在视觉搜索过程中，内部目标与外部感觉的并行选择

《SCIENCE ADVANCES》：Concurrent selection of internal goals and external sensations during visual search

视觉搜索中的内部与外部选择过程可并行展开，并基于非重叠的神经活动模式。通过眼动追踪和EEG分析，发现内部工作记忆目标与外部视觉目标的选择在时间上重叠，且前额叶和顶叶皮层分别支持两者，验证了并行处理的可行性。当选择方向一致时，搜索效率提升，但方向相反时无显著干扰。这一发现挑战了传统脑状态分内外的观点，揭示了高效目标导向行为中多模态选择的协同机制。

　　人类在执行目标导向行为时，通常需要在内部目标表征和外部感觉之间进行选择。然而，这些选择过程在传统研究中往往被孤立分析，使得我们对它们如何在时间上协调以支持行为的理解变得模糊。为了解决这一问题，我们设计了一项视觉搜索任务，以同时追踪工作记忆中保存的内部搜索目标和环境中外部搜索目标的选择过程。通过利用精确的眼动追踪和神经标记，我们提供了初步证据表明，内部和外部选择过程并不一定严格地轮流进行，而可以在时间上并发进行。这些并发过程在人脑中主要依赖于非重叠的神经活动模式，并且即使在工作记忆和感知中涉及相反的空间位置时，也能有效执行。我们的发现挑战了将大脑状态描述为仅内部或外部专注的观点，并揭示了内部和外部选择过程如何协同工作，以实现高效的搜索行为。

在日常生活中，视觉搜索是一项常见的任务，它体现了我们对内部和外部信息选择的依赖。例如，找到我们要找的东西，需要通过激活特定的搜索目标来引导对周围感觉的有选择性处理。虽然已有大量研究表明，视觉搜索发生在感知内容和工作记忆内容的选择过程中，但如何在时间上协调这些选择过程仍然是一个未解之谜。这在一定程度上是由于方法上的挑战，即在同时处理外部视觉输入时，难以隔离和追踪内部选择过程。为了克服这一问题，我们设计了一项实验，使得我们能够独立且同时追踪工作记忆中保存的内部搜索目标和环境中的外部搜索目标。

在实验中，参与者需要在工作记忆中保存两个颜色不同的对象，直到一个颜色变化的提示（中央注视点的十字线颜色变化）引导他们寻找与记忆匹配的物体。实验要求参与者通过按键指示搜索目标在环境中的位置。当搜索显示出现时，参与者可以立即利用所选的内部搜索目标进行搜索。由于搜索显示始终包含两个记忆对象和两个新对象，因此选择提示中的记忆目标是外部搜索的前提。这使我们能够研究内部和外部选择过程是否必须轮流进行，还是可以在时间上并发进行。

我们的实验结果表明，内部和外部选择过程在时间上是并发的。例如，在实验中，我们观察到内部选择过程在提示出现后大约200毫秒开始，而外部选择过程在搜索显示出现后立即开始，而不是等待内部选择过程完成。这一发现与之前的研究结果一致，表明内部和外部选择过程可以同时进行，而不必严格按照顺序。此外，我们的数据分析还表明，内部和外部选择过程在人脑中主要依赖于非重叠的神经活动模式，这使得它们能够在不互相干扰的情况下同时进行。

为了进一步验证这些并发过程，我们对实验中涉及的不同方向进行了比较分析。结果显示，当内部和外部选择过程在相反方向进行时，表现并不比在垂直方向进行时差。这表明即使内部和外部选择过程在不同的空间位置进行，也不会对行为表现造成负面影响。相反，当内部和外部选择过程在相同方向进行时，搜索效率得到了显著提高。这一结果支持了我们的假设，即内部选择过程可能通过引导外部选择过程来提高搜索效率。

我们的研究不仅关注行为表现，还通过眼动追踪和EEG数据来分析内部和外部选择过程的神经基础。眼动追踪数据表明，内部选择过程可以通过注视方向的变化来识别，而EEG数据则提供了关于内部和外部选择过程的神经活动模式的信息。通过使用多变量解码方法，我们能够区分内部和外部选择过程的神经活动模式，并发现它们在很大程度上是独立的。这种独立性使得内部和外部选择过程能够在时间上并发进行，而不互相干扰。

我们的研究还发现，内部和外部选择过程在神经活动模式上表现出明显的互补性。例如，内部选择过程主要涉及大脑前部区域，而外部选择过程则更多地与后部区域相关。这种前后的神经活动模式差异可能与内部和外部选择过程在时间上的并发性有关。此外，我们还观察到，当内部和外部选择过程在相同的时空条件下进行时，能够显著提高搜索效率，这表明它们在某些情况下是协同工作的。

通过实验设计的独立操控，我们能够验证内部和外部选择过程的独立性和并发性。例如，在实验中，我们独立地操控了内部记忆目标的位置和外部搜索目标的位置，使得我们能够分别追踪这些选择过程。这种设计使得我们能够观察到，即使在不同的空间位置进行内部和外部选择，也不会对行为表现造成负面影响。相反，当内部和外部选择过程在相同方向进行时，搜索效率显著提高。

我们的研究结果不仅对理解目标导向行为提供了新的视角，还为未来的研究指明了方向。例如，未来的研究可以进一步探讨内部和外部选择过程在不同任务和刺激条件下的表现，以及它们如何在更复杂的情况下进行协调。此外，我们的研究还表明，内部和外部选择过程在神经活动模式上具有一定的独立性，这可能为其他依赖内部目标表征和外部感觉的行为研究提供借鉴。

总之，我们的研究揭示了内部和外部选择过程在时间上的并发性，以及它们在神经活动模式上的独立性。这些发现挑战了传统的观点，即大脑状态要么专注于内部，要么专注于外部。我们的研究还表明，内部和外部选择过程可以通过不同的神经机制进行协调，以实现高效的搜索行为。这些结果为理解大脑如何在复杂任务中协调内部和外部信息处理提供了重要的理论支持。