上下文加工的任务概率效应:事件相关电位时空模式分析

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研究背景和目的上下文加工指利用保持的任务相关信息指导当前行为的过程,涉及选择性注意、工作记忆和执行控制等诸多认知成分。考查上下文加工的经典范式AX型连续操作测试(AX-type continuous performance test, AX-CPT)分为线索刺激加工和探针刺激加工两个阶段:先后呈现线索(A或B)和探针(X或Y),在AX、AY、BX和BY四种组合情形中,要求对线索A后的探针X进行反应,而其余三种情形不做反应。因此,线索A和探针X与反应执行(Go)相关,而线索B和探针Y与反应抑制(Nogo)相关。研究发现正常人易犯AY型按键失误,而注意缺陷或精神分裂症病人易犯BX型按键错误。额叶与上下文加工紧密相关。调节某类型任务概率可导致其期待水平和优势反应倾向变化。在高概率反应任务中,被试多采用反应性控制策略,基于即时感知的外部刺激信息完成任务;而低概率反应任务执行更依赖工作记忆,需要主动地保持任务相关的线索信息,前摄性控制策略占优。目前仍然缺乏从ERP时空模式角度认识任务概率如何影响上下文加工的研究。本研究通过改变AX型和AY型任务的概率比例,用ERP时空模式揭示其如何影响上下文加工相关的神经集群。方法和对象18名在校本科生或硕士生(女生7名)自愿参与本实验,年龄介于21-27岁(24.83+1.82岁),均为右利手,身体健康。用四种不同颜色符号串分别作为线索和探针。其中,蓝色“OOO”或“XXX”分别为按键(Go)线索A或抑制(Nogo)线索B:绿色或红色“<<<”和“>>>”分别对应Go探针X或Nogo探针Y。三字符区域大小10×4cm2,视角5.7度。线索和探针呈现时间均为200ms,线索或探针阶段时程分别为1200ms或1300ms。在AX,AY,BX和BY四种情形中,仅要求被试对Go线索A后的Go探针X做出按键反应:左向箭头按左键,右向箭头按右键;而其它三种情形不做反应。设立三组互补的AX型任务和AY型任务概率比例:0.55/0.15,0.35/0.35,0.15/0.55;且三组均保持BX型和BY型任务概率恒定:0.15。依照AX型概率将三组条件命名为AX55、AX35、AX15。各组内四型任务试次总计400个,其中BX型和BY型任务均分别为60个。每组分为各含100试次4个块,各型试次随机出现,但同类型试次连续出现不超过3次。每块持续时间约4min,各块实施期间安排30s休息。不同组实施顺序在被试者间平衡。实验前安排10min按键练习,正式实验耗时54min.。采用本实验室开发的ERP系统和北京新拓产19通道脑电放大器。记录电极按国际10-20标准导联系统安装;连接双侧耳垂为参考;接地电极置于前额正中。滤波通频带为[0.5,100]Hz,头皮与电极阻抗<10kΩ。自动拒绝伪差阈值70μV,并进一步目测和手工排除眼动和肌电伪差。两个ERP分析时窗分别为:刺激呈现前100ms(基线)至其后1200ms(线索)或1300ms(探针)。行为数据应用SPSS13.0软件行单因素三水平(任务概率:AX55,AX35,AX15)重复测量方差分析,采用Greenhouse-Geisser法进行非球形校正。逐对比较运用LSD法。用ERP系统的统计软件包对各线索和探针的多通道ERP进行单因素三水平(任务概率:AX55,AX35,AX15)重复测量方差分析。各通道对应F值经插值获得统计参数映像(statistical parametric mapping, SPM)。ERP的F值显著闽值采用保守的自由度减半方式调整。显著阈值α=0.05。结果一、行为绩效三个任务组AX类型反应时(AX-RT)分别为:AX55:457.67±39.27ms,AX35:479.02±50.46ms,AX15:496.5±53.43ms.其任务概率效应显著:F(1.93,32.79)=18.155,P=0.000。LSD检验显示两两比较差异显著,即AX任务概率越高,反应越快。BX型虚警率(BX-FA%)任务概率效应显著:F(1.23,22.85)=8.642,P=0.005;分别为:AX55:3.24±3.00%,AX35:1.76±2.65%,AX15:1.67±2.68%,进一步两两比较显示AX55组显著高于另外两组。二、ERP统计参数映像时空模式ERP概率效应显著脑区与相应时段列举如下。线索A:顶中央区(300-350ms)与左枕区(450-500ms);线索B:右额极(350-500ms)和左额极(750-950ms);AX型探针:右侧额顶(200-250ms),左额极、右背侧额区及双顶区(300-400ms)和双枕顶区(400-650ms);AY型探针:以额中央区(350-500ms)最为显著;BX型探针:右颞及左枕区(300-350ms);BY型探针:左颞区(150-250ms)。结论本研究的较高概率反应任务的反应时间更短的结果与文献一致。同时观察到BX型虚警率显著增高现象,提示高反应任务概率导致的优势反应倾向加大了反应抑制的困难。一、线索阶段ERP任务概率效应在三种AX/AY任务概率条件下,线索A和B的概率虽未改变,但探针X和Y的概率并不同,故本研究仍然观察到两类线索的不同概率效应。在低反应概率(AX15)条件下,左前额、扣带和顶中央区(350-500ms)效应反映A线索任务信息编码要求更高以便正确应对稀疏探针X,而其后时段并无更多ERP效应表明线索信息的保持不受影响。在线索B条件下不需要对各类探针进行反应,双前额区的长程(350-1150ms)CNV效应提示X/Y探针概率变化仅影响期待水平,这与前人研究一致。二、探针阶段ERP任务概率效应在AX情形下,不同任务概率影响表现为反应期待和反应任务负荷不同。低反应概率条件对靶X出现的注意和警觉的要求更高,这由Go探针相关的顶区P3改变反映,本研究不仅观察到与顶区P3对应时段(300-400ms)额顶执行网络的激活,而且进一步显示双侧顶枕区持续激活(400-650ms),提示自底向上加工系统对工作记忆的支持。在AY情形下,本研究并未观察到N2效应,而额正中区的P3效应(350-500ms)与文献结果相近,提示额正中区可能参与取消旧的计划反应和策划新的反应定势,澄清这些成分的功能意义需要进一步研究。在BX情形下,出现左颞枕区和右颞区的ERP效应,前者可能同刺激熟悉性加工相关,而后者可能系探针的反应相关性激活了右腹侧注意系统乃至额顶网络,该条件下虚警率随反应概率增高现象也提示这一点。在BY情形下,仅仅出现与刺激熟悉性加工相关的左颞区效应。虽然BX型/BY型在各组的客观概率相同(均为0.15),但本研究仍然观察到ERP效应,可能提示探针X/Y总体概率变化是BX型和BY型ERP效应的外部原因,探针X/Y出现概率作为整体上下文因素参与调节认知资源的分配。这个结果提示额区之外的脑区同样受任务整体与局部概率的细致影响。总之,反应型任务概率增加导致反应加快及抑制型任务虚警率升高。ERP提示任务概率不仅影响Go线索编码和Nogo线索期待,而且分别调节了四种类型探针加工相关的神经网络的动态变化。
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