更新一篇上周在PNAS上新发表的小文章，利用眼动和fMRI研究了1岁以内清醒状态下婴儿的注意能力及其神经机制。在清醒婴儿身上进行fMRI实验是非常具有挑战性的，这可能也是本文的一个亮点。
人的各项认知功能都需要有生理上的结构和功能基础，而婴儿的脑结构显然还没有发育成熟。尽管如此，视觉注意对婴儿探索和学习这个新的世界非常重要，那么问题来了，婴儿能否灵活地利用他们的注意？如果可以，这一功能的脑机制又是什么，与成人的注意有什么差别？正如之前关于注意的综述中所说（综述长文 | 注意网络的功能分离），成人的注意功能主要涉及到额顶网络（FPN），包括了颞顶联合区TPJ、顶上小叶SPL、外侧枕叶LOC、额眼动区FEF、额中回/额下回MFG/IFG、丘脑枕等等，这些都涉及到刺激驱动和目标导向的注意。其他区域如前扣带回ACC、脑岛、基底节都涉及到带状盖网络(Cingulo-opercular network, CON)或突显网络(salience network)，被认为和维持与更新任务目标有关。CON会在出现未预料的刺激驱动注意时被激活，而在不同年龄跨度中，刺激驱动的注意也会涉及不同的脑区。然而，婴儿关于刺激驱动注意的相关脑结构是不成熟的（尽管在第一年会发展迅速），而这些脑区及其脑区间功能连接对成人的注意异常重要。此外，成人支持刺激驱动注意的脑区也会在目标导向注意中被激活，但婴儿的目标导向注意能力还发展较差，其相关脑区发展还不成熟。因此，作者认为一种可能性是婴儿的MFG/IFG/ACC等区域是不成熟的，但TPJ/SPL/FEF是可以被激活的；另一种解释是，尽管FPN和CON还不成熟，但它们依然可以完成注意活动。总之，已有研究还不清楚婴儿的注意系统多大程度上调用了类似成人的注意系统的区域。本研究旨在采用改编版Posner线索任务（如图；亦可见注意综述的推送），使用fMRI和眼动追踪来探索1岁以下婴儿刺激驱动注意的行为和神经机制。改编版Posner线索任务，cue包含有效（50%）、无效（25%）、中立（25%）三种，最后的目标刺激是风车。行为因变量为反应时（RT），其测量方式是婴儿眼跳到目标刺激的时间。行为结果发现，在Posner任务中，婴儿的RT结果和成人类似，即在有效提示的条件下RT最小（即存在线索的提示效应），中立提示的时候次之，在无效提示的时候RT最大（即表现最差）。
作者认为这种RT的差异是因为婴儿的注意被外生刺激（salient的线索）所捕获了，即该范式在婴儿身上奏效。但是，也有另一个可能是婴儿学会了预期一个目标会出现在线索的同一位置。为了排除第二个可能，作者分析了第一个block的试次（因为若第二个可能成立，那么在还没有形成预期的第一个block应该不会出现RT的差异），但结果发现是相似的，因此第二个可能被排除了。另一个可能的混淆因素是眼跳速度，婴儿通常在300~500ms完成一次眼跳，而这里大部分试次的RT比这个要快，表明婴儿在提示出现后立即开始扫视，而不是等待目标出现。重要的是，这些线索是刺激驱动注意的强大驱动力，这表明婴儿会自发地利用这些线索来分配注意力。在全样本中发现，RT的差值与月龄间没有显著相关性，这些发现支持了线索效应（cuing effect）在3 - 12月龄时是相对稳定的（如图）。接下来是fMRI的激活分析，由于清醒婴儿的fMRI的研究具有挑战性，这里首先还是探索性地做了个全脑分析（如下图）。结果发现在invalid>valid的contrast下，主要激活的区域包括额叶、ACC等。之后，以成人的注意网络相关节点作为兴趣区（ROI）进行更有针对性分析。结果发现，将valid和invalid条件进行对比（即有效线索的优势和无效线索劣势），结果表明LOC、右侧ACC、右侧MFG、TPJ等区域在Invalid时有更强的激活；将valid和neutra对比（即分离出cue的提示效应），表明右侧ACC、 IPS、LOC在中立的时候激活更多；将invalid和neutral对比（即分离出无效cue时重新注意定向的消耗），表明没有显著的效应。婴儿刺激驱动注意的脑活动（不同条件的contrast）
这些与中性试验对比的结果表明，无效试验和有效试验之间的总体神经差异(原则上可衡量成本和/或收益)反映了在目标之前将注意力定向到线索的促进作用。上图结果可以看出，额叶、枕叶和小部分顶叶支持了婴儿的刺激驱动注意。那些被认为支持儿童注意的SPL、FEF实际上没有参与到刺激驱动注意中，而那些被认为还没发育成熟的区域却可能支持了刺激驱动注意。为了进一步提供这些区域对注意的作用，这里做了脑区激活(invalid>valid)的和RT(invalid>valid)的相关，结果发现了脑区激活和RT间显著的负相关，即两种条件下脑区激活差异越大，被试在两种条件下的RT差异越小。因此，这些区域和注意是存在关联的，且关联的方向提示了一种补偿性的关系，即当注意较弱的时候会有更多的调用。此外，这种关联与婴儿的月龄无关，说明刺激驱动注意在1岁内变化不大。之后，作者还进行了一系列补充分析，进一步排除其他的混淆因素（如定义ROI时成人与婴儿的脑模板差异；不同条件下眼动对大脑激活的混淆）。总结而言，本研究探索了12个月以下婴儿刺激驱动注意力的神经机制。研究发现了强有力的行为证据，表明婴儿在Posner任务中可以分配注意给线索（cue）。成像结果表明，婴儿的注意会调用CON网络区域（如ACC、基底节）以及FPN网络的前部区域（含IFG/MFG）。该研究支持了近年来的一些共识，即1周岁以内婴儿可能就拥有很强大的额叶功能。文章信息：Ellis, C. T., Skalaban, L. J., Yates, T. S., & Turk-Browne, N. B. (2021). Attention recruits frontal cortex in human infants. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(12). doi:10.1073/pnas.2021474118