研究不同水平警戒度下動機對行為表現(xiàn)及神經(jīng)活動影響的差異

01

研究背景

迄今為止，高/低警戒度條件下動機對選擇性注意的影響尚未得到充分研究。本實驗的目的是研究不同水平警戒度下動機對行為表現(xiàn)及神經(jīng)活動影響的差異。
 

02

研究方法
 

2.1、實驗被試

研究共有20名有效被試，其中男性8人，女性12人，平均年齡為21.9歲，年齡范圍18-28歲。
 

2.2、實驗材料

5個字符長度的字符串。其中中央字符為目標刺激，為M/N；其余4個字符為邊緣刺激，全部為M/N。
 

2.3、實驗流程

實驗包含兩個條件：不一致條件和一致條件。在不一致條件中，目標刺激與邊緣刺激不同，包括’MMNMM’、’NNMNN’;在一致條件中，目標刺激與邊緣刺激相同，包括’MMMMM’、’NNNNN’。
 

實驗流程如圖1所示，首先呈現(xiàn)注視點1000ms，隨后呈現(xiàn)字符串200ms。字符串呈現(xiàn)結(jié)束后，被試需要在600ms內(nèi)對目標刺激作出反應(yīng)：當目標刺激為M時用左手食指按左鍵，當目標刺激為N時用右手食指按右鍵。隨后屏幕上會呈現(xiàn)對剛才反應(yīng)的反饋（正確、錯誤、錯過），該反應(yīng)持續(xù)1000-1500ms。
 

實驗共有7個block，其中1、3、4、5、7為非報酬block，2、6為報酬block。在報酬block中，被試被告知每作出一次正確反應(yīng)即可獲得一定的額外報酬（上限100人民幣），且只有整體正確率在90%以上才可以獲得這些額外報酬，作出錯誤反應(yīng)或者漏反應(yīng)不會扣除報酬。報酬block中正確反應(yīng)的反饋為 ‘正確+RMB’。Block 1、2被認為是低警戒度狀態(tài)，block 5、6被認為是高警戒度狀態(tài)。

圖1. 實驗流程設(shè)計及任務(wù)結(jié)構(gòu)
 

2.4 數(shù)據(jù)采集和處理

實驗采用64導(dǎo)濕電極腦電帽（ANT Neuro系統(tǒng)），實時數(shù)據(jù)采集采樣率為500Hz，每個電極的阻抗被設(shè)置在10 KΩ以下，CPz為參考。
 

數(shù)據(jù)離線處理在50Hz處采用帶阻濾波，帶通濾波0.5-30Hz，以雙側(cè)乳突為重參考，1秒時間窗進行分段（刺激呈現(xiàn)前200ms到刺激呈現(xiàn)后800ms）。對FC1, FC2, FCz, C1, C2, Cz, CP1, CP2電極處的腦電信號的P300成分進行分析，選取的時間窗為440–660 ms。采用連續(xù)小波變換計算ERSP，選取440–660 ms內(nèi)delta頻段(1–4 Hz)及300–600ms內(nèi)theta頻段 (4–8 Hz)的腦電信號進行分析。
 

03

研究結(jié)果
 

3.1  P300振幅及潛伏期

在非報酬條件下，P300的振幅隨著警戒度的下降而減少；而在報酬條件下，不同警戒度水平下的P300振幅無顯著差異。
 

只有在低警戒度狀態(tài)下，報酬增加會導(dǎo)致P300振幅增大（圖1）。

圖1A. 4個條件下P300波形圖、地形圖及經(jīng)過疊加后有/無報酬條件下的P300波形圖

圖1B. 4個條件下P300振幅的平均值及標準誤差
 

低警戒度狀態(tài)下P300的潛伏期比高警戒度狀態(tài)下更長；
 

低警戒度狀態(tài)下，有報酬條件和無報酬條件P300的潛伏期長短無顯著差異；然而，在高警戒度狀態(tài)下，隨著報酬消失，P300的潛伏期變短（圖2）。

圖2A. 經(jīng)過疊加后在高/低警戒度狀態(tài)下的P300波形圖

圖2B.  4個條件下P300潛伏期的平均值及標準誤差
 

3.2、ERSP

在無報酬條件下，隨著警戒度下降，delta波能量減小；只有在低警戒度狀態(tài)下，有無報酬會影響delta波能量。
 

在低警戒度狀態(tài)下的theta波能量低于高警戒狀態(tài)（圖3）。

圖3.  4個條件下delta與theta頻段的波形圖及地形圖
 

04

實驗結(jié)論

本研究中，警戒度的下降會影響行為和電生理指標結(jié)果。通過控制報酬給予，該認知神經(jīng)過程可以得到部分恢復(fù)。具體來說，通過增加報酬來增強被試的動機在不同的警戒度水平下所取得的效果不同，其效果在低警戒度狀態(tài)下更加有效。報酬增加會增大P300的振幅及delta波的能量。這些結(jié)果說明動機的效果因警戒度水平而異。
 

05

文獻名稱及DOI號

 

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