由于加工資源的有限性，人腦對外界信息的有效加工依賴注意的參與。近年來實(shí)驗(yàn)室及合作的多項(xiàng)研究揭示了 “注意節(jié)律探照燈”，即人腦對多空間、多特征通過神經(jīng)振蕩機(jī)制以節(jié)律方式對外界信息進(jìn)行選擇性加工。然而，以往研究都基于自上而下的注意任務(wù)，自下而上注意中神經(jīng)振蕩的作用仍不清楚。
在本項(xiàng)研究中，課題組設(shè)計(jì)了一種新穎的自下而上的特征加工任務(wù)，通過結(jié)合高時(shí)間分辨率的行為采樣和腦電記錄探究特征加工的動態(tài)節(jié)律過程。在實(shí)驗(yàn)中，首先呈現(xiàn)一個由兩種顏色組成的視覺啟動刺激（下圖所示），其中一為高視覺顯著性特征，一為低視覺顯著性特征（圖例中紅色為高顯著特征，藍(lán)色為低顯著特征）。在啟動刺激出現(xiàn)后的一段時(shí)間里，視野中央呈現(xiàn)一個朝向刺激，受試需要對該朝向信息進(jìn)行辨別加工。朝向刺激的顏色是啟動圖形中的高顯著度或者低顯著度特征，但與朝向判斷任務(wù)無關(guān)。
行為結(jié)果上發(fā)現(xiàn)了alpha-band的節(jié)律，且對高低顯著性顏色的目標(biāo)存在穩(wěn)定的相位差，說明顏色信息雖然任務(wù)無關(guān)，但自下而上注意依然會在alpha頻段（8-12Hz）節(jié)奏性加工和區(qū)分這些特征信息。在行為結(jié)果基礎(chǔ)上，課題組進(jìn)而分析了朝向目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)的神經(jīng)活動，特別集中在alpha-band神經(jīng)振蕩的相位模式及其和行為的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)右側(cè)后頂葉電極上的alpha頻段神經(jīng)振蕩相位和反應(yīng)時(shí)相關(guān)。更為重要的是，高顯著性顏色目標(biāo)和低顯著性顏色目標(biāo)所對應(yīng)的最優(yōu)alpha-band振蕩相位呈現(xiàn)出一種近似反相的模式。該結(jié)果表明alpha頻段神經(jīng)振蕩采用不同相位分別對高顯著性和低顯著性的特征信息進(jìn)行選擇性加工。
課題組近年來使用認(rèn)知行為、腦電圖、腦磁圖系統(tǒng)揭示了視覺注意加工的動態(tài)過程及其神經(jīng)機(jī)制，包括：視覺注意行為振蕩(Journal of Neurosci, 2014, 2015; Journal of Cognitive Neurosci, 2020)，多物體視覺注意序列加工（PloS Biology, 2017；NeuroImage, 2019），多特征注意（Nature Communications，2019）。本項(xiàng)工作進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Alpha頻段神經(jīng)振蕩相位在自下而上特征注意的重要作用。這些研究支持了注意過程的節(jié)律性和動態(tài)性，體現(xiàn)了大腦利用時(shí)間維度在視覺信息加工中的“時(shí)分復(fù)用”機(jī)制。
該論文近日在線發(fā)表在《Cerebral Cortex》上，題目為 “Alpha-Band Phase Modulates Bottom-up Feature Processing”。方方實(shí)驗(yàn)室已畢業(yè)博士生賈建榮（現(xiàn)為杭州師范大學(xué)副研究員）和羅歡實(shí)驗(yàn)室在讀博士生范瑩為本文的共同第一作者。羅歡研究員和賈建榮博士為本文的共同通訊作者。該工作由羅歡研究員承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目資助完成。
全文鏈接：https://doi.org/10.1093/cercor/bhab291
相關(guān)文獻(xiàn)：
Jia, J. *, Fan, Y., & Luo, H.* (2021). Alpha-Band Phase Modulates Bottom-up Feature Processing. Cerebral Cortex, bhab291.
2021-08-25