利用腦電研究高/低警戒度條件下動(dòng)機(jī)對(duì)選擇性注意的影響

1.研究背景

迄今為止，高/低警戒度條件下動(dòng)機(jī)對(duì)選擇性注意的影響尚未得到充分研究。本實(shí)驗(yàn)的目的是研究不同水平警戒度下動(dòng)機(jī)對(duì)行為表現(xiàn)及神經(jīng)活動(dòng)影響的差異。

2.研究方法

2.1 被試

研究共有20名有效被試，其中男性8人，女性12人，平均年齡為21.9歲，年齡范圍18-28歲。

實(shí)驗(yàn)材料

5個(gè)字符長(zhǎng)度的字符串。其中中央字符為目標(biāo)刺激，為M/N；其余4個(gè)字符為邊緣刺激，全部為M/N。

實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)包含兩個(gè)條件：不一致條件和一致條件。在不一致條件中，目標(biāo)刺激與邊緣刺激不同，包括’MMNMM’、’NNMNN’;在一致條件中，目標(biāo)刺激與邊緣刺激相同，包括’MMMMM’、’NNNNN’。

實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示，首先呈現(xiàn)注視點(diǎn)1000ms，隨后呈現(xiàn)字符串200ms。字符串呈現(xiàn)結(jié)束后，被試需要在600ms內(nèi)對(duì)目標(biāo)刺激作出反應(yīng)：當(dāng)目標(biāo)刺激為M時(shí)用左手食指按左鍵，當(dāng)目標(biāo)刺激為N時(shí)用右手食指按右鍵。隨后屏幕上會(huì)呈現(xiàn)對(duì)剛才反應(yīng)的反饋（正確、錯(cuò)誤、錯(cuò)過(guò)），該反應(yīng)持續(xù)1000-1500ms。

實(shí)驗(yàn)共有7個(gè)block，其中1、3、4、5、7為非報(bào)酬block，2、6為報(bào)酬block。在報(bào)酬block中，被試被告知每作出一次正確反應(yīng)即可獲得一定的額外報(bào)酬（上限100人民幣），且只有整體正確率在90%以上才可以獲得這些額外報(bào)酬，作出錯(cuò)誤反應(yīng)或者漏反應(yīng)不會(huì)扣除報(bào)酬。報(bào)酬block中正確反應(yīng)的反饋為 ‘正確+RMB’。Block 1、2被認(rèn)為是低警戒度狀態(tài)，block 5、6被認(rèn)為是高警戒度狀態(tài)。

圖1. 實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)及任務(wù)結(jié)構(gòu)

2.4 數(shù)據(jù)采集和處理

實(shí)驗(yàn)采用64導(dǎo)濕電極腦電帽（ANT Neuro系統(tǒng)），實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集采樣率為500Hz，每個(gè)電極的阻抗被設(shè)置在10 KΩ以下，CPz為參考。

數(shù)據(jù)離線處理在50Hz處采用帶阻濾波，帶通濾波0.5-30Hz，以雙側(cè)乳突為重參考，1秒時(shí)間窗進(jìn)行分段（刺激呈現(xiàn)前200ms到刺激呈現(xiàn)后800ms）。對(duì)FC1, FC2, FCz, C1, C2, Cz, CP1, CP2電極處的腦電信號(hào)的P300成分進(jìn)行分析，選取的時(shí)間窗為440–660 ms。采用連續(xù)小波變換計(jì)算ERSP，選取440–660 ms內(nèi)delta頻段(1–4 Hz)及300–600ms內(nèi)theta頻段 (4–8 Hz)的腦電信號(hào)進(jìn)行分析。

3.研究結(jié)果

3.1  P300振幅及潛伏期

在非報(bào)酬條件下，P300的振幅隨著警戒度的下降而減少；而在報(bào)酬條件下，不同警戒度水平下的P300振幅無(wú)顯著差異。

只有在低警戒度狀態(tài)下，報(bào)酬增加會(huì)導(dǎo)致P300振幅增大（圖1）。

圖1A. 4個(gè)條件下P300波形圖、地形圖及經(jīng)過(guò)疊加后有/無(wú)報(bào)酬條件下的P300波形圖，圖1B. 4個(gè)條件下P300振幅的平均值及標(biāo)準(zhǔn)誤差

低警戒度狀態(tài)下P300的潛伏期比高警戒度狀態(tài)下更長(zhǎng)；

低警戒度狀態(tài)下，有報(bào)酬條件和無(wú)報(bào)酬條件P300的潛伏期長(zhǎng)短無(wú)顯著差異；然而，在高警戒度狀態(tài)下，隨著報(bào)酬消失，P300的潛伏期變短（圖2）。

圖2A. 經(jīng)過(guò)疊加后在高/低警戒度狀態(tài)下的P300波形圖，圖2B.  4個(gè)條件下P300潛伏期的平均值及標(biāo)準(zhǔn)誤差

3.2 ERSP

在無(wú)報(bào)酬條件下，隨著警戒度下降，delta波能量減小；只有在低警戒度狀態(tài)下，有無(wú)報(bào)酬會(huì)影響delta波能量。

在低警戒度狀態(tài)下的theta波能量低于高警戒狀態(tài)（圖3）。

圖3.  4個(gè)條件下delta與theta頻段的波形圖及地形圖

4.結(jié)論

本研究中，警戒度的下降會(huì)影響行為和電生理指標(biāo)結(jié)果。通過(guò)控制報(bào)酬給予，該認(rèn)知神經(jīng)過(guò)程可以得到部分恢復(fù)。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)增加報(bào)酬來(lái)增強(qiáng)被試的動(dòng)機(jī)在不同的警戒度水平下所取得的效果不同，其效果在低警戒度狀態(tài)下更加有效。報(bào)酬增加會(huì)增大P300的振幅及delta波的能量。這些結(jié)果說(shuō)明動(dòng)機(jī)的效果因警戒度水平而異。

5、文獻(xiàn)名稱(chēng)及DOI號(hào)

Liu, J., Zhang, C., Zhu, Y., Liu, Y., Sun, H., Ristaniemi, T., ... & Parviainen, T. (2020). Dissociable effects of reward on P300 and EEG spectra under conditions of high vs. low vigilance during a selective visual attention task. Frontiers in human neuroscience, 14, 207.

doi:10.3389/fnhum.2020.00207