色彩色度对视觉搜索中注意力部署的电生理影响:揭示大脑的选择偏好

【字体: 时间:2025年04月07日 来源:iScience 4.6

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  在视觉搜索中,注意力部署机制复杂。为探究视觉项目的颜色鲜艳度对人类搜索任务中信息优先级的影响,研究人员操纵颜色色度进行实验。结果显示,颜色鲜艳度影响稳态视觉诱发电位(SSVEP),但对事件相关电位(ERP)和 α 波影响较小。该研究为理解注意力机制提供依据。

  在我们的日常生活中,当面对纷繁复杂的视觉场景时,大脑如何快速准确地筛选出重要信息呢?这背后涉及到的视觉搜索和注意力部署机制一直是科学家们关注的焦点。以往研究发现,视觉搜索中存在一些令人困惑的现象,比如显著的独特干扰物(singleton)并不一定会像自下而上理论预测的那样降低任务表现,有时甚至还会带来好处。而且,虽然很多研究对刺激的亮度进行了控制,但像颜色色度(chromaticity)或色调(hue)等参数却常常未被关注,这使得评估刺激显著性的潜在影响变得困难。因此,为了深入了解刺激显著性如何影响搜索表现和神经处理,来自德国莱比锡大学威廉?冯特心理学系(Wilhelm Wundt Department of Psychology, University of Leipzig)的 Norman Forschack、Matt Oxner 和 Matthias M. Müller 等研究人员开展了相关研究,研究成果发表在《iScience》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。在实验设计上,通过两个实验操纵颜色色度,控制主观亮度感知,固定颜色色调。利用频率标记视觉搜索设计,让参与者在闪烁的灰色占位符中搜索特定颜色和形状的目标。同时,记录脑电图(EEG),获取稳态视觉诱发电位(SSVEP)、事件相关电位(ERP)和视觉 α 振荡活动等数据。在数据分析方面,运用重复测量方差分析(rmANOVA)等统计方法对数据进行处理。

下面来看具体的研究结果:

  1. 行为学结果:低色度(LC)和高色度(HC)组之间的反应时间没有显著差异,并且有更多证据支持零假设。这表明颜色色度对行为表现没有明显影响,同时, singleton 的存在也未导致行为成本增加。
  2. 事件相关电位:对 N1pc 振幅的重复测量 ANOVA 分析显示,存在侧化刺激 × 色度的交互作用以及侧化刺激的主效应。高色度组中, singleton 诱发的 N1pc 振幅相对较小,与低色度条件下目标的 N1pc 振幅存在显著差异。而 Pd 振幅仅显示出侧化刺激的主效应,不受色度影响。此外,Ppc 成分未显示出显著效应。这说明不同的 ERP 成分对颜色色度和刺激类型有不同的敏感性。
  3. SSVEP 振幅调制:刺激色度总体上增强了 SSVEP 振幅调制,存在条件和侧化刺激的主效应以及它们之间的交互作用。高色度颜色目标的 SSVEP 振幅增加比低色度颜色目标更明显,但相对注意力部署在不同色度搜索显示中相似。这表明 SSVEP 对刺激显著性和任务相关性较为敏感。
  4. α 波活动调制:目标和 singleton 出现后,对侧和同侧的 α 波振幅均相对于基线降低,且对侧降低更显著。颜色色度对 α 波振幅没有显著影响,但低色度目标的 α 波侧化趋势更大。这暗示 α 波可能与注意力选择的后果有关。

综合研究结论和讨论部分,该研究表明 SSVEP、ERP 和 α 波振幅反映了注意力资源部署的互补但不可互换的测量指标。颜色鲜艳度(通过颜色色度体现)会影响自动注意力捕获,在早期视觉处理阶段增加刺激特征的神经表征。这一研究为理解注意力的神经机制提供了重要依据,强调了在视觉搜索研究中精确控制刺激显著性的重要性。同时,也为未来研究指明了方向,比如可以进一步探究生物颜色空间对神经成像测量的影响,以及自上而下的注意力如何调节自下而上的注意力捕获等问题。
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