ERP研究:负注意定势对快速视觉呈现中的靶刺激加工影响1

5月 6, 2010

The impact of negative attentional set upon target processing in RSVP:An ERP study
ERP研究:负注意定势对快速视觉呈现中的靶刺激加工影响
作者：Dexuan Zhanga,Xiaolin Zhoua,Sander Martensd 翻译：acefgh123 提交日期：2010年4月20日

Abstract

This study investigates whether the negative attentional set, a form of top-down attentional bias, can
be set up on a trial-by-trial basis and impair online target processing in an RSVP (Rapid Serial Visual
Presentation) task in which two targets are to be identified. Using the N2pc (N2 posterior contralateral) –a component in the event-related potential (ERP) evoked by lateralized targets – as an index of attentional selection, we demonstrated that the online processing of the second target (T2) can be inhibited by a category-specific negative attentional set elicited by a special distractor (D1) prior to the first target (T1) and that this attentional set can be set up at an abstract, conceptual level. A digit T2 was presented on the left or right following a central RSVP letter stream which had a unique red letter T1. Another digit or a Chinese number character was presented prior to T1 as D1, which had to be ignored. Relative to the D1 absent condition, either type of D1 impaired T2 performance and delayed the N2pc response to T2.D1 elicited a frontocentral N2 peaking at about 300ms post-onset of D1, suggesting that D1 is indeed an inhibition-evoking stimulus. A further behavioral experiment ruled out the possibility that D1 impairs T2 performance via attentional capture or a category-unspecific, general negative attentional set.

Keywords:Attentional blink,Attentional set,RSVP,ERP,N2pc,N2

摘要：本研究研究了以自上而下注意为基础的负注意定势是否能够建立在样例学习的基础上并且损害RSVP刺激流中线性的靶刺激的加工，在这种RSVP刺激流中有两个靶刺激要被识别。使用了N2pc这种被一侧的靶刺激诱发的事件相关电位的成分作为注意选择的指标，我们证明了T2（第二个把刺激）的线性加工能够被特异性范畴的负注意定势所抑制，这种负注意定势由一个T1（第一个靶刺激）之前的特殊分心项D1所诱发，并且能够建立在抽象的概念的水平上。一个数字T2呈现在RSVP字母流中央字母的左边或右边，在这种刺激流中包含了一个单独红色字母T1。另一个阿拉伯数字或者中文数字作为D1出现在T1之前，D1需要被忽视。相对于D1缺乏的情况任何一种类型的D1都能损害T2的成绩并且延迟N2pc。在D1呈现后300ms后D1诱发了额叶中央的N2波峰，表明D1确实是一个抑制诱发刺激。进一步的实验排除了D1通过注意捕获或者非特异性范畴的普遍的负注意定势损害T2的可能性。

1.引言

人类常常暴露于改变着的各种各样的信息之中，但是其中只有一部分适合我们的目标以及意向有关的。为了更有效的选择信息，我们的大脑可以采取不同的注意定势。这些注意定势是一种自上而下的控制，它们能够提高我们应对周遭世界的有效性和灵活性。

除了对刺激的特别属性偏倚的正的注意定势，对刺激的特别属性偏倚的负注意定势也在我们的日常生活中起着重要作用，正的注意定势和负注意定势对人类的影响已经被许多先前的研究论证过了。这些研究有一个共同点，就是靶刺激和与任务无关的分心刺激在同一时间不同位置上呈现。相对来说，当靶刺激和与任务无关的分心刺激在不同时间呈现时的注意定势的操作的研究很少。一种很有用的研究不同时间的注意选择的办法就是注意瞬脱范式。在这种范式里，是用一种视觉快速呈现刺激流的方式，要求对两个靶刺激(T1,T2)中的第二个反应，当两个靶刺激间隔在200-500ms时，对第二个靶刺激(T2)的反应会受到损坏。

近年来，关于注意定势在注意瞬脱期间是怎样操作的已经成为理解瞬脱机制的一个重要问题。有人假设，当观察着搜寻RSVP刺激流中的靶刺激时，正的注意定势被用来加快靶刺激的编码，与此同时，负注意定势则限制分心刺激d哦编码。在RSVP任务中的正的注意定势的作用已经被很多实验证明过了，在这些实验中，当T2被分心刺激线索化后，T2识别的准确率有很大提升。

类似的，负注意定势也可能在和任务不相关的分心刺激抑制方面起作用。比如，Maki和Padmanabhan（1994）使用了注意瞬脱任务范式，他的T1为一个白色字母，T2为黑色的数字，分心项为黑色的字母。数字的靶刺激在每个刺激系列开始时候呈现，要求被试记住该数字，并且判断它是否在RSVP刺激流中出现，并且判断T1.他们对该任务重复操作了十多天，并且T2的成绩随着练习有明显提升。然而，当把分心刺激改换为数字和字母的混合刺激时，T2的成绩却发生了明显的下降。作者认为，被试使用了抑制的注意定势来应对分心刺激，并且包含分心刺激中的数字的T2也被抑制了。

然而，正如Maki和Padmanabhan所认为的那样，混合条件下受损的T2成绩也可以解释为在视觉短时记忆中的数字的提取时的竞争。负注意定势是否在AB中起作用需要进一步的研究。这个问题很重要，因为它和近期关于AB机制的讨论十分有关。传统的AB理论将AB归因于后知觉的瓶颈或者注意资源的耗竭。和传统的AB模型相反，暂时性失控理论（TLC）假定感觉系统最初被设置为可以排除T1前面的干扰项而使T1顺利通过的的输入过滤器。这种设置是一种自上而下的控制，它由中枢处理器发出信号进行控制。当T1通过过滤器时，中枢处理器开始对T1进行处理，并且自上而下的控制信号就间断了。T1之后的干扰项改变了过滤器的设置，变为了受自下而上的控制，导致了选择T2时的困难，因为过滤器设置不再和T2相匹配了。如果混合条件下受损的T2成绩确实是由于在报告期间的提取竞争所致，那么TLC假设就能够成立。如果，负注意定势不能被T1加工所分散，并且它对T2的成绩有影响，那么TLC就不成立了。

在时间相关电位里，线性的靶刺激选择能够被许多成分所指示。其中一种成分就是N2pc，它在刺激后200-300ms诱发，在与刺激目标位置对侧的大脑后部区域的电极上被观察到。它反应了在靶刺激特征刚开始被加工之后或者在内隐的注意转移完成的时候的对靶刺激的空间的注意分配。在N2pc之后，SPCN也被诱发，它也是在与刺激目标位置对侧的大脑后部区域的电极上。SPCN是在靶刺激后300ms开始，通常被认为反应了在工作记忆阶段为了以后的反应选择的靶刺激的表征或者靶刺激的报告。先前的研究发现，当T2在AB期间呈现的时候比在AB之外呈现的时候诱发的的N2pc和PSCN被抑制和延迟了。这些研究都表明N2pc和SPCN对于靶刺激的表征的激活水平很敏感。

本研究的主要目的是获得负注意定势对RSVP刺激流中的线性T2加工的影响的电生理证据。我们进行了两个ERP实验，在实验中，被试需要在T1之后分心项的字母中搜索T2，T1为一个红色字母，T2为一个数字，分心项为字母。在一些刺激序列中，在T1之前添加了一项特殊的分心刺激D1，D1和T2有着相同的语义范畴。在要求忽视D1的情况下，和数字范畴相对的关于D1表征和维持的负注意定势对就被激活了。比较T2的成绩和有无D1的刺激序列的ERP反应，我们可以判断在多大程度上负注意定势在刺激序列的基础上产生和它在多大程度上对线性T2加工产生影响，用的ERP的指标为N2pc和SPCN。如果D1的存在对T2的加工产生了负的影响，那么对于T2的N2pc则会被抑制或延迟。

为了检测负注意定势能否建立在一个抽象的概念的水平上，我们改变了D1和T2之间的相似性，在实验一中D1和T2都是阿拉伯数字，而在实验二中D1可能是阿拉伯数字或者是中文里的数字。因为中文的数字D1和阿拉伯数字T2在特征的感知觉上不同，中文数字的D1对阿拉伯数字T2成绩的影响和对应于T2的N2pc的抑制都可以作为负注意定势能够建立在语义水平上的证据。

为了排除D1对T2成绩的影响仅仅是由于D1的注意捕获（消耗注意资源）或者仅仅由于一种普遍的，非特异性的负注意定势对新项目的反应，我们又进行了一个行为实验，在实验三中，除了用中文D1，阿拉伯数字D1，又加入了键盘符号来表示D1。如果一个偏离RSVP刺激流的简单的特征能够损害T2的成绩，那么符号D1就会和阿拉伯数字，中文的D1一样也对T2的成绩产生类似的影响。

2.实验一

实验一是为了检测在呈现阿拉伯数字D1时负注意定势是否建立，是否对T2的成绩以及T2对应的ERP成分产生影响。我们对D1和T1的距离进行了操纵，使得D1能够在在T1之前的作为第一个(lag1)或者第三个(lag3)项目出现。我们预期，lag1的D1对T2编码的损害要比lag3的D1对T2损害要严重的多，因为负注意定势可以被T1的加工所增强。T1被认为消耗了大部分注意资源，这样当T1靠近D1的时候就它对D1的表征发挥更大的抑制作用。

2.1方法

2.1.1 被试

从北大选取了十六名右利手的本科生和研究生参加了此次实验。这十六名被试平均年龄22.1岁，八名女性，八名男性。右利手的被试是经过中国人惯用手问卷筛选出来的。所诱被试要求具有正常的色觉还有正常的视力或者矫正视力。实验之前每个被试都签了知情同意书。本研究获得了心理系学术委员会的同意。

2.1.2 刺激和程序

图1.实验一和实验二中的刺激程序的示意图。每个项目呈现100ms，每个主要项目之间没有空白间隔。

本实验有三个重要的条件：D1缺乏的条件作为比较的基线，在lag1位置上的D1是在T1之前立即呈现的，lag3位置上的D1是在T1呈现之前的第三个项目。在每个重要的条件下，T2以相同的概率出现在注视点的左边或者右边（在每个D1的条件下左右两边分别有100的刺激系列）。两种类型的补白序列混合在关键的序列里，一种是在RSVP刺激流中有100个补白的序列它们仅仅由分心字母所组成（没有D1,T1,T2），一种是100个补白序列只有D1和分心项呈现。在补白序列里一个字母分心项代替了T2。总之，对于每个被试来说，有800个刺激序列，这些刺激序列被分为了20个区组。此外，在正式实验开始之前有24个刺激序列用来练习。

被试坐在一个声音已经衰减过的房间了，离计算机屏幕大约1m的距离，双手握着手柄方便反应操作。刺激在刷新频率为100hz的显示器上呈现。被试用右手拇指俺手柄上的一个按钮开始每个刺激序列。一个十字形的而注视点伴随RSVP刺激流呈现1ms。D1和T2为2-9中的阿拉伯数字，而分心项为除了D，I，Q，Z的大写字母。D1和T2在一个刺激序列中总是不一样。

所有的刺激（除了T1）都在黑色的背景中以白色呈现，T1是一个红色的字母。T1以相等的概率在RSVP刺激流中的第七到第十一个位置呈现。每个RSVP项目呈现100ms，并且对应着0.3°*0.4°的视角。D1，T1和字母分心项都在屏幕的中央呈现。T2和伴随着它的分心项彼此大约为4°，它们呈现在屏幕中央十字注意点的两侧。T2总是在T1之后作为第五个项目出现（TOA=500ms）。接下来的刺激框出现在T2和它的分心项的位置，包含两个掩蔽的分心项。在这些掩蔽之后，中央注视点在另外呈现600-1000ms，使得总的刺激流能够持续2200ms。在RSVP刺激流之后，会出现一个八个字母组成的字符串，被试要对T1进行判断，并且通过手柄上的按钮水平移动字母下光标。当由8个数字组成的字符串出现的时候，被试要对T2进行判断，反应方式和T1一样。被试尽可能快的进行反应。选择正确与否会很快的在每个靶刺激反应完之后呈现。鉴定任务不包括补白的序列。

在这个实验里我们在T1和T2之间使用了固定的时间间隔（lag5，TOA=500ms），而不是像大多数AB实验中使用变化的TOA，主要有三个原因，首先，在先前的研究里，（也可以在本论文的第三个实验里）我们发现无论是阿拉伯数字的D1还是中文数字的D1，T1和T2之间的时间间隔在lag1到lag8之间的都能影响到T2的成绩。第二，在AB效应最大的时候（lag2或lag3）观测T2的N2pc不是最理想的，根据先前的研究，当T2和T1比较接近的时候比T2远离T1（比如lag8）的时候T2的N2pc会抑制的更明显。最后，使用lag5可以允许我们检测T1的P300，同时也不会使对T2反应的ERP产生扭曲。

2.1.3. ERP记录

使用国际10-20系统扩展的64导电极帽记录EEG。左眼上下安置电极记录垂直眼电（VEOG），双眼外侧安置电极记录水平眼电（HEOG）。电极AFz作为接地电极，左侧乳突为参考点。每个电极处的头皮电阻保持在5KΩ以下。为了减少眼电伪迹，在注视和呈现刺激流期间要被试尽可能的避免眨眼或者眼动。

滤波频宽为0.1一100Hz，采样频率为250Hz。数据使用30Hz的低通过滤器去除高频波，最后进行基线校正和平均。

2.1.4 数据分析

波幅大于±75μV时被自动剔除。对T1或者T2反应错的也剔除出去。在没有D1的 以及lag1和lag3的D1的三种情况下200个刺激序列里分别有28.9%，34.6%，33.5%的数据被剔除出去。依照这个程序，每个被试的ERP数据都建立在50个或者50个以上的刺激序列之上。

为了确定D1是抑制诱发刺激，D1的ERP从每个刺激序列D1呈现后的的200ms到600ms之前提取出来，对于D1的前200ms进行基线校正。对于没有D1的刺激序列里lag1或者lag3位置的字母分心项的ERP也用相同的方式处理。它们作为D1对比的基线。统计分析方面，30个电极被分为了15对:C3/CP3,C4/CP4,C5/CP5,C6/CP6,Cz/CPz,
F3/FC3,F4/FC4,F5/FC5,F6/FC6,Fz/FCz,P3/4,P5/6,P7/8,PO3/4,PO5/6,Pz/POz。用D1存在的条件减去D1不存在的条件的差异波用来分析，以避免T1和分心项诱发的ERP的干扰。N2的负的波峰决定了采用刺激之后200-450ms的时间窗。

对于T1的ERP则是从T1开始之前的500ms和之后的500ms中提取出来。因为在一些刺激学列里，D1在T1之前-300ms呈现，-500到-300ms被用来进行基线校正来避免基线被D1诱发的活动所污染。统计分析方面，30个电极被平均分为15对:C3/CP3,C4/CP4,C5/CP5,C6/CP6,Cz/CPz,F3/FC3,F4/FC4,F5/FC5,F6/FC6,Fz/FCz,P3/4,
P5/6,P7/8,PO3/4,PO5/6,Pz/POz。P300的波峰决定了采用T1之后200-500ms的时间窗。

对于T2的ERP是从T2呈现之后的200ms-600ms的波段中提取出来，对于前200ms进行基线校正。T2一侧的活动区域用P3/4,P5/6,P7/8,PO3/4,PO5/6,PO7/8记录。N2pc和SPCN是用T2同侧的电位减去对侧的电位得出的，N2pc和SPCN的峰振幅分别是在150-300和350-600ms的时间窗里发现的。

对D1的N2，T1的P300的潜伏期进行统计分析。T2的N2pc和SPCN则根据刀切法进行分析。潜伏期和波峰建立在每个被试的平均值的基础上，并且对这些平均值进行方差分析和t检验。特别是，为了判别ERP成分的潜伏期，使用刀切法和一项相对标准的技术相结合的办法，根据峰振幅达到50%的ERP的起始点作为时间点。

2.2结果

2.2.1 行为结果

表1.实验一中D1条件下的均值。方差分析中的主效应的F值

三个实验T1的准确率平均为97%。条件方面没有显著性差异，意味着对T1的报告不受D1存在与否以及T2位置的影响。表1总结了主要的行为和ERP数据的统计结果。

对T2准确性分析的时候已经剔除了对T1错误报告的刺激序列。对T2准确率进行两因素的被试内的方差分析。两个因素是D1的条件（D1缺失，为lag1和lag3两个位置）和T2的位置（左右），方差分析显示，T2的位置没有主效应，F<1，但是D1的条件下存在主效应，F（2，30）=30.37，p<0.001。T2和T1都报告正确的准确率在D1存在的条件下最高为79.7%，在lag1的DI1 的情况下最低为70.7%，在lag3的D1的情况下剧中，为73.8%。

Bonferroni校正后多重比较后显示D1缺失和另外两个条件有显著性差异,ps<0.05，lag1和lag3处的D1只有轻微的差异，p=0.083。D1的条件和T2的位置没有显著的交互作用，F<1。这些结果表明D1的存在会损害T2的成绩，并且D1越接近T1，损害越大。

入侵率（即当D1存在并且T1准确报告的时候,D1被当作T2报告的刺激序列的比例）也和T2位置，D1的条件作为被试内因素来进行方差分析。发现T2位置的主效应不显著，F<1。而D1条件的主效应显著，F（1，15）=22.42，p<0.001,lag1的D1的入侵率比lag3的要高。T2的位置和D1的条件的交互作用不显著。

2.2.2 T2的ERP反应

图2 实验一中的T2同侧的ERP反应减去对侧的ERP反应的差异波。错误报告T2的差异波也包括在内

T2对侧和同侧的差异波，在后侧电极的电极对平均后作为D1操作的一项功能指标，如图2。对侧和同侧之间的没有正确报告T2（T1报告正确）的差异波也呈现在图2中。四个被试的数据由于少于20个正确回答所以被剔除。剩下的12名被试中，平均每个被试有55个无瑕疵的T2在左边的刺激序列，53个T2在右边的刺激序列来计算对T2报告错误的ERP。如图2所示，错误报告T2诱发的N2pc和SPCN比正确报告T2的受到了严重的抑制。

N2pc的潜伏期和D1的条件以及配对电极作为被试内因素进行方差分析，D1条件的主效应显著，F(2,30)=6.70,p<0.01（见表1）。Bonferroni校正多重比较显示D1的缺失和lag1有显著性差异，t(15)=3.57,p<0.05,D1的缺失和lag3也有显著差异，t(15)=3.74，p<0.05，表明D1的存在延迟了T2的N2pc。

对于SPCN的潜伏期，D1条件的主效应不显著，F(2,30)=3.19,p=0.055,lag1或者lag3的D1对SPCN的潜伏期有轻微的影响。N2pc和SPCN的峰振幅没有发现主效应。

2.2.3．D1的ERP反应

图3所示，和分心字母项相对应的位置相比，在lag1和lag3的数字D1诱发的N2波峰大约在300ms时候出现。和零相比这些N2效应达到了显著性，ps<0.001，他们彼此没有不同，F<1。对潜伏期的小刀分析也没发现在D1存在的两种条件下有不同，F<1。这些结果表明D1诱发的负的ERP反应以及这些反应和D1离T1的距离没有显著差异。

图3.D1反应的差异波和实验一中的配对电极形式相同。Lag1或者lag3在D1缺失的情况下的分心项的ERP作为基线，由从D1存在的情况下的相对位置对D1反应的ERP中减去所得。没有T1的情况的波形从D1存在和缺失的补白序列的差异波中提取出来

2.2.4.T1的ERP

图4展示了三种实验条件下T1诱发的ERP。很明显，三种条件下T1诱发的P300成分以及P300成分的大小没有显著差异。这些结果表明，分配给T1的注意资源的大小受D1操作的影响很不明显。

图4。实验一中的配对电极的T1的ERP

2.3．讨论

行为数据的结果显示数字D1会损害T2的成绩，但是对T1的成绩没有影响。T2的N2pc和SPCN被存在的D1所延迟，但是T1的P300没有被D1操作所影响。

N2pc潜伏期的延迟说明对于一侧的T2的注意资源的分配被D1的存在所延迟。只有在T1和T2都报告正确的情况下才会发生这种延迟，可以归因于D1诱发了和T2有同样知觉和概念属性的负注意定势。在D1被忽略的情况下，尽管有对T2的反应定势，但是它们共有的属性还是被编码到负注意定势里去了，这种负注意定势在很长的一段时间对任何相同范畴的项目起作用。属于该范畴的成员包括T2的表征会受到抑制，并且容易被字母分心项所干扰，而且还要和D1竞争。此外，和TLC假设不符合，D1的存在没有打乱负注意定势的功能而是加强了。T1和D1越接近，T2的加工就越少，N2pc的潜伏期就越长（11ms，尽管没有达到显著性）。T2的识别完全错误的情况下（图2）N2pc几乎完全消失了，这就为这种抑制的解释提供了证据。抑制导致分配给T2的注意资源的减少，以至于报告T2时出现较高的错误率。

D1的存在诱发一个负的成分，FCz处的波峰在300ms时最大。关于负性可以有两种解释，一是它反映了对字母流中的菲特异性的偏离的检测。然而，对于为什么这种非特异性的唤醒的是N2，而不是P300还不能够很好的说明。此外，实验三（下边将进行描述）显示和任务不相关的突出性的偏移对于T2的成绩没有影响。另一个解释是额叶中央的N2反映了对抑制D1的尝试。先前的研究的确已经证明恶业中央的N2是被抑制go/no-go or stop-signal任务以及其他的控制冲突的任务中的唤醒刺激所诱发的。在go/no-go任务中，比如在go的刺激序列里要求快速的反映，在一个no-go的刺激序列里要求抑制这种强势反应。No-go的刺激序列比起go的刺激序列有一个相对明显的N2的提高。在现在的而研究，和抑制与任务不相关的分心字母相比，需要额外的努力用来抑制T1之前的D1。因此我们可以说与数字范畴相对的负注意定势建立在存在D1的基础上并且会随着时间的推移延迟对T2的注意分配。

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原文来源：
The impact of negative attentional set upon target processing in RSVP:An ERP study
Dexuan Zhanga,Xiaolin Zhoua,Sander Martensd Neuropsychologia 47 (2009) 2604–2614
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