期待调节自上而下和自下而上加工的神经活动模式

论文摘要

知觉加工的一项重要内容是如何减少大脑的加工负载,从而产生有效加工。从注意定向、有效解释知觉信息和合理分配认知资源三个角度可以减少加工负载。与此一致,期待也有助于提高信息加工效率,减少加工负载。期待是大脑的一种准备状态,是头脑中存储的关于即将出现的环境刺激是什么的先验知识。以往研究将期待看作其他认知过程的影响因素,如考察奖励与注意的关系,并用奖励期待解释奖励对注意的影响。以往文献中常常将期待合并于注意的效应中。近期,一系列研究证实了与期待有关的特异性神经活动。然而,期待与自上而下和自下而上知觉加工的关系不清楚。此外,以往研究并没有将期待看作一个独立的认知过程,可能因为期待与注意或知觉加工在时间进程上的相似性,分离期待与其他认知过程的研究证据很少。本研究的目标为：从时间进程上证明期待对自上而下和自下而上注意定向（研究一）、自上而下加工-启动效应（研究二）、自下而上加工-新异性辨别（研究三）具有调节作用。实验设计方面,基于经典的内源性与外源性注意定向范式（实验1和2）、重复强化范式（实验3）、负启动范式（实验4）,采用区组-试次的方式控制被试对于不同实验条件的期待状态（包括高期待和低期待）,以及基于新异性物体辨别任务（非真实物体新异性-实验5,与任务背景形成的物体新异性-实验6）,采用是/否判断和迫选判断的方式控制个体对任务目标的不同期待状态（高期待和低期待）,通过6个头皮脑电实验,进行ERP成分分析以及基于Morlet小波转换的时频分析,考察期待与三种影响知觉加工负载因素的相互作用,试图揭示有效知觉加工过程中,期待状态对注意定向、重复启动效应和物体辨别的调节作用。研究结果表明：首先,期待对内源注意的调节作用体现在ERP成分N1和P300,集中于额区；以及早期和晚期时段的低频和高频活动,低频活动集中在额中区和左半球顶-枕区,而高频活动集中在前额区,顶区和顶-枕区。期待对外源性注意的调节作用体现在ERP成分P1和N1,集中于后部脑区；集中在早期和晚期时段的低频活动（集中在额区和后部脑区）和高频活动（集中在后部脑区和中央区）。其次.期待对重复强化的调节作用体现在ERP成分N2,集中在左半球中央区；主要集中在300-500ms的低频（额区,中央区和顶区）和高频时段。期待对负启动效应的调节作用体现在ERP成分P2,集中在右半球前额区和额区；以及额区的低频活动和多数脑区高频活动。最后,期待对新异性辨别（包括非真实新异性和当前背景新异性）的调节作用体现在P3a成分,集中于额区；集中在中央区和顶区的低频活动和大部分脑区的高频活动。期待对自上而下和自下而上加工的调节作用主要体现在对注意相关ERP成分的调节作用,如N1,P1,N2和P3a。这种调节作用的时频特征主要体现在低频活动的早期时段,定位于后部脑区,反映个体在将头脑存储的表征与任务刺激进行对比时,期待对该匹配过程的促进作用；以及高频活动的早期时段,主要定位于额区。研究结果支持了“预测编码”理论,成功期待（期待满足）与未成功期待（期待违背）相比,诱发的大脑神经活动更少,反映了信息加工过程中,各个层级中（包括高级和低级层级）,表征神经元和预测错误神经元对于知觉加工的不同贡献。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一部分 引言
• 1. 期待与知觉加工
• 1.1 期待在认知加工中的作用
• 1.2 期待相关的神经机制
• 1.3 知觉期待与“预测编码”理论
• 2. 期待与自上而下和自下而上加工的关系
• 2.1 期待满足与期待违背在注意定向中的作用
• 2.1.1 期待与注意定向的关系
• 2.1.2 期待对内源性注意定向和外源性注意定向的影响
• 2.2 期待满足对自上而下知觉加工的调节作用
• 2.2.1 期待与重复抑制的关系
• 2.2.2 期待与重复强化的关系
• 2.2.3 期待与负启动的关系
• 2.3 期待对自下而上知觉加工的调节作用
• 2.3.1 新异性检测的神经机制--定位研究
• 2.3.2 新异性检测的神经机制--脑电研究
• 2.3.3 期待与新异性检测的关系
• 3. 头皮脑电数据分析方法
• 4. 问题提出与研究方案
• 4.1 问题提出
• 4.2 研究目标
• 4.3 拟解决的关键科学问题与研究方案
• 第二部分 实验研究
• 1. 研究一,期待对自上而下和自下而上注意定向的调节作用
• 1.1 前言
• 1.2 实验1期待影响内源性注意定向的实验研究
• 1.2.1 被试
• 1.2.2 刺激
• 1.2.3 EEG记录与数据处理
• 1.2.4 实验程序
• 1.2.5 行为结果
• 1.2.6 时域脑电结果
• 1.2.7 时频脑电结果
• 1.3 实验2期待影响刺激驱动外源性注意定向的实验研究
• 1.3.1 被试
• 1.3.2 刺激
• 1.3.3 实验程序
• 1.3.4 行为结果
• 1.3.5 时域脑电结果
• 1.3.6 时频脑电结果
• 1.4 讨论
• 1.4.1 内源性与外源性注意定向的神经机制
• 1.4.2 期待调节内源性与外源性注意定向的神经机制
• 1.5 小结
• 2. 研究二,期待对自上而下加工-启动的调节作用
• 2.1 前言
• 2.2 实验3期待影响重复强化效应的实验研究
• 2.2.1 被试
• 2.2.2 实验材料与程序
• 2.2.3 EEG记录与数据处理
• 2.2.4 行为结果
• 2.2.5 时域脑电结果
• 2.2.6 时频脑电结果
• 2.3 实验4期待影响负启动效应的实验研究
• 2.3.1 被试
• 2.3.2 实验材料和程序
• 2.3.3 时域脑电结果
• 2.3.4 时频脑电结果
• 2.4 讨论
• 2.4.1 期待对重复强化效应的调节作用
• 2.4.2 期待对负启动效应的调节作用
• 2.5 小结
• 3. 研究三,期待对自下而上加工-物体辨别的调节作用
• 3.1 前言
• 3.2 实验5期待影响非真实物体新异性辨别的实验研究
• 3.2.1 被试
• 3.2.2 实验材料与程序
• 3.2.3 EEG记录与数据处理
• 3.2.4 行为结果
• 3.2.5 时域脑电结果
• 3.2.6 时频脑电结果
• 3.3 实验6期待影响任务背景形成的物体新异性辨别的实验研究
• 3.3.1 被试
• 3.3.2 实验材料与程序
• 3.3.3 行为结果
• 3.3.4 时域脑电结果
• 3.3.5 时频脑电结果
• 3.4 讨论
• 3.4.1 期待对新异性检测——P3a成分的调节作用
• 3.4.2 期待调节非真实物体新异性与当前背景形成的新异性的神经机制异同
• 3.5 小结
• 4. 综合讨论
• 4.1 结果分析与综合讨论
• 4.1.1 期待调节自上而下和自下而上加工的神经机制-ERP分析
• 4.1.2 期待调节自上而下和自下而上加工的神经机制-低频时频活动分析
• 4.1.3 期待调节自上而下和自下而上加工的神经机制-高频时频活动分析
• 4.2 结论
• 4.3 研究意义
• 4.4 项目特色与创新之处
• 参考文献
• 附录一、实验材料
• 附录二、研究成果
• 致谢