【学术快报】罗欢课题组揭示脑神经振荡相位在自下而上特征注意中的重要作用

由于加工资源的有限性，人脑对外界信息的有效加工依赖注意的参与。近年来，北京大学IDG麦戈文脑科学研究所、心理与认知科学学院罗欢实验室及合作的多项研究揭示了 “注意节律探照灯”，即人脑对多空间、多特征通过神经振荡机制以节律方式对外界信息进行选择性加工。然而，以往研究都基于自上而下的注意任务，自下而上注意中神经振荡的作用仍不清楚。

在本项研究中，罗欢课题组设计了一种新颖的自下而上的特征加工任务，通过结合高时间分辨率的行为采样和脑电记录探究特征加工的动态节律过程。在实验中，首先呈现一个由两种颜色组成的视觉启动刺激（下图所示），其中一为高视觉显著性特征，一为低视觉显著性特征（图例中红色为高显著特征，蓝色为低显著特征）。在启动刺激出现后的一段时间里，视野中央呈现一个朝向刺激，受试需要对该朝向信息进行辨别加工。朝向刺激的颜色是启动图形中的高显著度或者低显著度特征，但与朝向判断任务无关。

行为结果上发现了alpha-band的节律，且对高低显著性颜色的目标存在稳定的相位差，说明颜色信息虽然任务无关，但自下而上注意依然会在alpha频段（8-12Hz）节奏性加工和区分这些特征信息。在行为结果基础上，课题组进而分析了朝向目标出现时的神经活动，特别集中在alpha-band神经振荡的相位模式及其和行为的关系。结果发现右侧后顶叶电极上的alpha频段神经振荡相位和反应时相关。更为重要的是，高显著性颜色目标和低显著性颜色目标所对应的最优alpha-band振荡相位呈现出一种近似反相的模式。该结果表明alpha频段神经振荡采用不同相位分别对高显著性和低显著性的特征信息进行选择性加工。

罗欢课题组近年来使用认知行为、脑电图、脑磁图系统揭示了视觉注意加工的动态过程及其神经机制，包括：视觉注意行为振荡(Journal of Neurosci, 2014, 2015; Journal of Cognitive Neurosci, 2020)，多物体视觉注意序列加工（PloS Biology, 2017；NeuroImage, 2019），多特征注意（Nature Communications，2019）。本项工作进一步发现Alpha频段神经振荡相位在自下而上特征注意的重要作用。这些研究支持了注意过程的节律性和动态性，体现了大脑利用时间维度在视觉信息加工中的“时分复用”机制。

该论文近日在线发表在《Cerebral Cortex》上，题目为 “Alpha-Band Phase Modulates Bottom-up Feature Processing”。

输

北京大学IDG麦戈文脑科学研究所、心理与认知科学学院方方实验室已毕业博士生贾建荣（现为杭州师范大学副研究员）和罗欢实验室在读博士生范莹为本文的共同第一作者。罗欢研究员和贾建荣博士为本文的共同通讯作者。该工作由罗欢研究员承担的国家自然科学基金重点项目资助完成。

参考文献

1. Jia, J. *, Fan, Y., & Luo, H.* (2021). Alpha-Band Phase Modulates Bottom-up Feature Processing. Cerebral Cortex, bhab291.

2. Mo, C., Lu, J., Wu, B., Jia, J., Luo, H. *, & Fang, F. * (2019). Competing rhythmic neural representations of orientations during concurrent attention to multiple orientation features. Nature Communications, 10(1), 5264.

3. Jia, J., Liu, L., Fang, F., & Luo, H. * (2017). Sequential sampling of visual objects during sustained attention. PLOS Biology, 15(6), e2001903.

4. Jia, J., Fang, F. *, & Luo, H. * (2019). Selective spatial attention involves two alpha-band components associated with distinct spatiotemporal and functional characteristics. NeuroImage, 199, 228–236.

5. Huang, Y., Chen, L., & Luo, H.* (2015). Behavioral Oscillation in Priming: Competing Perceptual Predictions Conveyed in Alternating Theta-Band Rhythms. Journal of Neuroscience, 35(6), 2830–2837.

6. Song, K., Meng, M., Chen, L., Zhou, K.*, & Luo, H.*(2014). Behavioral Oscillations in Attention: Rhythmic α Pulses Mediated through θ Band. Journal of Neuroscience, 34(14), 4837–4844. 

罗欢

北京大学心理与认知科学学院研究员

北京大学IDG麦戈文脑科学研究所PI

实验室研究领域：

罗欢实验室（“动态世界观”）从事基础认知神经科学方向的研究，特别集中在研究各种认知过程中的动态结构、时间组织及其脑神经机制。主要研究手段包括高时间采样认知行为范式、脑磁图(MEG)、脑电图(EEG)。现阶段所包含的课题涉及感知觉、注意、记忆、听觉节奏等等。

实验室的一个研究特色是从时间这个基本维度来了解大脑处理的基本方式（而不仅仅是发生的脑区）。近期的一系列研究发现大脑有其自身的时间处理框架，外部的信息通过大脑内部的时间组织被整合进来，来影响甚至决定我们的认知行为。我们感兴趣通过设计心理学实验结合具有高时间分辨率的脑成像手段（比如脑电图、脑磁图等）来不断“敲打”大脑，理解大脑自身的工作方式，以及内部世界和外部世界的相互动态关系。

原文链接：

https://doi.org/10.1093/cercor/bhab291

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北京大学IDG麦戈文脑科学研究所

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