研究不同水平警戒度下动机对行为表现及神经活动影响的差异

01

研究背景

迄今为止，高/低警戒度条件下动机对选择性注意的影响尚未得到充分研究。本实验的目的是研究不同水平警戒度下动机对行为表现及神经活动影响的差异。
 

02

研究方法
 

2.1、实验被试

研究共有20名有效被试，其中男性8人，女性12人，平均年龄为21.9岁，年龄范围18-28岁。
 

2.2、实验材料

5个字符长度的字符串。其中中央字符为目标刺激，为M/N；其余4个字符为边缘刺激，全部为M/N。
 

2.3、实验流程

实验包含两个条件：不一致条件和一致条件。在不一致条件中，目标刺激与边缘刺激不同，包括’MMNMM’、’NNMNN’;在一致条件中，目标刺激与边缘刺激相同，包括’MMMMM’、’NNNNN’。
 

实验流程如图1所示，首先呈现注视点1000ms，随后呈现字符串200ms。字符串呈现结束后，被试需要在600ms内对目标刺激作出反应：当目标刺激为M时用左手食指按左键，当目标刺激为N时用右手食指按右键。随后屏幕上会呈现对刚才反应的反馈（正确、错误、错过），该反应持续1000-1500ms。
 

实验共有7个block，其中1、3、4、5、7为非报酬block，2、6为报酬block。在报酬block中，被试被告知每作出一次正确反应即可获得一定的额外报酬（上限100人民币），且只有整体正确率在90%以上才可以获得这些额外报酬，作出错误反应或者漏反应不会扣除报酬。报酬block中正确反应的反馈为 ‘正确+RMB’。Block 1、2被认为是低警戒度状态，block 5、6被认为是高警戒度状态。

图1. 实验流程设计及任务结构
 

2.4 数据采集和处理

实验采用64导湿电极脑电帽（ANT Neuro系统），实时数据采集采样率为500Hz，每个电极的阻抗被设置在10 KΩ以下，CPz为参考。
 

数据离线处理在50Hz处采用带阻滤波，带通滤波0.5-30Hz，以双侧乳突为重参考，1秒时间窗进行分段（刺激呈现前200ms到刺激呈现后800ms）。对FC1, FC2, FCz, C1, C2, Cz, CP1, CP2电极处的脑电信号的P300成分进行分析，选取的时间窗为440–660 ms。采用连续小波变换计算ERSP，选取440–660 ms内delta频段(1–4 Hz)及300–600ms内theta频段 (4–8 Hz)的脑电信号进行分析。
 

03

研究结果
 

3.1  P300振幅及潜伏期

在非报酬条件下，P300的振幅随着警戒度的下降而减少；而在报酬条件下，不同警戒度水平下的P300振幅无显著差异。
 

只有在低警戒度状态下，报酬增加会导致P300振幅增大（图1）。

图1A. 4个条件下P300波形图、地形图及经过叠加后有/无报酬条件下的P300波形图

图1B. 4个条件下P300振幅的平均值及标准误差
 

低警戒度状态下P300的潜伏期比高警戒度状态下更长；
 

低警戒度状态下，有报酬条件和无报酬条件P300的潜伏期长短无显著差异；然而，在高警戒度状态下，随着报酬消失，P300的潜伏期变短（图2）。

图2A. 经过叠加后在高/低警戒度状态下的P300波形图

图2B.  4个条件下P300潜伏期的平均值及标准误差
 

3.2、ERSP

在无报酬条件下，随着警戒度下降，delta波能量减小；只有在低警戒度状态下，有无报酬会影响delta波能量。
 

在低警戒度状态下的theta波能量低于高警戒状态（图3）。

图3.  4个条件下delta与theta频段的波形图及地形图
 

04

实验结论

本研究中，警戒度的下降会影响行为和电生理指标结果。通过控制报酬给予，该认知神经过程可以得到部分恢复。具体来说，通过增加报酬来增强被试的动机在不同的警戒度水平下所取得的效果不同，其效果在低警戒度状态下更加有效。报酬增加会增大P300的振幅及delta波的能量。这些结果说明动机的效果因警戒度水平而异。
 

05

文献名称及DOI号

 

Liu, J., Zhang, C., Zhu, Y., Liu, Y., Sun, H., Ristaniemi, T., ... & Parviainen, T. (2020). Dissociable effects of reward on P300 and EEG spectra under conditions of high vs. low vigilance during a selective visual attention task. Frontiers in human neuroscience, 14, 207.

doi:10.3389/fnhum.2020.00207