2020年4月29日，北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、北京大學(xué)IDG麥戈文腦科學(xué)研究所、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的張航研究組在 Journal of Neuroscience 期刊上發(fā)表論文，提出了一個(gè)新的計(jì)算模型用以解釋人類認(rèn)知過程中廣泛存在的視覺啟動(dòng)效應(yīng)，認(rèn)為啟動(dòng)效應(yīng)不是大腦對(duì)外界啟動(dòng)刺激的固化響應(yīng)，而是大腦在固有的注意振蕩與對(duì)未來目標(biāo)的時(shí)間預(yù)期共同作用下的涌現(xiàn)特征。

啟動(dòng)效應(yīng)是指人們對(duì)事物的反應(yīng)快慢會(huì)受到之前遇到的類似事物的影響。如下圖所示，當(dāng)啟動(dòng)刺激和目標(biāo)刺激同為朝左或朝右的箭頭時(shí)，相比二者為相反方向的箭頭，人們的反應(yīng)速度有可能會(huì)更快（正啟動(dòng)）或更慢（負(fù)啟動(dòng)）。

即使當(dāng)啟動(dòng)刺激的特征完全無法預(yù)測(cè)目標(biāo)刺激的特征時(shí)（例如，二者相同和相反的概率各為50%），啟動(dòng)效應(yīng)仍然存在。多數(shù)前人理論因而將視覺啟動(dòng)效應(yīng)視為大腦對(duì)外界啟動(dòng)刺激的一種固化響應(yīng)，集中于探討啟動(dòng)刺激如何影響相關(guān)特征的激活或抑制。然而，鮮有理論能夠完整地解釋啟動(dòng)效應(yīng)隨著啟動(dòng)與目標(biāo)刺激之間的時(shí)間間隔而發(fā)生的動(dòng)態(tài)變化，更難以解釋近期羅歡研究組在實(shí)證研究中所發(fā)現(xiàn)的啟動(dòng)效應(yīng)的周期性振蕩現(xiàn)象 (Huang et al., 2015)。

論文作者提出了振蕩式時(shí)間預(yù)期模型（Oscillated Temporal Expectation Model，簡(jiǎn)稱OTEM），試圖用一個(gè)統(tǒng)合的機(jī)制去解釋各種啟動(dòng)效應(yīng)及其時(shí)間動(dòng)態(tài)特性。模型假設(shè)，啟動(dòng)刺激出現(xiàn)后，大腦會(huì)為即將出現(xiàn)的目標(biāo)積極進(jìn)行準(zhǔn)備。一方面，啟動(dòng)刺激會(huì)引發(fā)大腦的注意振蕩，使得相關(guān)特征的注意增益隨著時(shí)間而發(fā)生周期性的變化；另一方面，目標(biāo)刺激出現(xiàn)的時(shí)間規(guī)律影響著大腦對(duì)未來目標(biāo)的時(shí)間預(yù)期，決定著時(shí)間增益。最終，注意增益和時(shí)間增益的共同作用決定了大腦在目標(biāo)出現(xiàn)出對(duì)目標(biāo)的準(zhǔn)備程度，準(zhǔn)備程度越高則反應(yīng)時(shí)越短。雖然模型假定大腦對(duì)相關(guān)特征從未有過持久的激活或抑制，注意振蕩在不同特征上的相位差會(huì)給與啟動(dòng)刺激相似的目標(biāo)刺激帶來先發(fā)優(yōu)勢(shì)或劣勢(shì)，使得模型可以產(chǎn)生出持久的正啟動(dòng)或負(fù)啟動(dòng)效應(yīng)。

OTEM模型不但為前人文獻(xiàn)中經(jīng)典的正啟動(dòng)效應(yīng)、負(fù)啟動(dòng)效應(yīng)和新近發(fā)現(xiàn)的振蕩式啟動(dòng)效應(yīng)及其時(shí)間動(dòng)態(tài)特性提供了統(tǒng)一的量化的解釋，而且預(yù)測(cè)，啟動(dòng)效應(yīng)會(huì)隨著時(shí)間預(yù)期或注意振蕩的變化而變化。在兩個(gè)新實(shí)驗(yàn)中，論文作者分別操縱了時(shí)間預(yù)期和注意振蕩，發(fā)現(xiàn)了符合模型預(yù)期的新現(xiàn)象——當(dāng)時(shí)間不確定性降低時(shí)，啟動(dòng)效應(yīng)會(huì)增大；當(dāng)注意振蕩減弱時(shí)，啟動(dòng)效應(yīng)會(huì)減小甚至消失。

與前人理論相比，OTEM的理論假說在兩個(gè)方面具有顛覆性：一是以日益受到關(guān)注但仍然相對(duì)非主流的注意振蕩現(xiàn)象為前提，反過來解釋了經(jīng)典的正啟動(dòng)和負(fù)啟動(dòng)效應(yīng)；二是指出啟動(dòng)效應(yīng)在很大程度上取決于大腦對(duì)未來目標(biāo)的時(shí)間預(yù)期。

本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、北京大學(xué)機(jī)器感知與智能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)與廣東省腦連接圖譜重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院張航研究組的博士研究生王牧之為論文第一作者。北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、北京大學(xué) IDG 麥戈文腦科學(xué)研究所的羅歡研究員和中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的黃艷副研究員也對(duì)論文做出重要貢獻(xiàn)。

References

Huang, Y., Chen, L., & Luo, H. (2015). Behavioral oscillation in priming: competing perceptual predictions conveyed in alternating theta-band rhythms. Journal of Neuroscience, 35(6), 2830-2837.

Wang, M., Huang, Y., Luo, H., & Zhang, H. (2020). Sustained visual priming effects can emerge from attentional oscillation and temporal expectation. Journal of Neuroscience, 40(18), 3657-3674. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2539-19.2020

2020-04-30