全球/局部注意力选择中竞争的时间动态

《Neuropsychologia》：Temporal dynamics of competition in global/local attentional selection

本研究通过单级刺激与传统Navon复合刺激的混合注意力盲点设计，验证了两种刺激类型的注意力机制共享性，并发现个体间存在显著差异，通过混合模型识别出四个集群，揭示了全局到局部转换的注意盲点效应更显著，为神经认知机制研究提供了新工具。

　　注意力在视觉对象的不同层级之间切换，这一过程在神经精神障碍中会发生改变。然而，传统Navon刺激物难以区分不同层级的信息时间顺序。我们首先研究了在新型单层级刺激物中使用的注意力选择机制是否与传统复合图形中激活的机制相同。在实验1中，两个顺序出现的目标字母（称为T1和T2）被显示在相同或不同的层级上，时间间隔有所不同。当两个目标都是单层级刺激物时，T2的识别在相同层级切换后表现良好，但在不同层级切换后则受到阻碍，尤其是在短时间间隔下，出现了一种称为注意力闪烁（AB）的现象，这种现象在从全局到局部的切换中比从局部到全局的切换更为显著，这与先前的研究结果一致。通过一种混合设计，即传统Navon刺激物作为T1，随后是单层级刺激物作为T2，同样的模式再次出现，表明注意力效应可以在不同刺激格式之间转移。AB的强度在不同范式之间表现出相关性，支持了共享机制的存在。

为了探究注意力动态是否因个体而异，我们在实验2中使用了这种混合设计，并在更大的样本上进行分析。我们使用混合模型来探索个体差异，发现有四个不同的群体，它们在AB恢复速度上有所不同，尽管不能排除存在能力连续体的可能性。这些结果表明注意力动态存在显著的个体差异。因此，单层级刺激物成为研究不同层级神经反应的强大工具，能够提供关于正常和异常注意力过程的新见解。

注意力切换的设计可以在理论上测量在视觉对象不同层级之间切换注意力所需的时间。全局与局部注意力的区别指的是我们对复杂视觉刺激的整体结构（全局）或个体组成部分（局部）的关注能力。换句话说，我们可以控制用于物体识别的感知分组的即时精细度（更粗或更细）。Navon提出的范式是研究全局与局部注意力的主要工具。这种范式使用由小字母组成的大型字母（称为复合刺激物），我们称之为传统Navon刺激物。参与者被要求识别某个层级的字母。通常，全局字母的识别速度比局部字母快，并且在两个字母包含不一致模式时受到的干扰更少。这种结果模式被称为“全局优势”。

然而，传统双层级刺激物的使用存在一个局限性，即无法直接测量不同层级之间的注意力切换时间，因为图中的全局和局部元素同时出现。这种同时出现使得无法应用Duncan等人提出的注意力闪烁（AB）设计。为了克服这一限制，Valdes-Sosa及其同事（Valdes-Sosa等，2014a）开发了修改后的复合刺激物，使得全局和局部信息可以分开呈现。在任意时间点，只有全局或局部目标刺激物被呈现，而非目标信息则显示在另一层级上。因此，我们将这些新型刺激物称为单层级刺激物。

单层级复合刺激物被用于测量不同层级之间的注意力切换时间。在这些研究中，处理两个在同一层级的目标（即使在短时间间隔下）相对容易。相反，当注意力在不同层级之间切换时，尤其是在短时间间隔下，会出现显著的注意力闪烁。这种阻碍随着目标之间的时间间隔增加而减少。值得注意的是，在正常个体中，从全局到局部的注意力切换所引起的注意力闪烁更明显且持续时间更长，而在自闭症个体中，这种注意力闪烁则较小。这些单层级刺激物能够更清晰地测试个体在全局与局部注意力动态中的差异。

单层级刺激物的另一个优势在于，它们能够更清晰地区分由全局和局部信息引发的神经反应。与传统双层级刺激物相比，这种区分在单层级刺激物中更为容易。利用这些单层级刺激物，我们最近在事件相关电位（ERP）和功能性磁共振成像（fMRI）实验中成功分离了全局和局部的神经反应。

然而，将使用单层级刺激物获得的新数据与基于传统双层级刺激物的大量文献联系起来，依赖于相似注意力过程的假设。因此，本文的第一个目标是确认这两种刺激物之间是否存在共享的注意力机制。为了测试这一假设，我们在实验1中比较了单层级范式和混合注意力闪烁（AB）设计下的表现（见图1C）。在后者范式中，参与者首先被呈现双层级Navon刺激物作为T1，要求他们专注于一个层级而忽略另一个。随后，根据不同的时间间隔，呈现一个单层级刺激物作为T2。

如果这两种刺激物之间存在共享的注意力机制，我们预期在传统双层级刺激物中专注于一个层级会妨碍单层级刺激物在不同层级上的识别，尽管刺激格式发生了变化。相反，同一层级的切换应该更容易处理，即使T1和T2的格式不同。此外，我们预期在不同层级之间切换的速度（或从注意力闪烁中恢复的速度）会在个体层面上表现出相关性。这种相关性将表明两种刺激物之间存在相似的切换动态。

正如之前提到的，注意力在视觉对象的不同层级之间切换的动态在正常个体和自闭症个体之间存在显著差异。这种差异是否在被认为正常且同质的个体样本中也能观察到？为了探讨这一可能性，我们在实验2中使用了混合注意力闪烁（AB）设计，并在更大的样本中进行分析。我们使用有限混合的非线性回归模型（Grün和Leisch，2008）来建模注意力切换动态，同时识别潜在的个体群体。我们推测，最佳拟合的模型将揭示多个个体群体，每个群体表现出不同的注意力时间动态。

我们的实验结果表明，当在视觉对象的不同层级之间切换注意力时，存在基本的不对称性。识别两个在同一层级的目标时，注意力闪烁（AB）较少，而切换注意力在全局和局部层级之间则引起显著且持久的AB，其中从局部到全局的切换所引起的AB较短，而从全局到局部的切换则更长。这表明注意力切换过程中存在时间上的差异，这种差异在个体之间表现不一。

实验1中的单层级范式结果可以与之前的研究进行比较。在传统Navon刺激物中，全局优势的存在表明，参与者在识别全局信息时表现出更高的效率和更少的干扰。而在单层级刺激物中，这种优势并未完全显现，这可能是因为全局和局部信息的呈现方式不同。这种差异可能反映了注意力机制在不同刺激格式下的适应性变化。

此外，我们的实验还揭示了注意力动态在不同个体之间的显著差异。通过使用混合模型，我们能够识别出不同的个体群体，每个群体在注意力切换的速度上表现出不同的特征。这表明注意力动态并非在所有个体中都一致，而是存在个体差异。这种个体差异可能受到多种因素的影响，如年龄、文化背景、认知风格或神经精神障碍的存在。

在实验2中，我们还观察到，不同个体在注意力切换过程中表现出不同的恢复速度。这可能意味着某些个体在处理注意力切换任务时更加高效，而另一些个体则相对缓慢。这种差异可能与个体的认知能力、注意力控制策略或神经机制有关。因此，单层级刺激物不仅能够帮助研究注意力在不同层级之间的切换过程，还能够揭示个体在注意力控制方面的差异。

总体而言，我们的研究结果表明，注意力在视觉对象的不同层级之间切换的过程中存在显著的动态变化。这种变化不仅在正常个体和自闭症个体之间存在差异，而且在同质的个体样本中也表现出个体差异。因此，单层级刺激物成为研究注意力动态的强大工具，能够提供关于正常和异常注意力过程的新见解。通过使用这些刺激物，我们可以更清晰地理解注意力机制在不同条件下的表现，并为未来的神经科学研究提供新的方向。