视觉线索_奖赏性线索启动和调控视觉搜索额顶网络的神经机制

　　摘要　　近期关于奖赏性信息与视觉搜索任务的交互作用研究体现在两个层面，其一是施加外部奖赏能够影响被试的视觉搜索反应时和正确率，其二是搜索目标本身具有奖赏特性也能够影响行为反应。但是，奖赏性信息对负责视觉搜索的额顶注意网络的动态启动和调控作用仍不清楚。本研究结合Posner空间预提示范式和视觉搜索范式，采用快速事件相关功能磁共振成像技术，分别操纵线索提示阶段的线索奖赏属性(奖赏性vs.非奖赏性)和线索空间注意属性(有效提示目标位置vs.无效提示目标位置)，并操纵目标搜索阶段的目标属性(奖赏性vs.非奖赏性)，探讨以下两个核心问题：(1)在线索提示阶段，奖赏性线索产生的自上而下注意准备信号的神经基础，以及该神经基础与传统的空间注意准备信号的异同；(2)在目标搜索阶段，奖赏性线索对负责视觉搜索的额顶注意网络产生的启动和调控作用，重点考察对正确的奖赏性信息的定向过程和对错误的奖赏性信息的重新定向过程。
　　关键词
　　视觉搜索；选择性注意；Posner范式；奖赏；功能磁共振成像
　　分类号
　　B842
　　1
　　文献回顾和问题提出
　　在环境中搜索潜在的带有奖赏信息的刺激(例如，食物、可能的交配对象等)是非常具有进化意义的。视觉搜索范式作为研究视觉选择性注意的主要范式之一，体现了人们在复杂的视觉环境中寻找目标物所遵循的规律。关于视觉搜索的行为模型及其神经机制研究有助于理解人类如何在复杂环境下进行视觉表征和视觉加工并做出适宜的反应。认知神经科学研究发现，参与视觉搜索任务的额顶注意网络主要包括顶间沟、额叶眼区、颞顶联合区，以及顶枕联合区等区域(corbetta，Shulman，Miezin，&Petersen，1995；Donner et al.，2002；Leonards，Sunaert，Van Hecke，&Orban，2000；Marvritsaki，Allena，&Humphreys，2010；Nobre，Coull，Walsh，&Frith，2003；Wei，Mtiller，Pollmann，&Zhou，2009，2011)。但是，无论在行为研究还是在认知神经科学领域，多数过去研究使用抽象刺激作为搜索材料。例如，被试在蓝色的图形中寻找红色的图形(基于特征的搜索)，或者在蓝色的圆形和红色的正方形中搜索一个蓝色的正方形(基于特征整合的搜索)(见综述Wolfe&Horowitz，2004；Eckstein，2010)。使用此类刺激的好处在于，能够排除刺激本身的各种属性对行为效应和神经机制的影响，可以单纯地考察搜索本身的认知和神经机制。然而，其缺点在于不能反应现实生活中的搜索特点。在我们对外界刺激施加注意并做出反应的过程中，可能是因为该刺激具有较高的知觉显著性，更有可能是因为从过去习得的刺激一结果联结(stimulus-outcomeassociations)经验使得个体意识到该刺激具有不同一般的意义(例如，奖赏性的或威胁性的，见综述Pessoa，2009)。将认知过程与情绪或动机过程进行整合研究是目前的一个重要研究趋势。最近，已有一些研究探讨了情绪性信息影响视觉加工和视觉搜索的认知和神经机制。但是，采用认知神经科学手段来研究和揭示动机性信息，尤其是奖赏性信息与注意网络的交互作用机制还相对较少(见综述Kringelbach＆Berrige，2009)。本项目的研究目的在于，考察奖赏性线索调节视觉搜索注意网络的认知和神经机制，以及奖赏性线索与空间注意线索在这种自上而下的调节机制上的异同。
　　奖赏是个体对能产生积极价值的一个物体、行为表现或者一种心理状态的认可，可以分为初级奖赏(例如食物、性等)和次级奖赏(例如金钱、愉快的接触、美好的事物等)。奖赏产生作用的直接证据是受奖赏者的行为有所改变，能够得到奖赏强化的行为出现的频率更高。脑内的奖赏系统主要包括两条通路：边缘通路(mesolimbic pathway)和脑皮层通路(mesocortical pathway)。边缘通路是从腹侧被盖区(ventral tegmental area)经内侧前脑束(medial forebrain bundle)到伏膈核(nucleusaccumbens)；而脑皮层通路是连接腹侧被盖区和脑皮层(尤其是额叶)的通路(近期综述见Chiew&Braves 2011)。个体对奖赏性信息的期望和识别如何通过这些通路来影响负责空间注意和行为决策等认知过程的大脑区域，从而影响个体的行为，是重要的研究问题。在视觉搜索任务中，过去研究主要从两个角度来考察奖赏性信息对大脑额顶注意网络的调控，其一是视觉搜索任务或空间注意任务伴随着奖赏，其二是视觉搜索或空间注意任务的加工目标本身即是奖赏性刺激。针对第一个层面，近期研究发现，外在的奖赏能够显著影响认知任务的操作绩效。例如，在人类视觉搜索任务中，出现概率较低(例如，10％)的目标很容易被漏掉(Wolfe，Horowitz，&Kenner，2005)。但是，行为研究发现，如果给予被试奖励，则被试对这种低概率出现的目标检测率得到提升(Navalpakkam，Koch，＆Perona，2009)。动物电生理研究和人类被试的认知神经科学研究均发现，在伴随奖赏的知觉学习任务中，被试对奖赏较高的刺激反应较快，奖赏相关的脑区以及空间注意相关的脑区均表现出活动增强(Dorris&Glimcher，2004；Platt＆Glimcher,1999；Hampton，Adolphs，Tyszka，&O’Doherty，2007；Sugrue，Corrado，&Newsome，2004；Zink，Pagnoni，Martin—Skurski，Chappelow，&Berns，2004)。例如，在特定的实验区组中，猴子被试选择特定的刺激(如红色刺激)伴随较高水平的奖励，而选择另一个刺激(如绿色刺激)则伴随着较低水平的奖励。结果显示，脑内与奖赏相关的杏仁核和腹内侧前额叶在这类学习和决策中扮演重要作用(Hampton et al.，2007)。在面对伴随奖励的刺激时，除了上述与奖赏相关的脑区有活动，负责空间注意的脑区(例如猴子的外侧顶内区，Lateral Intra-Parietal area，LIP)也对高奖赏相关的刺激反应更强烈(Platt&Glimcher，1999；Bendiksby，&Platt，2006)。在视觉和运动信息均进行了匹配的条件下，这些负责空间注意的脑区对高奖赏刺激的放电预示着奖赏信息引起的空间注意偏好。人类被试的磁共振成像研究(smallet al.，2003，2005)发现，在奖赏区组中，负责空间注意的额顶网络和奖赏相关的边缘系统均显著激活，外在奖赏对空间注意网络可能存在直接的调控作用。在奖赏条件下，脑内奖赏系统可能需要不断地给额顶网络输入信号，以保证认知任务的高效完成，从而使主体获得期待的奖赏。这种奖赏信息对操作水平的影响是直接和有效的。但是，在上述研究中，被试在一种实验区组中，也就是说在一段时间内，始终处于一个同定的动机状态，不能考察奖赏性信息对空间注意网络的瞬时启动和调控过程。