成果简介

近日，脑科学领域著名学术期刊CerebralCortex（大类二区top）发表了陈安涛教授课题组题为The role of distractors in rapid serial visual presentation reveals the mechanism of attentional blink by EEG-based univariate and multivariate analyses的研究论文。该研究运用行为与脑电技术，调查了分心物在注意瞬脱中的作用，一定程度上解决了注意瞬脱相关的理论争议。

研究内容

人们在面对海量信息时，需要借助注意来选择感兴趣的信息进一步加工，但这种能力是有限的。比如在快速序列视觉呈现范式（rapid serial visual presentation, RSVP）中，准确的识别短暂呈现的刺激流中的第一个目标（T1）后的200-500ms内识别第二个目标（T2）的能力会受损，这种现象叫做注意瞬脱（attentionalblink，AB）。在该领域有两个主要的理论争议。首先在注意瞬脱的本质方面，一些理论认为注意瞬脱反映的是后期加工资源的有限性，另一些理论则认为注意瞬脱反映的是注意控制的动态门控机制。其次在产生注意瞬脱的主要因素方面，一些理论认为对T1的加工是产生注意瞬脱的主要原因，另一些理论则认为对干扰物的意外加工是产生注意瞬脱的主要原因。前人研究发现，当紧跟T1后干扰物（D1）被空屏代替时，注意瞬脱效应会显著降低。本研究以此为基础，通过操纵D1是否出现，借助多种脑电（EEG）数据分析方法，说明D1在注意瞬脱中的作用，并尝试解决该领域的两大理论争议。

图1.实验流程图和行为结果图。A：DTR任务实验流程图。B：STR任务的T1正确率。图C左侧为DTR任务中的T1正确率，右侧为在T1回答正确的前提下T2的正确率。^***p< 0.001。

在本研究中，被试需要完成单目标RSVP任务（STR）和双目标RSVP任务（DTR）。在DTR任务中，参与者需要识别T1和T2，D1可能出现或不出现，T2可能位于注意瞬脱的时间窗内（Lag3）或注意瞬脱的时间窗外（Lag8，图1A）。STR任务与DTR任务类似，但只需要被试识别T1。设置STR任务和DTR任务的Lag8条件是为了与DTR任务的Lag3条件进行对照，用于区分观察到的D1的效应是否只存在当T2位于注意瞬脱的时间窗内（特异性作用），还是在上述三种条件中都能观察到（一般性作用）。研究的主要结果如下：

图2. D1对T1的ERP的影响。A和B分别展示在STR任务中的不同的D1类型下，额部和顶部电极的ERP波形图，C展示了不同D1类型之间差异的地形图。D E F和G H I分别展示了在DTR任务中的Lag3和Lag8条件下的上述结果图。阴影面积表示标准误，加粗部分表明在置换检验中显著。

在行为上，发现当D1被空屏代替时，注意瞬脱效应会显著降低（图1C），这与前人结果一致。事件相关电位（ERP）结果表明，无论在STR任务中还是在DTR任务中的Lag3和Lag8条件，D1的出现都会降低T1的P3a、N3（紧跟P3a出现的额叶负波）和P3b的振幅，并延迟P3a的峰潜伏期（图2），这与注意瞬脱的相关理论所预测的D1的作用假设并不相符。当前结果表明D1的存在干扰了T1的知觉累积，延迟其触发注意增强的时间，从而干扰后续的工作记忆编码。通过差异波，发现D1的出现降低在Lag3条件下的T2的P3b的振幅，但不影响Lag8条件下的P3b的振幅（图3A和B）。这说明当T2在AB的时间窗内，D1也会干扰对T2的编码。并且T1和T2的P3b振幅都比D1不存在时更小，这并不符合资源有限理论的预测。

多变量模式分析进一步验证了上述结果。在STR任务和DTR任务中的Lag3和Lag8条件下，在T1的加工期间都可以正确解码D1出现与否；在DTR任务中Lag 3而非Lag8条件，在T2的加工期间也可以区分D1是否出现（图3D-F）。当前结果表明D1存在一般性作用和对AB的特异性作用，前者依赖于复杂的空间连接模式，后者主要依赖于额顶部电极的活动（图3G）。

基于EEG的单试次分析结果表明，在Lag 3条件下，P3a的振幅也可以显著负向预测注意瞬脱效应的大小，说明对T1的注意增强会影响T2的加工。此外，在Lag 3条件下，T1的P3b振幅可以显著正向预测注意瞬脱效应的大小，而T2的P3b振幅可以显著负向预测注意瞬脱效应的大小。这也暗示在Lag 3时，T1和T2相互竞争编码资源，而在Lag 8时不存在这种竞争关系。

图3. D1对T2的ERP的影响以及MVPA结果。A和B分别展示在DTR任务中的不同D1类型对T2的P3b的影响。C展示了经典的AB效应导致T2的P3b振幅降低的ERP波形图。D-F分别展示了在STR任务中和在DTR任务中的Lag 3和Lag 8条件下对D1类型的解码结果，图G展示了在特定的时间窗解码结果的激活模式。阴影面积表示标准误，加粗部分或被星号标记的电极点表明在置换检验中显著。

总结

本研究初步解决了注意瞬脱领域内两大理论争议。本研究表明T2的后期加工资源的有限性是导致AB的主要原因，但可用的工作记忆编码资源受注意的调控，这在一定程度上整合了注意瞬脱的资源有限理论和注意控制理论。本研究说明了T1和分心物在AB的各自的作用。在AB时间窗内，T1和T2会相互竞争工作记忆编码资源，D1通过干扰对T1的注意增强，进一步降低可用于编码T2的资源。

本研究得到国家自然科学基金面上项目（32171040,32371105）的资助。

论文信息：Meng, Z., Chen, Q., Zhou, L., Xu, L., Chen, A*. (2023). The role of distractors in rapid serial visualpresentation reveals the mechanism of attentionalblink by EEG-based univariate and multivariate analyses.Cerebral Cortex. https://doi.org/10.1093/cercor/bhad316

主要参考文献：

Denison, R. N., Carrasco, M., & Heeger, D. J. (2021). A dynamic normalization model of temporal attention.Nat Hum Behav, 5(12), 1674-1685. https://doi.org/10.1038/s41562-021-01129-1

Zivony, A., & Lamy, D. (2022). What processes are disrupted during the attentional blink? An integrative review of event-related potential research.Psychon Bull Rev,29(2), 394-414.https://doi.org/10.3758/s13423-021-01973-2