陳艾睿 王愛君 王天琪 唐曉雨 張 明

(1蘇州大學(xué)心理學(xué)系, 心理與行為科學(xué)研究中心, 蘇州 215123)

(2遼寧師范大學(xué)心理學(xué)院, 兒童青少年健康人格評(píng)定與培養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心, 大連 116029)

1 引言

一個(gè)朋友從遠(yuǎn)處走來時(shí), 我們看到他自然地經(jīng)過了沿途的每一個(gè)位置, 所以主觀意識(shí)上覺得注意在時(shí)間維度上似乎也是連續(xù)的。但實(shí)際上, 這種意識(shí)的連續(xù)性并不能證明注意的連續(xù)性。注意可能每隔幾十毫秒采集一次信息, 然后構(gòu)建整體的知覺,同時(shí)又保證意識(shí)狀態(tài)的連續(xù)性(VanRullen & Koch,2003)。近期, 諸多研究表明, 注意并非連續(xù)地而是間歇性地加工外界信息(Busch & VanRullen, 2010;Landau & Fries, 2012; Song, Meng, Chen, Zhou, & Luo,2014; VanRullen, Carlson, & Cavanagh, 2007)。注意的這種特性被稱為“注意的離散性”, 指在精細(xì)的時(shí)間尺度上, 注意間歇性地采集外界信息的特性, 即“采集”、“停止”、“采集”、“停止”……如此循環(huán)往復(fù)(VanRullen et al., 2007)。該特性在行為上表現(xiàn)為指標(biāo)(正確率或反應(yīng)時(shí))有規(guī)律地時(shí)高時(shí)低, 這種由于注意導(dǎo)致的行為指標(biāo)有規(guī)律的變化被稱為注意振蕩(attention oscillation)。新近研究采用高時(shí)間分辨率的行為學(xué)研究方法, 打破了傳統(tǒng)認(rèn)知任務(wù)不能精細(xì)研究注意離散性的局限, 直接在被試的行為中(探測正確率和反應(yīng)時(shí))發(fā)現(xiàn)了振蕩模式(Benedetto,Spinelli, & Morrone, 2016; Chen, Wang, Wang, Tang,& Zhang, 2017; Dugué, Marque, & VanRullen, 2015;Dugué, McLelland, Lajous, & VanRullen, 2015; Dugué,Roberts, & Carrasco, 2016; Fiebelkorn, Saalmann, &Kastner, 2013; Huang, Chen, & Luo, 2015; Landau &Fries, 2012; Song et al., 2014)。

雖然研究者在視覺探測(Landau & Fries,2012)、視覺搜索(Dugué, Marque, et al., 2015; Dugué,McLelland, et al., 2015; Dugué & VanRullen, 2014,2017; Dugué, Xue, & Carrasco, 2017)和車輪錯(cuò)覺(Macdonald, Cavanagh, & VanRullen, 2014; VanRullen et al., 2007)等現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)并證明了注意振蕩的存在, 并采用EEG和MEG發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)振蕩與注意振蕩的密切關(guān)系(Busch & VanRullen, 2010; Buschman& Kastner, 2015; Landau, Schreyer, van Pelt, & Fries,2015; VanRullen, Zoefel, & Ilhan, 2014; Zoefel &VanRullen, 2017), 但是, 還存在兩方面的問題：第一, EEG和MEG技術(shù)存在部分局限(例如, 空間分辨率低、信號(hào)失真) (陳艾睿, 唐曉雨, 王愛君, 張明,2017); 第二, 現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)的腦區(qū)位置相互沖突。研究使用 EEG技術(shù)發(fā)現(xiàn)了注意振蕩與額中央?yún)^(qū)的神經(jīng)活動(dòng)相關(guān)(Busch, Dubois, & VanRullen, 2009;Busch & VanRullen, 2010); 而 Landau 等(2015)通過腦磁圖技術(shù)探查到對(duì)側(cè)半球距狀溝、舌回以及楔前葉等腦區(qū)的神經(jīng)振蕩與注意振蕩密切關(guān)聯(lián), 神經(jīng)振蕩可能是注意振蕩的神經(jīng)機(jī)制(Landau et al.,2015)。誠如 VanRullen (2016a, 2016b)指出, 現(xiàn)有研究并不能說明注意離散性究竟源于腦內(nèi)的何處位置, 與何種大腦結(jié)構(gòu)相關(guān), 即注意離散性的神經(jīng)節(jié)點(diǎn)并不清楚(VanRullen, 2016a, 2016b)。

由視覺通路的解剖特性可知, 雙眼朝前的高等哺乳動(dòng)物和人的單眼視覺信息是以分離的方式傳輸?shù)阶笥覂蓚?cè)視皮層的。在外側(cè)膝狀體的六層細(xì)胞中, 來自兩眼的信息分別獨(dú)立投射至不同的細(xì)胞層內(nèi)。僅當(dāng)信息傳遞至初級(jí)視覺皮層(Primary visual cortex, V1)時(shí), 來自雙眼的信息才能產(chǎn)生匯聚(Hubel & Wiesel, 1977; 壽天德, 2010)。V1的第四層細(xì)胞(IVc)是大腦皮層接收視覺信號(hào)的第一站。此處, 從雙眼而來的視覺信號(hào)仍和外側(cè)膝狀體神經(jīng)元一樣, 彼此獨(dú)立, 每一個(gè)單眼細(xì)胞僅能接受來自一只眼的信息(同眼條件), 另一眼內(nèi)的信息對(duì)它沒有影響(異眼條件)。相比于其他視皮層區(qū)域, 單眼細(xì)胞僅在V1存在, 這些細(xì)胞提供了“信號(hào)來自哪一只眼”的信息(Hubel & Livingstone, 1987)。除此之外,V1還包含大量對(duì)雙眼的信息均有反應(yīng)的神經(jīng)元,稱為雙眼細(xì)胞, 只有來自同一感受野輸入的單眼細(xì)胞信息才匯聚至同一雙眼細(xì)胞。因此, 若一個(gè)現(xiàn)象在同、異眼中有差異, 則說明該現(xiàn)象的神經(jīng)節(jié)點(diǎn)位于初級(jí)視覺皮層的 IVc層之前(單眼細(xì)胞部分); 若同、異眼沒有差別, 則表明該現(xiàn)象的神經(jīng)節(jié)點(diǎn)位于初級(jí)視覺皮層的 IVc層之后(雙眼細(xì)胞部分)。Zhaoping (2008)基于此發(fā)現(xiàn)了注意突顯地圖(bottomup saliency map)產(chǎn)生于V1, 研究還發(fā)現(xiàn), 相比靶子和干擾物同眼呈現(xiàn), 異眼的情況下被試需要花費(fèi)更多時(shí)間才能找到原來的靶子, 這一差異說明了注意突顯地圖在V1的單眼細(xì)胞加工階段就已經(jīng)產(chǎn)生了(Zhaoping, 2008)。此外, 同眼異眼呈現(xiàn)的方法還被廣泛用于其他視知覺現(xiàn)象的神經(jīng)節(jié)點(diǎn)的研究中, 如朝向適應(yīng)(Gilinsky & Doherty, 1969), 空間頻率適應(yīng)(Blakemore & Campbell, 1969), 顏色適應(yīng)(McCollough,1965), 運(yùn)動(dòng)后效(Anstis, Verstraten, Mather, & George,1998), 主觀輪廓知覺(Paradiso, Shimojo, & Nakayama,1989), 知覺學(xué)習(xí)(Schoups & Orban, 1996)等。

諸多研究表明內(nèi)源性注意和外源性注意與初級(jí)視覺皮層(V1)內(nèi)的神經(jīng)元激活狀態(tài)有關(guān)(Briggs,Mangun, & Usrey, 2013; Chalk et al., 2010; Pooresmaeili,Poort, & Roelfsema, 2014; Pooresmaeili, Poort, Thiele,& Roelfsema, 2010; Thiele, Pooresmaeili, Delicato,Herrero, & Roelfsema, 2009; Wang, Chen, Yan, Zhaoping,& Li, 2015)。不僅內(nèi)源性注意可以調(diào)控V1區(qū)域的神經(jīng)元激活狀態(tài), 外源性注意同樣可以增強(qiáng) V1區(qū)域內(nèi)線索化位置對(duì)應(yīng)的神經(jīng)元的放電頻率(Wang et al., 2015)。Dugué等(2016)使用TMS技術(shù)干擾V1/V2, 發(fā)現(xiàn)非線索化條件, 即注意重定向時(shí), TMS干擾的區(qū)域?yàn)榘凶蛹庸さ哪X區(qū)和干擾物加工對(duì)應(yīng)的腦區(qū)時(shí), 被試的辨別力在時(shí)間維度上呈現(xiàn)出周期性變化, 但在線索化條件卻未發(fā)現(xiàn)振蕩模式(Dugué et al., 2016), 雖然這與注意離散性的經(jīng)典研究結(jié)果并不一致, 但研究提示了V1/V2可能也在注意離散性中起到重要作用。

基于視覺通路的解剖特性, 本研究采用高時(shí)間分辨率的線索靶子范式, 利用雙眼分視技術(shù), 考察V1區(qū)在注意離散性中的作用。實(shí)驗(yàn)選取平面立體鏡達(dá)到同眼和異眼呈現(xiàn)的目的。該裝置通過反射原理, 讓屏幕左側(cè)刺激進(jìn)入左眼, 右側(cè)刺激進(jìn)入右眼,以此獨(dú)立控制單眼呈現(xiàn)的刺激。當(dāng)線索和靶子出現(xiàn)在不同的眼睛內(nèi)時(shí)(異眼呈現(xiàn)), 二者分別驅(qū)動(dòng)了V1內(nèi)不同的單眼神經(jīng)元; 當(dāng)二者出現(xiàn)在同一只眼睛內(nèi)時(shí)(同眼呈現(xiàn)), 二者驅(qū)動(dòng)了相同的單眼神經(jīng)元?？紤]到辨別任務(wù)較探測任務(wù)更少受反應(yīng)偏向的影響(Drewes, Zhu, Wutz, & Melcher, 2015; Dugué, Merriam,Heeger, & Carrasco, 2017; 錢晨燦, 劉祖詳, 2016),實(shí)驗(yàn)1使用四擇一的迫選任務(wù)(four-alternative forcedchoice, 4AFC)考察了非雙眼分視下注意的振蕩, 作為研究的基線條件。實(shí)驗(yàn)2則在實(shí)驗(yàn)1的基礎(chǔ)上操控線索和靶子呈現(xiàn)的眼間關(guān)系, 考察同眼呈現(xiàn)、異眼呈現(xiàn)條件下的注意振蕩：1)如果僅當(dāng)同眼呈現(xiàn)時(shí)注意振蕩才會(huì)發(fā)生, 說明注意離散性源于 V1的雙眼細(xì)胞之前的單眼視覺通路之中; 2)如果異眼條件下和同眼條件下都出現(xiàn)了同樣的振蕩模式, 說明注意離散性源于V1的雙眼細(xì)胞或之后的視覺區(qū)。

2 實(shí)驗(yàn)1：非雙眼分視條件下的注意振蕩

2.1 方法

2.1.1 被試

16名蘇州大學(xué)本科生參加了實(shí)驗(yàn)(男 3名, 女13名), 年齡為20～25周歲(

M

=21.19歲,

SD

=1.60),均為右利手。所有被試視力或矯正視力正常, 無色盲或色弱。實(shí)驗(yàn)后給予被試相應(yīng)報(bào)酬。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)1作為基線條件, 考察了非雙眼分視條件下的注意振蕩。采用了單因素兩水平(空間有效性：線索化vs.非線索化)被試內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。根據(jù)線索與靶子呈現(xiàn)位置的異同(空間有效性), 分為線索化條件和非線索化條件。線索化條件是指靶子出現(xiàn)在與線索的空間位置相同的光柵之上(同側(cè)位置), 非線索化條件是指靶子出現(xiàn)在與線索的空間位置相反的光柵之上(對(duì)側(cè)位置)。

為了探測注意振蕩, 實(shí)驗(yàn)中設(shè)置50個(gè)SOA水平, 從100到1080 ms中每間隔20 ms取一個(gè)水平(50 Hz采樣頻率)。實(shí)驗(yàn)中, 通過測量每個(gè)SOA水平下的正確率, 計(jì)算出本實(shí)驗(yàn)的因變量注意振蕩節(jié)律。

從任務(wù)類型來看, 探測任務(wù)會(huì)更受被試主觀標(biāo)準(zhǔn)的影響, 如果被試的判斷標(biāo)準(zhǔn)更為冒險(xiǎn), 會(huì)有較多的錯(cuò)誤反應(yīng); 而如果標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)謹(jǐn), 會(huì)有較少的正確判斷, 這種反應(yīng)偏向會(huì)污染最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。研究表明, 辨別任務(wù)相對(duì)較少受到判斷標(biāo)準(zhǔn)的影響(Drewes et al., 2015)。本實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了注意振蕩的實(shí)驗(yàn)方法, 將任務(wù)改為四擇一的迫選任務(wù)(4AFC), 并且該任務(wù)為辨別任務(wù), 被試需要盡量準(zhǔn)確分辨靶子刺激的位置(左上、左下、右上、右下), 對(duì)反應(yīng)速度沒有要求。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)程序采用Matlab和Psychophysics Toolbox-3編寫(Brainard, 1997; Pelli, 1997), 在Dell Optiplex755計(jì)算機(jī)上運(yùn)行, 顯示器為22英寸ViewSonic P225f CRT, 分辨率為1024×768, 刷新頻率為100 Hz, 用鍵盤進(jìn)行按鍵反應(yīng)。

2.1.4 實(shí)驗(yàn)刺激

實(shí)驗(yàn)場景和參數(shù)參考Landau和Fries (2012)的研究(詳見圖1A)。所有刺激均呈現(xiàn)在一個(gè)灰色背景之上, 灰色背景的亮度是 3.88 cd/m。被試需要始終盯住一個(gè)白色圓點(diǎn)(直徑為 0.5°), 此為中央注視點(diǎn)。同時(shí), 被試需要監(jiān)視著左右兩側(cè)的光柵, 光柵直徑為4°, 光柵距離中央注視點(diǎn)距離(離心率)為5°,光柵的空間頻率為1.4 c/°, 對(duì)比度為100%。為了盡量減少靶刺激的突顯性影響注意振蕩, 光柵并非靜止而是沿著某一方向運(yùn)動(dòng), 每個(gè)試次中, 兩個(gè)光柵運(yùn)動(dòng)速度均為0.7 c/s (Landau & Fries, 2012)。同時(shí)為防止視覺系統(tǒng)適應(yīng)光柵朝向, 運(yùn)動(dòng)方向分別獨(dú)立從 0°～360°中隨機(jī)選取, 光柵朝向與運(yùn)動(dòng)方向垂直(Landau & Fries, 2012)。同時(shí), 每個(gè)光柵分別被灰色十字線(線寬0.22°)平均分為4份：左上、右上、左下、右下。

線索刺激包含4個(gè)白色圓點(diǎn), 圓點(diǎn)的直徑為1°,圓點(diǎn)中心距離光柵邊緣 1.5°。實(shí)驗(yàn)中, 線索呈現(xiàn)的時(shí)間為30 ms。靶刺激是指光柵上任一圓形區(qū)域內(nèi)的對(duì)比度陡然下降, 圓形區(qū)域直徑為1°。同樣為了降低靶刺激的突顯性, 整個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)對(duì)比度下降的幅度呈高斯分布, 此分布的標(biāo)準(zhǔn)差(

SD

)為 0.5°,最大值由一個(gè)自適應(yīng)階梯法的程序(QUEST)確定(Watson & Pelli, 1983)。靶刺激的呈現(xiàn)時(shí)間為30 ms,靶刺激隨機(jī)出現(xiàn)在光柵4個(gè)區(qū)域中的任意一個(gè)之中,避免與十字線重疊。

2.1.5 實(shí)驗(yàn)流程

本實(shí)驗(yàn)在暗室內(nèi)進(jìn)行, 被試端坐在屏幕前方,距離屏幕50 cm, 頭放在顎托架上。為更好地探測注意振蕩, 實(shí)驗(yàn)首先采用 QUSET方法為每一名被試確定了一個(gè)合適的難度, 此時(shí)被試探測到靶刺激出現(xiàn)的概率為 50% (閾限測量) (Fiebelkorn et al.,2013; Landau & Fries, 2012); 然后考察線索化和非線索化條件被試探測視覺刺激能力的周期性變化(振蕩測量)。

靶刺激的明顯程度事先在閾限測量階段確定。除不呈現(xiàn)線索刺激之外, 實(shí)驗(yàn)刺激和流程與振蕩測量階段相同。程序根據(jù)被試的反應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)靶子位置的對(duì)比度下降的數(shù)值。下降得越多靶刺激越明顯,下降得越少靶刺激越微弱。如果被試可以正確判斷位置, 則在隨后一次的測試中減少對(duì)比度的下降程度, 反之, 判斷錯(cuò)誤則升高對(duì)比度的下降值。通過這種方法測出被試探測到靶刺激的合適閾值, 即, 此時(shí)被試有50%的機(jī)率可以正確探測出靶刺激的位置。

圖1 實(shí)驗(yàn)1流程和注意振蕩結(jié)果。(A)實(shí)驗(yàn)1流程圖; (B)在補(bǔ)零擴(kuò)展、去趨勢、漢寧窗濾波之后, 通過快速傅里葉變換把行為振蕩中的時(shí)域變換到頻域。圖中顯示了線索化條件(紅色實(shí)線)和非線索化條件(藍(lán)色虛線), 被試的正確率隨時(shí)間的變化趨勢; (C)線索化條件和非線索化條件各頻段的振幅, *表示顯著的頻段。彩圖見電子版，下同。

振蕩測量階段的流程(詳見圖1A)：每個(gè)試次中,空屏呈現(xiàn)1000至1200 ms后, 出現(xiàn)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)光柵,隨后(即, 光柵呈現(xiàn) 500～1750 ms后)線索刺激出現(xiàn)在其中一個(gè)光柵的周圍(30 ms), 間隔100至1080 ms之后, 靶刺激呈現(xiàn)30 ms后消失, 屏幕中繼續(xù)呈現(xiàn)注視點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)光柵等待被試按鍵反應(yīng)。此時(shí), 被試需要完成一個(gè) 4AFC任務(wù)：判斷靶刺激的位置(即,靶刺激出現(xiàn)在光柵的哪個(gè)方位)。若3 s內(nèi)被試仍不按鍵報(bào)告, 則呈現(xiàn)紅色提示語“左下、右下、左上、右上”, 讓被試猜測剛才靶刺激出現(xiàn)在光柵上的哪個(gè)方位, 直至被試按鍵, 該試次結(jié)束。為了減少被試按鍵難度, 我們選擇鍵盤中小鍵盤部分的“1、2、4、5”四個(gè)按鍵分別對(duì)應(yīng)光柵上的四個(gè)部分。需要注意的是, 被試可以忽略靶刺激具體出現(xiàn)在哪個(gè)光柵之中, 而僅僅需要判斷靶刺激出現(xiàn)在光柵上的哪個(gè)方位。被試按鍵后, 通過在屏幕中心呈現(xiàn)“對(duì)”或“錯(cuò)”字樣給予反饋。振蕩測量階段, 每名被試共完成1600個(gè)試次, 其中線索化條件有50種SOA水平,非線索化條件有50種不同的SOA水平, 每種條件重復(fù)16次。為了避免疲勞效應(yīng), 振蕩測量階段分為8組, 在2～3天內(nèi)完成。

2.2 數(shù)據(jù)分析

采用Matlab和CircStat工具箱分析被試的正確率(Berens, 2009)。對(duì)于每名被試, 首先計(jì)算出每個(gè)SOA線索化與非線索化條件下的正確率, 接下來,將正確率依照SOA從100至1080 ms分線索化和非線索化進(jìn)行排列, 由此得到被試的探測能力隨時(shí)間的變化規(guī)律(ACC-SOA信號(hào)), 即行為振蕩。接下來, 為了分析行為振蕩的頻譜特性, 對(duì)每名被試的行為振蕩(即, ACC-SOA信號(hào))進(jìn)行頻譜分析。具體來看, 每種條件下, 在補(bǔ)零擴(kuò)展(Zero padded)、去趨勢(Detrend)、漢寧窗濾波(Hanned)之后, 通過快速傅里葉變換(fast Fourier transform, FFT)把行為振蕩中的時(shí)域變換到頻域。由此, 便可探知行為振蕩中的振蕩信息。除了頻率信息以外, 為了進(jìn)一步確定振蕩模式, 計(jì)算了線索化與非線索化條件下行為振蕩的相位信息。在傅里葉變換中提取每名被試在每個(gè)頻率(0～25 Hz)上的相位信息, 隨后將線索化與非線索化條件下的相位相減, 得到二者的相位差(Phase difference), 最后計(jì)算出所有被試的相位趨勢(Cross-subject coherence in the phase difference values)。由此, 確定每個(gè)頻率下線索化與非線索化條件的相位關(guān)系, 并采用圓形統(tǒng)計(jì)(Circular statistics)中的 Rayleigh tests檢查顯著頻段的相位信息的不一致性是否達(dá)到顯著水平。

為了探測哪些頻率的振蕩達(dá)到顯著水平, 采用以下非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法。首先, 在每個(gè)被試每種條件下, 隨機(jī)打亂ACC-SOA信號(hào)中的時(shí)間信息1000次,產(chǎn)生1000個(gè)替代信號(hào)(Surrogate signals)。對(duì)每個(gè)替代信號(hào), 進(jìn)行上述的FFT分析, 在每個(gè)頻率上得到1000個(gè)替代信號(hào)對(duì)應(yīng)的振幅, 這些振幅組成了頻域信息的置換分布(Permutation distribution)。采用置換檢驗(yàn)(Permutation test)對(duì)置換分布和原始行為振蕩中的振蕩信息進(jìn)行分析, 得到每個(gè)頻率(0～25 Hz)振蕩的顯著性。由于該置換檢驗(yàn)中涉及了多重比較, 采用較為嚴(yán)格的Bonferroni法對(duì)結(jié)果進(jìn)行矯正, 以防止假陽性結(jié)果的出現(xiàn)。

2.3 結(jié)果

首先, 實(shí)驗(yàn) 1探究了非雙眼分視條件下 4AFC任務(wù)中注意振蕩的頻率。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 線索化和非線索化條件下被試的正確率無差別, 分別為 62.04%(

SD

=8.68%)和55.01% (

SD

=16.00%), 配對(duì)樣本t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)二者無顯著差異,

t

(15)=1.92,

p

=0.074,

d

=0.48, 95%CI=[?0.0077, 0.15]。更重要的是線索化位置和非線索化位置的正確率在時(shí)程上呈現(xiàn)此起彼伏的模式。具體見圖1B, 圖中紅色實(shí)線代表線索化位置正確率隨時(shí)間的變化, 藍(lán)色虛線代表非線索化位置正確率隨時(shí)間的變化。細(xì)線表示原始正確率, 對(duì)其進(jìn)行三點(diǎn)平滑之后得到粗線。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng) SOA較短時(shí)線索化位置的正確率高于非線索化位置, 但是隨著SOA的延長, 這種趨勢并非一直保持, 而是數(shù)次發(fā)生反轉(zhuǎn), 出現(xiàn)“此起彼伏”的交替現(xiàn)象, 該現(xiàn)象稱為行為振蕩。此振蕩則定性地表明注意在線索化位置與非線索化位置來回切換, 證明4AFC的范式仍舊能夠探測到注意振蕩。通過傅里葉分析和置換檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 行為振蕩在某些頻段達(dá)到顯著水平。具體見圖1C, 線索化位置的振蕩在6.25～8.59 Hz達(dá)到顯著水平(

p

< 0.05), 非線索化位置在1.56～2.34 Hz (

p

< 0.05)達(dá)到顯著水平。此結(jié)果進(jìn)一步表明實(shí)驗(yàn)1中注意振蕩出現(xiàn)在低頻頻段, 與前人結(jié)果一致(Dugué, Marque, et al.,2015; Fiebelkorn et al., 2013; Landau & Fries, 2012)。

3 實(shí)驗(yàn)2：雙眼分視條件下的注意振蕩

3.1 方法

3.1.1 被試

16名蘇州大學(xué)本科生參加了實(shí)驗(yàn)(男 5名, 女11名), 年齡為20～25周歲(

M

=20.75歲,

SD

=1.43),均為右利手。所有被試視力或矯正視力正常, 無色盲或色弱。實(shí)驗(yàn)后給予被試相應(yīng)報(bào)酬。

3.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)2考察了分視條件下的注意振蕩。采用了2(空間有效性：線索化 vs.非線索化)×2(眼睛有效性：同眼vs.異眼)的被試內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)?？臻g有效性的操作定義與實(shí)驗(yàn)1相同。根據(jù)線索與靶子呈現(xiàn)眼睛的異同(眼睛有效性), 分為同眼條件和異眼條件。同眼條件是指線索與靶子出現(xiàn)在同一只眼睛內(nèi),異眼條件是指線索與靶子出現(xiàn)在不同的眼睛內(nèi)。

3.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

利用平面立體鏡把電腦屏幕兩側(cè)圖像分別反射到被試的左眼和右眼。其余設(shè)備與實(shí)驗(yàn)1相同。

3.1.4 實(shí)驗(yàn)刺激

與實(shí)驗(yàn)1相同。

3.1.5 實(shí)驗(yàn)流程

首先, 通過調(diào)試程序讓每名被試調(diào)整平面立體鏡成像直至兩側(cè)圖像很好地在中央位置融合。然后進(jìn)行與實(shí)驗(yàn) 1相同的閾限測量和注意振蕩測量實(shí)驗(yàn)。圖2顯示了異眼條件的一種情況, 即線索出現(xiàn)在右眼, 而靶子出現(xiàn)在左眼。

圖2 實(shí)驗(yàn)2流程(異眼條件)

3.2 數(shù)據(jù)分析

與實(shí)驗(yàn)1中的數(shù)據(jù)處理與分析方法相同。

3.3 結(jié)果

實(shí)驗(yàn)2采用4AFC范式探究同眼和異眼下注意振蕩的規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 線索化和非線索化條件下被試的正確率無差異, 分別為 52.53% (

SD

=11.76%)和48.37% (

SD

=14.13%), 配對(duì)樣本t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)二者無顯著差異,

t

(15)=1.82,

p

=0.09,

d

=0.23, 95%CI=[?0.0072, 0.090]; 同眼線索化條件和非線索化條件下被試的正確率無差異, 分別為52.27% (

SD

=12.03%)和 47.63% (

SD

=14.56%), 配對(duì)樣本t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)二者無顯著差異,

t

(15)=2.02,

p

=0.06,

d

=0.25, 95%CI=[?0.0025, 0.095]; 異眼線索化條件和非線索化條件下被試的正確率無差異, 分別為52.80% (

SD

=11.67%)和49.13% (

SD

=13.91%),配對(duì)樣本t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)二者無顯著差異,

t

(15)=1.53,

p

=0.15,

d

=0.20, 95%CI=[?0.014, 0.088]。通過傅里葉分析和置換檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 無論是同眼還是異眼條件下, 都出現(xiàn)了明顯的行為振蕩模式(詳見圖3A和C)。對(duì)行為振蕩進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn), 兩種條件下都發(fā)現(xiàn)了顯著的振蕩頻段。具體來看, 同眼條件下, 線索化位置和非線索化位置都在12.50～13.28 Hz達(dá)到了顯著水平(

p

< 0.05) (詳見圖3B); 異眼條件下, 線索化位置的行為振蕩同樣在12.50～13.28 Hz達(dá)到了顯著水平(

p

< 0.05), 非線索位置的行為振蕩則在11.72～13.28 Hz達(dá)到了顯著水平(

p

< 0.05) (詳見圖3D)。由此可知, 在線索化與非線索化位置觀察到了明顯的行為振蕩。為了進(jìn)一步確定實(shí)驗(yàn)2中的行為振蕩, 對(duì)同眼和異眼條件下 12～13 Hz的相位進(jìn)行分析, 發(fā)現(xiàn)兩種條件下, 線索化位置與非線索化位置的相位出現(xiàn)了顯著差異(Reyleigh test, 同眼條件

p

=0.012, 異眼條件

p

=0.014), 且差異在180°附近(詳見圖 4), 即線索化與非線索化兩個(gè)位置出現(xiàn)了精準(zhǔn)的反相位振蕩模式。

圖3 實(shí)驗(yàn)2注意振蕩結(jié)果。(A)在補(bǔ)零擴(kuò)展、去趨勢、漢寧窗濾波之后, 通過快速傅里葉變換把行為振蕩中的時(shí)域變換到頻域。線索靶子出現(xiàn)在同眼時(shí), 線索化和非線索化條件下, 正確率隨時(shí)間變化的趨勢; (B)線索靶子出現(xiàn)在同眼時(shí), 線索化條件和非線索化條件各頻段的振幅; (C)線索靶子出現(xiàn)在異眼時(shí), 線索化和非線索化條件下, 正確率隨時(shí)間變化的趨勢; (D)線索靶子出現(xiàn)在異眼時(shí), 線索化條件和非線索化條件各頻段的振幅, *表示顯著的頻段。

4 討論

本研究采用高時(shí)間分辨率的線索靶子范式, 利用平面立體鏡分視, 操縱了被試雙眼視像, 不僅考察了雙眼分視是否會(huì)影響注意振蕩(實(shí)驗(yàn)1 vs.實(shí)驗(yàn)2), 還進(jìn)一步考察了線索和靶子呈現(xiàn)在同眼 vs.異眼對(duì)注意振蕩的影響(實(shí)驗(yàn) 2), 以探究初級(jí)視覺皮層V1區(qū)在注意振蕩中的作用。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1)非雙眼分視條件下(實(shí)驗(yàn) 1), 注意振蕩出現(xiàn)在低頻(2 Hz和8 Hz), 而分視條件下, 注意振蕩則出現(xiàn)在更高的頻段(12.5 Hz)。這表明分視會(huì)對(duì)注意振蕩發(fā)生的頻段產(chǎn)生影響。2)線索靶子出現(xiàn)在同眼還是異眼條件下注意振蕩無顯著差異。這提示V1區(qū)雙眼視覺通路或者更高級(jí)的視覺區(qū)可能參與注意振蕩。

圖4 實(shí)驗(yàn)2中同眼(A)和異眼(B)條件下注意振蕩的相位結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)1采用四擇一的辨別任務(wù)測量了注意振蕩,結(jié)果發(fā)現(xiàn)注意振蕩出現(xiàn)在低頻頻段, 與以往結(jié)果一致(Dugué, Marque, et al., 2015; Fiebelkorn et al.,2013; Landau & Fries, 2012)。值得注意的是, 相較于探測任務(wù), 本研究采用的辨別任務(wù)可以更好地避免被試反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)(激進(jìn)或保守)的影響(Drewes et al.,2015; Dugué, Merriam, et al., 2017; 錢晨燦, 劉祖詳, 2016)。測得的正確率更純凈地反映了被試的注意或者知覺能力的變化, 而非決策標(biāo)準(zhǔn)。除此之外,在辨別任務(wù)中, 常見的2AFC的辨別任務(wù)的隨機(jī)正確率為50%, 僅能操控50%～100%的閾限。而4AFC的隨機(jī)正確率為25%, 此時(shí)實(shí)驗(yàn)者可以操控的閾限范圍是25%～100%。此優(yōu)勢有利于研究不同任務(wù)難度情況下, 行為振蕩模式的不同。

近年來, 注意離散性領(lǐng)域的研究結(jié)果, 極大地挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的注意聚光燈理論, 注意并非連續(xù)的而是離散的, 基于此, VanRullen等人提出“眨眼聚光燈”理論, 認(rèn)為注意系統(tǒng)在加工外界信息時(shí)是有節(jié)律的, 當(dāng)空間中存在多個(gè)物體時(shí), 注意有規(guī)律地進(jìn)行切換, 而當(dāng)僅加工單個(gè)物體時(shí), 注意也是離散加工(VanRullen, 2013, 2016a, 2016b; VanRullen et al.,2007, 2014)。本研究的結(jié)果進(jìn)一步支持了“眨眼聚光燈”理論, 而且發(fā)現(xiàn)雙眼分視與否(實(shí)驗(yàn) 1vs.實(shí)驗(yàn)2)會(huì)影響到注意振蕩的頻段。值得注意的是, 如果僅在一只眼中呈現(xiàn)刺激, 人類被試不能夠區(qū)分該刺激源自于哪只眼睛, 個(gè)體意識(shí)到的是兩只眼睛內(nèi)圖像的疊加狀態(tài)(Wolfe & Franzel, 1988)。V1被認(rèn)為是腦皮層中最不可能與意識(shí)相關(guān)的腦區(qū)(Crick &Koch, 1995; He, Cavanagh, & Intriligator, 1996; He& MacLeod, 2001)。所以, 雙眼分視和非雙眼分視條件產(chǎn)生的意識(shí)狀態(tài)相同, 兩種條件的差異不可能源于各種意識(shí)上的認(rèn)知因素。Jia, Liu, Fang和Luo(2017)使用高時(shí)間分辨率的腦電技術(shù), 在各種不同的任務(wù)中考察了注意的時(shí)空動(dòng)態(tài)特征。他們發(fā)現(xiàn)：1)刺激出現(xiàn)后, 頭皮表面記錄到的抑制性 alpha波標(biāo)識(shí)了注意指向的空間位置或者客體, 約 200 ms注意會(huì)在物體間切換一次; 2)注意時(shí)空動(dòng)態(tài)特征會(huì)受到任務(wù)調(diào)控, 且觀察到腦電的趨勢與行為表現(xiàn)相關(guān), 結(jié)果說明注意不僅會(huì)對(duì)焦點(diǎn)處物體進(jìn)行加工,在焦點(diǎn)外還會(huì)監(jiān)控其他物體, 這一過程是以動(dòng)態(tài)系列采樣的模式工作的(Jia et al., 2017)。這篇研究及本研究結(jié)果都支持了注意的離散性, 提示注意以系列的方式進(jìn)行工作, 且其動(dòng)態(tài)的工作模式會(huì)受到任務(wù)類型及刺激呈現(xiàn)眼間條件的影響而進(jìn)行靈活調(diào)控。

研究采用高時(shí)間分辨率的行為學(xué)方法證實(shí)了視覺注意的離散性, 并且可以體現(xiàn)在正確率、反應(yīng)時(shí)兩個(gè)指標(biāo)之上(Landau & Fries, 2012; Song et al.,2014); 電生理研究證明神經(jīng)振蕩可能是注意離散性的神經(jīng)機(jī)制(Busch & VanRullen, 2010; Landau et al., 2015)。但是, 現(xiàn)有研究并不能說明注意離散性究竟源于腦內(nèi)的何處位置, 與何種大腦結(jié)構(gòu)相關(guān)(VanRullen, 2016a, 2016b)。本研究利用人眼視覺通路的解剖學(xué)特性, 采用雙眼分視技術(shù), 比較了線索靶子出現(xiàn)在同眼和異眼兩種條件下的注意振蕩。同眼條件, 靶子激活的是線索出現(xiàn)時(shí)激活的單眼視覺通路, 而異眼條件下, 靶子激活的是另外一只眼睛的單眼視覺通路。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 即使激活的單眼視覺通路發(fā)生變化, 注意振蕩發(fā)生的頻段并未改變, 這提示 V1區(qū)的單眼視覺通路可能并未參與注意振蕩。Dugué等(2016)采用 TMS技術(shù)大范圍干擾V1/V2區(qū)時(shí)發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域會(huì)對(duì)非線索化條件的正確率產(chǎn)生周期性變化(Dugué et al., 2016), 結(jié)合本研究的結(jié)果共同提示, 注意振蕩可能與 V1區(qū)的雙眼視覺通路或者更高級(jí)的視覺區(qū)域有關(guān)。初級(jí)視覺皮層注意突顯圖理論指出, 人類的初級(jí)視覺皮層可以在視覺信息加工的早期階段生成視覺突顯圖, 用以引導(dǎo)空間選擇性注意的分布(Zhaoping, 2008)。這一理論得到了fMRI、ERP研究結(jié)果的支持, V1區(qū)的活動(dòng)可以預(yù)測自下而上的注意及分布(Zhang,Zhaoping, Zhou, & Fang, 2012), 而本研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn) V1區(qū)還參與注意離散性的表達(dá), 但額頂區(qū)是注意系統(tǒng)工作的重要腦區(qū)(Buschman & Kastner, 2015;Buschman & Miller, 2009, 2010), 因此未來研究需要厘清視覺區(qū)是注意離散性產(chǎn)生的直接原因, 抑或是額頂區(qū)通過反饋信號(hào)使得初級(jí)視覺皮層進(jìn)而表現(xiàn)出注意離散的特性。

5 結(jié)論

(1) 四擇一迫選的辨別任務(wù)可以探測到明顯的注意振蕩。

(2) 雙眼分視和非雙眼分視條件的注意振蕩模式存在差異, 表明分視會(huì)對(duì)注意振蕩產(chǎn)生影響。

(3) 同、異眼條件的注意振蕩模式無差異, 表明V1區(qū)雙眼視覺通路或者更高級(jí)的視覺區(qū)可能參與注意振蕩。

致謝：

感謝中科院心理所董波、袁佩君在數(shù)據(jù)分析過程中提供的建議和幫助。Anstis, S., Verstraten, F.A.J., & Mather, G.(1998).The motion aftereffect.

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