儿童在单一感官和多感官视听处理过程中注意力的神经皮层特征

《Neuroscience》：Neuro-cortical signatures of attention in uni- and multi-sensory audio-visual processing in children

注意力对儿童多感官处理的影响研究：通过MEG记录发现低注意力组在视觉和听觉皮层的响应幅度降低且潜伏期延迟，揭示了注意力调控感官整合的神经机制，为干预感官障碍提供依据。

　　本研究探讨了注意力如何影响青少年（9至15岁）在视觉、听觉和顶叶皮层中的感觉诱发反应。通过使用MEG（脑磁图）技术，研究人员能够以高时空精度测量神经反应的幅度和延迟，从而揭示注意力与感觉处理之间的关系。研究对象是72名通常发展的儿童，根据Conners 3-P的注意力分数分为高注意力组（33人）和低注意力组（39人）。实验过程中，参与者执行了一个视听多感觉任务，同时记录MEG数据。研究结果显示，高注意力组在视觉皮层的P1和P2时间窗口中表现出更大的反应幅度，而低注意力组则在视觉皮层的P2和听觉皮层的P1中显示出延迟的反应时间。此外，研究还发现，在视觉皮层的幅度和听觉皮层的延迟方面存在显著的三重交互作用，这表明注意力、半球和感觉条件之间的关系对感觉处理有重要影响。顶叶皮层在P2时间窗口中也表现出显著的双重交互作用，进一步支持了低注意力组在多感觉处理中反应延迟的结论。这些发现强调了注意力在感觉处理中的关键作用，不仅影响反应的强度，还影响反应的时间，这为干预注意力相关的感觉困难提供了理论依据。

感觉处理是大脑整合多种感觉系统信息以产生适当反应的基础，对于日常行为和心理适应至关重要。大脑接收大量外部刺激，并通过整合这些信息来形成对环境的完整认知。多感觉整合在认知表现、感知环境的全面性、提高目标检测的准确性以及减少反应时间方面具有关键作用。尽管感觉输入的复杂性较高，但健康的脑能够准确检测并分散处理多源信息，从而形成统一的感知。在单一或多种感觉模态下，事件或物体的概念化通常是自动进行的。然而，在某些情境下，多感觉整合对于在复杂环境中导航尤为重要，因为它有助于提高目标检测的准确性，并加快处理时间，从而在应对意外事件或刺激时做出更精确的决策。

注意力作为一项重要的认知技能，帮助大脑在处理大量感觉信息时优化其整合过程，特别是通过优先处理与当前情境相关的输入。注意力不仅指导多感觉信息的组织，还使大脑能够判断哪些感觉输入需要整合以形成统一感知，哪些需要单独处理，尤其是在复杂的感知环境中。研究表明，注意力不足的个体在整合视觉和听觉信息时往往表现出困难，导致反应延迟和不准确。感觉处理需要激活多个脑区并根据任务要求在视觉和听觉之间切换注意力。这种切换有助于优先处理相关信息，抑制无关输入，从而提升学习效率和决策速度。

在本研究中，研究人员使用MEG测量感觉诱发反应的幅度和延迟，作为评估大脑对一致和不一致感觉信息反应的可靠手段。已有研究发现，当多感觉模态同时呈现时，处理速度会提高，多感觉信息的整合比单一感觉信息更快。这种更快的多感觉整合表明，大脑能够高效地结合不同感觉模态的信息，从而加快感知和反应时间。这种整合能力不仅有助于提高感知的准确性和相关性，还促进了更高效、更有效的环境互动。

注意力在多感觉整合过程中起到关键作用，通过时间上的同步来协调不同感觉输入。尤其是在感觉刺激在时间上接近但需要额外神经资源进行准确整合的情况下，这种时间同步尤为重要。时间上的对齐确保了更高效和一致的多感觉感知。测量皮层反应的幅度有助于研究皮层兴奋和对刺激的同步反应，而反应延迟则提供了对感觉处理过程中皮层活动时间顺序的估计。在视听皮层中，异常的反应延迟可能与注意力相关的变化有关，例如在感觉识别、目标检测和感知分析过程中突触通路中信号传播速度的变化。

本研究结合了MEG数据的源定位与结构性磁共振成像（MRI），以探究注意力如何影响青少年在视听感觉皮层中的神经机制。研究发现，注意力不足的个体在感觉处理中表现出较低的神经反应幅度和较长的处理时间，这一模式得到了研究结果的支持。此外，研究还评估了皮层诱发反应的统计显著性，通过分析早期（P1: 100–240 ms）和晚期（P2: 240–400 ms）成分，这些成分与视觉/听觉线索识别、空间注意力、反应计划和目标导向行为有关，这些过程是高级认知功能的特征。P1成分用于衡量早期感觉-知觉和注意力过程，而P2成分则反映了后期感觉表征和反应选择。这种全面的时间分析增强了我们对注意力相关神经差异在关键感觉控制区域中时间性和功能意义的理解。

注意力和感觉处理之间的相互作用是紧密相连的，共同支持复杂的多感觉活动。感觉处理流的完整性依赖于感觉皮层与其他激活皮层（如额叶-顶叶区域）之间的连接，这对于成功执行多感觉任务至关重要。研究表明，大脑整合不同感觉模态信息的能力随着年龄而发展，这与神经回路的成熟和老化有关。随着年龄的增长，感觉处理能力得到增强，特别是在注意力和感知整合方面。尽管已有大量关于多感觉反应发展的研究，但本研究通过进一步的分析，探讨了皮层机制与年龄之间的关系，特别是在多感觉处理过程中。本研究是首次使用基于源的定量神经反应测量方法，通过高时空精度的MEG数据，来探究注意力在通常发展青少年中的感觉处理影响。研究结果为理解注意力与多感觉功能之间的关系提供了新的视角，并为未来的干预措施提供了科学依据。

研究对象是72名通常发展的青少年，年龄范围在9至15岁之间，且没有已知的临床条件。这些参与者被招募至新墨西哥州阿尔伯克基的Mind Research Network（MRN），作为一项大型多模态、纵向研究的一部分，即Developmental Chronnecto-Genomics（Dev-CoG）研究。Dev-CoG研究旨在量化影响大脑发展的因素，包括神经心理学方面。在研究过程中，MEG数据是在多感觉任务中收集的，涉及94名参与者，但其中部分数据因缺少MRI数据、不完整的MEG扫描、近期ADHD诊断、极端运动伪影或较差的MEG数据质量而无法处理或报告。最终，成功处理了78名参与者的MEG数据，并报告了其中72人的数据。六名参与者因缺少Conners 3-P评分而被排除。

研究结果表明，注意力不足的个体在感觉处理中表现出较低的神经反应幅度和较长的处理时间，这不仅影响了他们的感觉行为表现，还对他们的认知功能产生了负面影响。注意力不足可能导致感知能力下降、对刺激的反应延迟以及决策能力的减弱，尤其是在多感觉环境中。尽管研究采用了严格的筛选方法，但仍有局限性，这些局限性限制了我们对感觉缺陷的全面评估以及注意力与感觉结果之间临床联系的建立。因此，未来的研究需要进一步探索这些关系，以更深入地理解注意力与感觉功能之间的相互作用。

此外，研究还指出了未引用的参考文献，如Buchan et al., 2011，Keith Conners和P.，2024，Sahana和M. P.，2024，以及Talsma et al., 2012。这些文献可能提供了额外的背景信息或相关研究支持，但未在本文中引用。研究的作者贡献声明表明，每位作者在研究的不同阶段做出了贡献，包括撰写、数据整理、方法设计、资金获取等。研究的声明部分指出，作者没有已知的与本研究相关的竞争性财务利益或个人关系。

本研究的成果得到了多项资金的支持，包括美国国家科学基金会（Grant Numbers: 1539067和2112455）以及美国国立卫生研究院（Grant Numbers: R01-MH121101，P20-GM144641，P30-GM122734，P50-AA22534）。研究团队对参与者的积极参与表示感谢，特别是他们的父母，为这项长期研究提供了支持。通过这些资金的支持，研究人员能够使用先进的技术手段，如MEG和MRI，对青少年的多感觉处理进行深入分析，并揭示注意力在其中的作用。

综上所述，本研究通过结合MEG和MRI数据，深入探讨了注意力如何影响青少年在视觉、听觉和顶叶皮层中的感觉诱发反应。研究发现，注意力不足的个体在感觉处理中表现出较低的反应幅度和较长的处理时间，这不仅影响了他们的感觉行为表现，还对他们的认知功能产生了负面影响。此外，研究还发现注意力、半球和感觉条件之间的显著交互作用，这表明注意力在多感觉处理中的作用是多层次的。研究结果强调了注意力在感觉处理中的关键作用，为未来的干预措施提供了科学依据，并为理解注意力与多感觉功能之间的关系提供了新的视角。