大学生视觉注意振荡的神经机制 ——对“注意眨眼聚光灯”理论的发展

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大学生的学习活动多是在注意状态下进行,研究注意规律对提升大学生的学习具有独特的意义。厘清注意在空间和时间维度上的工作机制是注意应用于学习的基础。在空间维度上,经典注意聚光灯理论认为注意像“聚光灯”一样聚焦在特定的空间位置上,这种“聚焦”增强了该位置上项目的加工。然而人们对于注意在时间维度上的特性的认识远不如空间维度,近期研究通过采用高时间分辨率的方法发现:在时间维度上,注意并非连续而是离散的。据此,VanRullen提出了“注意眨眼聚光灯”理论。该理论认为,当空间中有一个客体时,注意不是连续地加工该客体,而是间歇性地加工;当注意范围内有多个客体时,注意不会同时加工这些客体,而是在多个客体间动态切换。注意离散性在行为上表现为行为指标(正确率、反应时)有规律地时高时低,这种由注意导致的行为指标有规律的变化被称为注意振荡。虽然近期的研究发现了注意振荡这一现象,但是对于注意振荡的神经机制了解不足。本研究在优化原有实验范式的基础上,考察了注意振荡的神经机制以及任务难度、皮层距离对注意振荡的影响,以期揭示大学生注意在时间和空间维度上的活动规律,为注意能力的培养提供教育启示和建议。研究一对视觉注意振荡的实验范式进行了优化。采用高时间分辨率的线索靶子范式,以及二择一和四择一的辨别任务考察注意振荡。结果发现,与原有的探测任务相比,辨别任务同样检测到明显的视觉注意振荡,并且辨别任务不易受到主观评价标准的影响,这为后续研究提供了更客观的方法测量注意振荡。除此之外,研究一还发现,注意振荡会受到任务难度的影响。这表明,注意振荡并不具有固定的周期,而是灵活可调的,研究对“注意眨眼聚光灯”理论进行了补充,发现大学生注意活动并不是稳定的,而是动态变化的,这提示可以利用注意振荡模式的灵活性和可调性培养大学生的注意能力。研究二至研究四在研究一改进的测量方法的基础上,结合视觉系统解剖结构的特点,采用心理物理法确定视觉区对注意振荡的影响,探索了注意眨眼聚光灯的神经机制。研究二将V1、V2、V3/VP和V4区域视为一个整体,大范围考察皮层距离在注意离散性中的作用,结果发现皮层距离远近影响注意振荡,皮层距离较远(垂直中线异侧呈现)条件下,出现了注意振荡。皮层距离较近(垂直中线同侧呈现)条件下,未出现注意振荡。这说明皮层距离会影响注意振荡,V1至V4四个视觉区参与了注意振荡。随后,依照视觉通路自上而下、从易到难,进一步细致地探讨V3/V2、V1区在注意离散性中的作用。研究三比较了水平中线同侧、异侧条件下的注意振荡以单独考察视觉区V2和V3/VP在注意振荡中的作用。结果发现,仅在水平中线异侧呈现条件下,出现了注意振荡,这说明V3/V2参与注意振荡,V1、V4没有参与注意振荡。研究四利用平面立体镜分视,操纵了被试双眼视像,不仅考察了双眼分视是否会影响注意振荡,还进一步考察了线索和靶子呈现在同眼异眼对注意振荡的影响,以探究初级视觉皮层在注意振荡中的作用。结果是线索靶子出现在同眼还是异眼条件下注意振荡无显著差异。这表明V1区双眼视觉通路或者更高级的视觉区可能参与注意振荡,V1之前的单眼通路没有参与注意振荡。值得注意的是,研究二、三、四的结论具有一致性,相互支持,共同表明V2/V3视觉区是视觉注意振荡的神经节点,而V1之前的单眼通路、V1、V4区不是该现象的神经节点。该研究增进了研究者对于注意振荡神经机制的理解,为干预治疗注意障碍患者提供了认知神经科学方面的证据。本研究通过四个研究九个实验,在优化注意振荡的实验方法的基础上,考察了注意振荡的神经节点以及任务难度、皮层距离对注意振荡的影响,结果表明:1)V3/V2视觉区参与注意振荡,V1和V4视觉区没有参与注意振荡,V1区之前的单眼通路也没有参与注意振荡;2)辨别任务可以探测到明显的注意振荡,验证注意振荡的动态性;3)视觉注意振荡的频律并不是固定的,会受任务难度、视觉区的拓扑特征影响,说明注意振荡机制是灵活的。针对本研究关注的问题一一注意振荡的神经节点,虽然研究确认了视觉区在注意振荡中的作用,但这只是注意振荡神经机制的冰山一角,因此未来研究需要:1)突破研究方法和范式方面的局限,多角度、多层次考察注意振荡的认知神经机制,发展和完善注意眨眼聚光灯理论;2)以教育神经科学为导向,加速认知神经科学与教育学的有机结合,在高校教学过程中运用认知神经科学的研究成果,提高高等教育质量。
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