的高级 加工阶段如p 3 0 0 则完全由随意性注意调节。e l m e r ( 2 0 0 0 ) 比较2 0 0 m s 和7 0 0m s 两种 i s i 条件下中央线索和边缘线索对目标反应的影响，研究发现，短时间间隔的边缘线索 效应比中央线索早l o o m s ，但两种线索在长时间间隔条件下刺激呈现2 0 0m s 后比短时间 间隔条件下有更大的注意负波。 无论是外源性线索还是内源性线索，都影响对目标的注意和眼跳反应。眼跳与注 意存在怎样的关系呢? ( 二) 、眼跳与注意的关系 眼跳可分为内源性眼跳和外源性眼跳。外源性眼跳是由外源性刺激引起的，比如在 边缘视觉区突然出现新异刺激时的眼跳。内源性眼跳是个体主动发起的，比如按照指导 语要求进行的眼跳。无论是内源眼跳和外源性眼跳，都与注意密切相关。例如，我们要 2 首都师范大学硕士学位论文 想将注意集中在视觉场景中的某物体时，通常会通过眼跳来将位于边缘视野中的该物体 置于中央窝，以便获得更清晰的加工。而另一方面，当视野中出现新异刺激时，伴随着 不由自主的眼跳，我们的注意也会被该刺激捕获。然而，注意的焦点有时又会偏离视线， 去关注不在中央窝的对象，而同时又能保持眼睛的注视。早在1 8 9 4 年，h e l m h o l t z 在一 项视知觉实验发现了这一个有趣的现象( g a z z a n i g a ，2 0 0 2 ) 。因此，注意似乎又可以和 眼动相互独立。 然而，有许多行为研究都表明内隐的注意定向和内隐的眼跳定向都依赖一个共同的 加工机制。沈模卫( 2 0 0 4 ) 采用线运动错觉测量的研究范式，发现内源性眼跳前存在注 意转移。- l c p e e k ( 1 9 9 9 ) 研究发现，集中注意是产生准确眼跳的必要条件。而且，眼动 轨迹能显示分心物被抑制的程度( s t i g c h e l 等，2 0 0 6 ) 。s m i t h 等人( 2 0 0 4 ) 研究一名大 脑健康而只是眼肌损伤的病人时，发现她的空间注意能力受损。s c h a l l ( 2 0 0 4 ) 对两者关 系有一个很好的总结。首先，当注意没有指向眼跳目标时，知觉敏感度下降，眼跳潜伏 期提高；其次，注意的空间定向能影响眼跳轨迹：第三，自下而上的视觉因素以相同的 方式影响注意和眼跳：第四，注意和眼跳都受自上而下的认知策略的调节。 除了行为研究之外，研究人员采用舢i i 来比较在相同刺激条件下的注意和眼跳任 务中的皮层活动模式，发现背侧前顶控制结构在内隐注意转移过程中和在眼跳过程的激 活区域具有相当大的重叠c o r b e t t a ( 1 9 9 8 ) 另外，对一个主要的参与眼动的皮层区一 额眼区( f t f ) 进行穿颅磁刺激( t m s ) 时，研究发现该区域是通过抑制对非线索位置 的刺激加工来引导注意并抑制反射性眼跳的。( s m i t h 等，2 0 0 5 ) 神经心理学方法的确能对眼跳和注意控制的脑结构进行比较精确的定位，但由于眼 跳和注意转移几乎总是同时发生( 在几百毫秒内) ( v a nd e rl u b b e 等，2 0 0 6 ) ，受时间 分辨率的限制，这些技术却不能对眼跳和注意转移进行事件分离方面的研究。而e r p 技 术具有高度的时间分辨率，因此能对眼跳和注意转移的大脑活动机制进行更精确的分 析。 为了检验眼跳准备和注意控制是否具有共同的机制，目前有关该领域的e r p 研究主 要集中在比较线索对注意定向和眼跳准备的影响。h a t t e r 等人最早提供了线索一目标间 隔期间与视觉空间注意转移有关的证据。他们使用中央箭头来表示目标即将出现的位 置。用向左箭头线索诱发的l i p 减去由向右箭头诱发的e r p ，就得到与内隐注意转移有 关的活动过程。在线索所指方向的头皮对侧出现的最早效应被称为即a n ( t h ee a r l y 首都师范大学硕士学位论文 d i r e c t i n ga t t e n t i o nn e g a t i v i t y ) 。e d a n 在线索出现2 0 0 m s 后开始持续到4 0 0 m s 。e d a n 得到了很多研究的验证( s t i g c h e l 等，2 0 0 6 ：v a nd e rl u b b e ，2 0 0 6 ，e i m e r 等人，2 0 0 7 = p r a a m s t r a ，2 0 0 7 ) 。这个成分一般被解释成反映有关非对称性的线索如箭头的加工。第 二个成分被称为a d a n ( a na n t e r i o rd i r e c t i n ga t t e n t i o nn e g a t i v i t y ) ，在线索呈现 后3 0 0 到5 0 0 m s 之间，出现在注意转移方向对侧的额叶电极上。这个成分被认为反映预 运动皮层的激活( e i m e r 等人，2 0 0 7 ；p r a a m s t r a ，2 0 0 6 ) 。最后，第三个成分l d a p ( t h e l a t ed i r e c t i o na t t e n t i o np o s i t i v i t y ) ，是5 0 0 - 7 0 0 m s 之间的后部正波，可能反映视 觉脑区的准备性激活( e i m e r 等人，2 0 0 5 , s t i g c h e l 等，2 0 0 6 ) 。 在最近的一项e r p 实验中，v a nd e rl u b b e ( 2 0 0 6 ) 采用绿或红三角作为目标位置 线索。线索有效性为：8 0 有效，1 5 无效，5 目标不出现。实验任务有三种：第一个任 务，简单反应任务，出现目标时，不管目标的位置和特征，只需按照指导语按键反应： 第二个任务是选择反应任务，目标出现时，按照事先的指导语，目标内的填充线为水平 线时，按左键，目标内的填充线为垂直线时，按右键；第三个是任务眼跳，当目标出现 后，眼睛跳向目标。结果发现在这三种任务条件下，目标方向线索诱发的e r p 都出现了 e d a n 、a d a n 和l d a p 而分析线索诱发的眼跳准备e r p 成分发现，在相同的潜伏期，出 现了类似e d a n 、a d a n 、l d a p 的成分。这也说明眼跳准备与注意的转移具有共同的神经 机制。( s t i g c h e l 等，2 0 0 6 ；e i m e r 等人，2 0 0 7 ) 但有人认为( v a nd e rl u b b e ，2 0 0 6 ， e i m e r 等人，2 0 0 7 ) ，在该实验的眼跳任务中也包含了注意的参与。因为目标有1 5 可能 出现在非线索位置，目标的出现与否。还需要注意来检测。因此在眼跳任务中，发现的 e r p 成分可能是注意引起的效应而不是由眼跳准备产生的。于是在第二个实验中，v a n d e rl u b b e ( 2 0 0 6 ) 修改眼跳任务的要求，被试只需在线索出现1 s 后跳向线索所指的那 边在修改过的眼跳任务中，也出现了e d a n 、a d a n 和l d p 三个成分。但是在实验二中， 眼跳准备条件下获得的e d a n 比选择条件下的潜伏期短，波幅大；而l d a p 成分却比选择 任务要小。v a nd e rl u b b e ( 2 0 0 6 ) 认为e d a n 主要与眼跳准备有关，l d a p 主要与注意有 关。 尽管v a nd e rl u b b e ( 2 0 0 6 ) 认为实验二中获得的这些成分是没有注意定向下的纯 眼跳计划诱发的，但e l m e r 等人( 2 0 0 7 ) 认为，由于线索所指向的目标刺激一直都能被 看见，在眼跳准备过程中注意转向目标仍会发生。由于上述研究方法上的不足，e i m e r 等人( 2 0 0 7 ) 为更好地检验眼跳准备和注意之间的关系，设计了一个三种任务的实验。 4 首都师范大学硕学位论文 第一个任务为内隐任务，使用标准内源注意定向步骤，将注意指向线索位置，当目标刺 激出现在线索位置时，口头回答“是”。第二个任务是联合任务，它与内隐任务类似， 只是眼跳反应代替口头回答，即将眼睛跳向线索那边出现的目标。第三个任务是眼跳任 务，与联合任务类似，线索在该任务中只表示眼跳方向，只要有目标出现，无论它是否 出现在线索位置，都将眼睛跳向线素位置。通过这三个任务，既可以分析注意和眼跳准 备分离开来的效应，也可分析注意和眼跳结合的效应。e r p 结果分析在三种实验任务 下都得到了a d a n 和l d a p 成分但l d a p 成分在眼跳任务中要小于另外两个任务条件。 s t i g c h e l 等( 2 0 0 8 ) 也在眼跳准备的任务中得到了上述三个成分但l d a p 成分发生了 反向偏转，成为负走向的成分。研究人员认为可能该成分主要与非眼跳反应准备有关。 这些证据为r i z z o l a t t l ( 1 9 8 7 ) 等人提出的注意预运动理论提供了有力的支持。该 理论认为，选择性注意和反应是由相同的机制来控制。这个理论假设目标指引的运动和 空间注意转移由共同的控制结构调节。只要在反应准备中这些结构激活，注意转移就会 产生。因此，特殊反应计划( 如手动或眼跳计划) 激活会造成空间注意内隐转移；而在 内隐注意定向时，反应准备( 如眼跳准备) 也会产生( e i m e r 等人，2 0 0 7 ) 。 那么，既然注意与眼跳准备有如此密切的关系，为什么对我们注意的目标，却叉不 一定发生外显的眼跳运动呢? 要回答这一问题，首先必须了解眼跳的神经机制。 ( 三) 眼跳前目标加工的神经回路假说 我们对视觉刺激产生眼跳反应包括一系列的步骤：分析视觉场景，注意里面的目标， 记住目标的位置，决定看什么地方，准备眼跳，执行眼跳。因此，进行目标加工首先必 须进行视觉分析。物体在我们人类大脑中形成视觉的过程如图1l 所示； 首都师范大学硕士学位论文 图1 1 视觉传导模式图 视觉信息首先投射到视网膜上，网膜上的神经细胞将刺激转化为神经冲动，传递到 视神经上，鼻侧的视神经在皮层下形成视交叉，到达对侧大脑半球，而颞侧视网膜发出 的视神经不交叉，投射到同侧半球。颞侧视神经与交叉后的鼻侧视神经分别投射到本侧 的外侧膝状体，外侧膝状体的轴突组成视放射，最后到达初级视皮层( 左雪明。2 0 0 3 ) 。 视觉信号传递到初级视皮层，视觉加工并没有完成。初级视皮层v 1 区只能对刺激的朝 向或颜色等个别特征进行加工性反应，刺激的精细加工还必须在其他专门视皮层区完 成。如，m t 区表示刺激的运动，v 4 区表示颜色和形状然后，纹外视皮层将视觉信息 通过两个加工流传递到其他脑区。一个流传入颞叶i t 区，被称为腹侧流，在那里完成 物体识别。另一个流传入顶叶p p 区，被称为背侧流，在那里形成物体空间位置的知觉 ( b r u c e 等，2 0 0 3 ) 视觉加工并没有在i t 区和p p 区终止，而是又从这里传递到额叶， 特别是f e f 区，以及上丘s c 。额叶又将信号传递到这些脑区，形成往复的回路。然后， f e f 区和上丘将神经冲动投射到脑干的眼动神经元，形成眼动神经元的激活模式。f e f 除了直接投射到上丘，还通过基底神经核间接投射到上丘( s c h a l l ，2 0 0 4 ) 。根据皮层与 上丘之间的信号传递方向，可将它们之间的通路分为：直接下行投射、间接下行通路、 上行通路。直接下行投射是指f e f 和外侧顶内区l i p 投射到s c 中问层以及纹状皮层v 1 投射到s c 表层( 如图1 2 ) 。间接下行通路是指许多区域的皮层投射到尾状核c n ，尾状 核又经过黑质投射到s c 中间层( 如图1 2 ) 。而上行通路是指中间层s c 先投射到背中侧 的丘脑，再投射到f e f 和其他前额皮层。表层s c 则先投射到枕核，再投射到l i p 区和 其他纹外皮层( s o m e r ，w u r t z ，2 0 0 4 ) 。m a t s u d a ( 2 0 0 3 ) 认为，纹状皮层到丘脑的直接下 行投射中，纹状皮层激活使丘脑失去抑制，提高丘脑的激活，并促进眼跳的产生。而激 活间接下行通路，将产生对丘脑的抑制，从而抑制眼跳的产生。 对猴子等灵长类动物神经元单细胞记录进行分析，研究发现目标加工可以在f e f 、 上丘以及i t 、p p 等多个脑区进行，且完成目标识别所需的时间相当稳定，但时间长度 与任务难度有关。而眼跳发动的时间却是不确定的。有时，预眼跳神经元能在2 0 0 m s 之 内，目标引起的激活水平迅速上升并达到眼跳阈限，产生眼跳；而有时，这一激活水平 的变化过程却相对缓慢，会在3 0 0 m s 之后达到眼跳阈限( s c h a ll ，2 0 0 4 ) 。因此，视觉目 标的加工与眼跳的准备是两个不同的加工阶段。眼跳可以并不指向视觉目标位置，而跳 向目标的反方向位置，即反向眼跳。另外，在许多认知神经科学的研究中，被试通常将 视线保持在中央位置，而完成边缘视野的目标加工，也就是通常所说的内隐注意任务。 6 首都师范大学目学位论文 由此看来，目标加工和眼跳准备这两个认知过程，还受到其他认知活动的影响，如，记 忆、任务目标、策略等。 蚤囊 图12 直接下行通路( 如左图所时) 和间接下行通路( 如右图所示) ( 四) 反向眼跳的机制 前面谈到的反眼跳任务，它是一种随意性眼跳，需要抑制反射性眼跳( 即朝向眼跳) 才能够成功完成。产生随意性的行为，抑制住自动化反应是人类对特定环境的一种适应 行为。这种适应行为是由执行功能来决定的。所谓执行功能，它是一种重要的高级认知 加工过程，是为了实现一项特殊目标而将不同的认知加工过程灵活地整合起来、协同操 作的功能( 朱春燕) 。它包括注意与抑制、计划与监控以及工作记忆编码等几个方面。 传统观点认为，执行功能的神经基础是主要与前额叶皮质有关。研究控制行为( 如，反 向眼跳) 与自动行为( 如，朝向眼跳) 之间的差异，对于解释额叶损伤的后果和流体智 力( 或一般智力、g 因素) 的脑机制和同时发生的任务间的注意资源分配的特点有着重 要的意义。 研究反向眼跳与朝向跟跳机制有两种实验范式，一种是反向眼跳与朝向眼跳分别采 用不同的b l o c k ，在每个b l o c k 之前提示眼跳的类型；另一种是反向眼跳与朝向眼跣在 t r i a l 之间转换，各个t r i a l 都需要提示眼跳类型。在这两种方式下还有两种能显著影 响眼跳的条件。一种条件是先在中央呈现注视点，目标在中央注视点消失2 0 0 m s 后，出 现在边缘位置。目标出现后被试要将目光移到刺激的反方向位置。另外一种是中央注 视点一直存在，在边缘出现目标后，迅速进行反向眼跳。通常把前一种称为g a p 条件， 在此条件下产生的眼跳被成为快眼跳，因为与第二种条件相比，反向眼跳和朝向眼跳的 潜伏期都大约缩短7 0 衄s ( e v e r l i n g ，1 9 9 9 ) 。这说明保持注视会抑制眼跳而释放注视， 将促进眼跳。 7 首都师范大学硕士学位论文 对正常被试的行为研究发现，与朝向眼跳相比，反向眼跳的潜伏期长，正确率要低 ( b r o w n ，2 0 0 6 ) ，而且发生i o r 需要的s o a 更长( k h a t o o n ，2 0 0 2 ) 。g u i t t o n 等人在研究 额叶损伤病人发现，他们很难正确执行反向眼跳。( s t e f a ne v e r l i n g ，1 9 9 9 ) h o l z m a n 等人最早发现了精神分裂病人不能对连续移动的视觉目标进行平滑眼动追踪 ( t u ，2 0 0 6 ) 目前，有很多研究进一步发现精神分裂病人及其直系亲属在完成反向眼 跳任务中，存在缺陷。( p 0 1 1 i ，2 0 0 6 ) 。t u ( 2 0 0 6 ) 使用f m r i 研究精神分裂病人的反向 眼跳时发现，与正常人相比，他们在双侧豆状核、双侧丘脑以及左额下回激活更小。这 说明反眼跳执行与上述的眼跳抑制回路有关。对正常被试的f w r i 研究发现，除了在f e f 、 s e f 表现出激活外，双侧背外前额皮层d l p f c 、边缘上回、前扣带皮层和丘脑在反眼跳 任务中激活更大( y a t s u d a ，2 0 0 3 ) 穿颅磁刺激t m s 是另一种研究眼跳神经机制的方 法。t e r a o 在边缘呈现提示反眼跳刺激后，使用t m s 刺激额叶或顶皮层，眼跳潜伏期增 加，并产生更多的错误朝向眼跳( k r a m e r ，2 0 0 3 ) 也有研究入员认为，反向眼跳与朝向眼跳的可能差异是由对不同任务的反应定势造 成的。( k h a t o o n ，2 0 0 2 ) 因为反向眼跳任务的难度较大，需要更多的注意资源。该 观点也得到了一些研究资料的支持。r e u t e r ( 2 0 0 5 ) 对精神病人的分析发现，他们的前 线索效应较低，反向眼跳任务定势较弱，造成他们产生更多的朝向眼跳。在使用不同颜 色的中心圆点提示猴子执行反眼跳与朝向眼跳任务时，对他们f e f 神经元分析发现，反 向眼跳实验中与眼动有关的神经元在提示阶段的激活较小，并且将这种与定势有关的激 活通过直接下行通路传递到s c ( e v e r l i n g 。1 9 9 9 ) 但这个结果与f m r i 研究结果相反， 因为f e f 区与眼动有关的神经元和视觉有关的神经元在反眼跳任务中的激活要小于朝向 眼跳。这可能是因为f m r i 显示的主要是抑制型神经元的激活。 由于反向眼跳与额叶功能有关，而儿童的额时功能还没有完全发育成熟。儿童在执 行反眼跳时的错误率比成人大，且正确的反向眼跳潜伏期较长( e e n s h u i s t r a ，2 0 0 6 ) 。 而老年入则无论是朝向眼跳还是反向眼跳，潜伏期和错误率都随年龄线性增长 ( a b e l ，2 0 0 6 ) 研究资料表明，d l p f c 、f e f 以及s e f 在反眼跳中起着重要作用。反向眼跳与 f r o n t o s t r i a t o t h a l a m o c o r t i c a l 回路有关。 8 首都师范大学硕士学位论文 ( 2 e ) 眼跳任务对目标加工影响 大量的e r p 研究表明，视觉空间注意的内隐转移将引起注意位置目标比非注意位置 目标的p 1 和n 1 成分的增强( m a n g u n ，h i l l y a r d ，1 9 9 1 ) 由于反向眼跳有着与朝向 眼跳不同的神经机制，那么，这两者眼跳任务对目标加工的影响会有所不同。s t i g c h e l 等( 2 0 0 6 ) 比较了朝向眼跳对目标和分心物的影响，并没有发现类似注意引起的对p 1 n 1 的调节。s t i g c h e l 认为可能是由于任务过于简单，被试只需觉察，而不需识别目标。e i m e r 等人( 2 0 0 7 ) 在边缘视觉刺激的g o n o g o 眼跳任务中，比较n o g o 刺激在线索位置和非 线索位置引起的效应。结果发现非线索位置刺激引起的p l 波幅比线索位置的p 1 波幅要 大( 如图1 3 ) 。e l m e r 认为这可能与线索位置n o g o 刺激引起眼跳执行的抑制有关。v a n d e rl u b b e ( 2 0 0 6 ) 认为眼跳抑制产生负偏向波。而s t i g c h e l 等( 2 0 0 6 ) 发现与眼跳抑 制有关的成分表现为正偏向波，并且只出现在右半球上因此，眼跳对目标加工的影响 机制还有待于进一步的研究 s 猷游耐et 甑嫩 低代 ( 图1 3 ，e i m e r 等人2 0 0 7 ) 二、问题提出及研究假设 ( 一) 问题提出 综上所述，我们可以看出内源性的注意与眼跳准备有密切的关系，空间注意对目标 9 首都师范大学硕士学位论文 加工有影响。反向眼跳与朝向眼跳有着不同的神经活动机制。眼跳任务对目标加工与内 隐注意对目标的加工存在差别。但还有一些问题需要做进一步的探讨：首先，f m r i 研 究表明，反向眼跳比朝向眼跳激活的脑区更多，激活程度更强，而f e f 区的眼动神经元 在提示阶段表现为激活降低，这是否表明反向眼跳产生一种抑制性的反应定势? 如果确 实存在这种抑制定势，那么，中央刺激的加工是否会得到增强，而边缘刺激的加工会被 减弱呢? 其次，外周线索引发的眼跳准备是否与中央线索引发的眼跳准备具有相同的机 制? 而且这种准备是否受反应定势的影响? 除此之外，由于眼跳与目标加工并不具有必 然的联系，那么反向眼跳的眼跳准备与目标加工是并行的过程，还是串行的过程? 这些 问题目前还不能通过f m r i 等研究手段来分析，所以，需要通过e r p 和眼动结合的技术 检验。 考虑到用不同的b l o c k 分别进行反向眼跳和朝向眼跳反应时，容易产生习惯化，而 且不能保证被试在不同的b l o c k 中的状态是否一致，影响实验效果。而且，为了比较眼 跳类型与内隐注意对目标加工的影响差异，还需要纳入内隐注意作为参照。拟采用 t i m - t o t r i a l 的形式，在一个b l o c k 中随机安排不同的眼跳任务。为了减少事件之间 的相互干扰，我们没有采用g a p 条件。 本研究拟探讨以下三个方面问题： 1 反向眼跳与朝向眼跳任务中，是否存在反应定势差异? 2 外源线索条件下，反向、朝向的眼跳准备和保持注视的准备机制是否相同? 3 眼跳和目标加工是并行的过程，还是串行的过程? ( - - ) 研究的意义 可以进一步探讨眼跳与注意的关系，了解反向眼跳的机制，探索眼跳与目标加工的 关系，以及反应定势对信息加工的影响。研究结合眼动追踪和脑电分析，可以探索一条 神经科学研究的途径。另外，从临床应用的角度，对反向眼跳的研究可以帮助分析病人 的执行功能缺陷，为治疗提供科学依据；研究眼跳与注意以及目标加工的关系，在广告、 人机界面设计方面具有一定的实践意义。 1 0 首都师范大学硕士学位论文 ( 三) 研究假设 反向眼跳、朝向眼跳与内隐注意在指导语阶段存在定势效应：外源线索诱发的眼跳 准备与内源线索诱发的眼跳准备具有相同的机制，三种眼动任务在外源线索条件下具有 相同的加工过程；目标加工与眼跳执行是串行的加工过程。 ( 一) 被试 三、实验方法 首都师范大学和北京理工大学在校本科生和硕士生1 5 名( 1 0 女5 男) ，年龄在1 9 - 2 8 岁之间，视力或矫正视力正常1 3 名被试为右利手；5 名被试左眼为优势眼，l o 名被试 右眼为优势眼。实验结束后付一定报酬 ( 二) 仪器和刺激 实验装置包括：德国s m i 公司的i v i e wr e d 眼动追踪系统一套，其采样率为6 0 h z ； 一台与眼动仪连接的计算机用于主试监控和记录眼动数据；另一台计算机用于向被试呈 现刺激材料并记录手动反应数据，实验程序使用e - p r i m e 软件编写，刺激呈现在一台分 辨率为8 0 0 x 6 0 0 象素的1 9 寸显示器上，距离被试大约6 0 c m ；使用n e u r o s c a n 公司生 产的4 0 导脑电记录脑电分析系统，选取3 2 个头皮位置利用a g a g c l 电极帽记录相应的 e r p s 。另外，有4 个电极记录眼电。左眼眶上、下侧2 个电极记录垂直眼电，两眼外侧 的2 个电极记录水平眼电。参考电极置于左、右乳突