標題：枕葉和頂葉皮質快速光學成像揭示的注意力定向和重新定向的時間-空間動態

01

 研究背景

視覺空間注意力的機制由兩個不同的額頂網絡介導：雙側背側網絡 (DAN)，參與視覺空間注意力的自愿定向，以及側向右側腦半球的腹側網絡 (VAN)，參與將注意力重新定位到意外但相關的刺激上。本研究目標為表征注意力的時空動態以及檢查兩個注意力系統之間和內部的預測相互作用以及視覺區域。

02

研究方法
 

2.1、被試

研究共有18名有效被試，其中男性3名，女性15名，平均年齡24歲。
 

2.2、實驗材料

視覺刺激包括了橫向或縱向的光柵小方塊。
 

2.3、實驗過程

實驗任務主要為內源性空間注意提示范式（endogenous spatial attention cueing paradigm），分為兩天進行（內容相同，只是為了防止被試過于疲憊）。范式流程如圖1所示。每次試驗都以呈現中央注視點開始，500 毫秒后在注視點上方呈現預測提示。在持續 300 到 600 ms 的可變隨機間隔后，提示消失，緊隨其后的是目標刺激（方形光柵，橫向和縱向的概率隨機出現）。參與者被指示將注意力集中在提示指示的一側，同時在整個實驗中保持對注視點的注視。提示與目標同側的為valid試次，不同側的為invalid試次。目標呈現 150 毫秒后，他們將通過按鈕之來盡可能快速和準確地區分目標的方向。
 

圖1. 實驗范式中一個試次的流程。
 

2.4、數據采集和處理

EROS數據由兩個同步 Imagent 頻域系統（ISS, Inc., Champaign, IL）記錄。32個激光二極管以時間復用方案發射近紅外光 (830 nm)。二極管以 110 MHz 調制，光線為400 μm。從頭部射出的漫射光由連接到光電倍增管 (PMT) 的 8 根 3 毫米光纖束檢測到。源和探測器光纖通過定制的頭盔固定在參與者的頭上，頭盔有兩種不同的尺寸。不同的尺寸使用了不同的導聯（見圖 2）并在分析過程中結合提供枕葉和后顳頂葉皮質的密集覆蓋。每個導聯都允許每個檢測器檢測來自多達 16 個時間多路復用源的光。在每個導聯中，光源和檢測器的位置使得一組光源可以同時發射光而不會引起串擾（來自多個光源的光同時記錄在一個檢測器上），從而產生 128 個潛在通道每個會話（最小和最大源探測器距離分別為 17.5 和 50 毫米）。16 組多路復用源中，每組的循環持續 25.6 ms（每個源以固定順序打開 1.6 ms 和關閉 24 ms），實現了 39.0625 Hz 的采樣率。
 

圖2. 光學導聯分布。

03

研究結果
 

3.1 注意定向過程

EROS數據分析包含了兩個比較：所有試次vs.基線和valid試次vs.基線。在目標刺激出現前， V1區域在所有試次中都顯示了明顯的激活（圖3A）。在目標刺激出現后，內側枕葉皮層在valid試次中顯示了明顯的激活（圖3B）。
 

圖3. EROS在注意定向中的結果。

3.2 注意重定向過程

EROS數據分析比較了invalid試次vs.基線。在目標表刺激出現到呈現結束，invalid試次在V1和內側枕葉皮層都激發了顯著的活動（圖4）。
 

圖2. EROS在注意重定向中的結果。

04

結論

實驗結果表明，在目標刺激發生之前和之后，都存在涉及背側和視覺區域的預測模式，這表明存在參與各種定向子過程的監督和操縱的背側和視覺網絡。關于重新定向，本實驗結果支持視覺和背側區域之間的相互交互，在對期望與現實之間的不匹配進行編碼后，通過觸發對意外目標的重新定向，將注意力從提示位置中分離出來。相比之下，腹側網絡在更新預先存在的內部模型方面發揮后感知作用，作為關于意外目標位置的新傳入信息的函數，促進對未來任務相關期望的調整。

Parisi, G., Mazzi, C., Colombari, E., Chiarelli, A.M., Metzger, B.A., Marzi, C.A. and Savazzi, S., 2020. Spatiotemporal dynamics of attentional orienting and reorienting revealed by fast optical imaging in occipital and parietal cortices. NeuroImage, 222, p.117244.

DOI: 10.1016/j.neuroimage.2020.117244