枕叶和顶叶皮质快速光学成像揭示的注意力定向和重新定向的时间-空间动态

1.研究背景

视觉空间注意力的机制由两个不同的额顶网络介导：双侧背侧网络 (DAN)，参与视觉空间注意力的自愿定向，以及侧向右侧脑半球的腹侧网络 (VAN)，参与将注意力重新定位到意外但相关的刺激上。本研究目标为表征注意力的时空动态以及检查两个注意力系统之间和内部的预测相互作用以及视觉区域。

2.研究方法

2.1 被试

研究共有18名有效被试，其中男性3名，女性15名，平均年龄24岁。

2.2 实验材料

视觉刺激包括了横向或纵向的光栅小方块。

2.3 实验流程

实验任务主要为内源性空间注意提示范式（endogenous spatial attention cueing paradigm），分为两天进行（内容相同，只是为了防止被试过于疲惫）。范式流程如图1所示。每次试验都以呈现中央注视点开始，500 毫秒后在注视点上方呈现预测提示。在持续 300 到 600 ms 的可变随机间隔后，提示消失，紧随其后的是目标刺激（方形光栅，横向和纵向的概率随机出现）。参与者被指示将注意力集中在提示指示的一侧，同时在整个实验中保持对注视点的注视。提示与目标同侧的为valid试次，不同侧的为invalid试次。目标呈现 150 毫秒后，他们将通过按钮之来尽可能快速和准确地区分目标的方向。

图1. 实验范式中一个试次的流程

2.4 数据采集和处理

EROS数据由两个同步 Imagent 频域系统（ISS, Inc., Champaign, IL）记录。32个激光二极管以时间复用方案发射近红外光 (830 nm)。二极管以 110 MHz 调制，光线为400 μm。从头部射出的漫射光由连接到光电倍增管 (PMT) 的 8 根 3 毫米光纤束检测到。源和探测器光纤通过定制的头盔固定在参与者的头上，头盔有两种不同的尺寸。不同的尺寸使用了不同的导联（见图 2）并在分析过程中结合提供枕叶和后颞顶叶皮质的密集覆盖。每个导联都允许每个检测器检测来自多达 16 个时间多路复用源的光。在每个导联中，光源和检测器的位置使得一组光源可以同时发射光而不会引起串扰（来自多个光源的光同时记录在一个检测器上），从而产生 128 个潜在通道每个会话（最小和最大源探测器距离分别为 17.5 和 50 毫米）。16 组多路复用源中，每组的循环持续 25.6 ms（每个源以固定顺序打开 1.6 ms 和关闭 24 ms），实现了 39.0625 Hz 的采样率。

图2. 光学导联分布

3.实验结果

3.1 注意定向过程

EROS数据分析包含了两个比较：所有试次vs.基线和valid试次vs.基线。在目标刺激出现前， V1区域在所有试次中都显示了明显的激活（图3A）。在目标刺激出现后，内侧枕叶皮层在valid试次中显示了明显的激活（图3B）。

图3. EROS在注意定向中的结果

3.2 注意重定向过程

EROS数据分析比较了invalid试次vs.基线。在目标表刺激出现到呈现结束，invalid试次在V1和内侧枕叶皮层都激发了显著的活动（图4）。

图2. EROS在注意重定向中的结果

4.结论

实验结果表明，在目标刺激发生之前和之后，都存在涉及背侧和视觉区域的预测模式，这表明存在参与各种定向子过程的监督和操纵的背侧和视觉网络。关于重新定向，本实验结果支持视觉和背侧区域之间的相互交互，在对期望与现实之间的不匹配进行编码后，通过触发对意外目标的重新定向，将注意力从提示位置中分离出来。相比之下，腹侧网络在更新预先存在的内部模型方面发挥后感知作用，作为关于意外目标位置的新传入信息的函数，促进对未来任务相关期望的调整。

5.文献名称及DOI号

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