基于触觉通道的注意力调控机理研究

As the central problem of cognitive neuroscience field, attention is the foundation of human’s perception and cognitive ability. Improving the ability of actively modulating attention is urgent and necessary in many areas such as mental disorder treatment and training of professionals with heavy pressure and heavy workload in special areas. Exploring the interaction mechanism between haptic perception/interaction and attention may drive the understanding on the mechanism of brain neural activities. .In our previous study, we found that force control tasks with pure haptic feedback promoted short-term focused attention. However, the effectiveness of other haptic interaction tasks remains unclear. In addition, the physiological mechanism of promoting attention is yet to be revealed. This project combines haptics with neuroscience, and employs the methods of neuroelectrophysiology and neuroimaging, and studies systematically attention modulating mechanism of haptic perception tasks, haptic control tasks and coordination of left and right brain hemispheres, and explores several factors’ effect on attention modulating such as synergetic control of multiple fingers, coordinated control of two hemispheres and activated intensity of callosum. Furthermore, we plan to observe the plasticity of attention by conducting haptic-centered multisensory interact tasks, and thus to reveal the neural mechanism of regulating attention through haptic channel. Finally, we will validate the transferability of the effect of attention regulation on children with ADD (Attention Deficit Disorder) and ADHD (Attention Deficit Hyperactivity Disorder). The research findings may provide evidences for exploring new technology and new methods of attention training.

注意力是感知和认知能力的基础，是认知神经科学研究的中心问题。提高主动调控注意力的能力在脑疾病治疗和高压力高节奏工作特殊人群培训等诸多领域有迫切需求。探索人的触觉感知与交互行为对注意力的影响机制，将深化对于大脑神经活动规律的认识。.我们前期研究发现，基于触觉反馈的力控制任务可以有效提高短期注意力，但其它类型的触觉交互任务是否有效尚不清楚，此外导致注意力提高的生理机制有待揭示。据此，本项目将触觉与神经科学相结合，拟采用神经电生理和神经影像学等方法，系统研究基于触觉通道的感知任务、控制任务和左右脑分工机制三方面的注意力调控机理，重点探究多指力协调控制、左右脑协调、胼胝体激活强度等因素对注意力调控的影响，探索以触觉为核心的多感觉交互任务对注意力的可塑性，揭示注意力调控的神经机制。针对儿童注意缺陷障碍和多动症治疗开展调控效果的验证。研究成果将为探索注意力训练的新技术和新方法提供科学依据。

注意力控制在人类的感知、运动、决策、记忆等活动中无处不在，被称为是认知活动的门户。区别于经典注意力研究采用视听刺激范式，本项目探索了基于触觉通道的注意力调控机制，从触觉信息感知、精细力控操作、触觉呼吸跨通道协同三方面研究了人体触觉感知/反馈的基础生理特性、持续性注意力的测量/表征、以及注意力神经可塑性机制。.在触觉信息感知方面，探索了体表多部位振动触觉空间信息感知的注意力调控机制。发现定位精度在双臂肘/肩关节振源数量大于二时急剧衰减的特性，且振源位置组合方式对于定位误差具有显著影响。发现15Hz的稳态振动触觉激励能够有效促进同频段脑电信号感觉运动节律（Sensory-Motor Rhythm）能量的提升，TOVA行为学实验证明了触觉感知任务用于注意调控的有效性。.在精细力控操作方面，探索了高精度指尖按压力控制的基础生理特性，构建了视听触反馈通道下精细力控制能力的精度-速度折衷模型，测量了不同手指精度-速度权衡特性的差异，揭示了延迟反馈模式下的微弱精细力控制肌肉记忆强化机理。在此基础上，提出了指尖力控制的难度自适应控制算法，达到75%的稳定成功率；构建了沉浸式多指力控注意力训练平台，纵向训练实验表明多指按压控制任务对经典注意力评估任务SART和Stroop task具有显著提升效果，发现手指按压锁定的前额叶30ms潜伏期脑电信号ERP成分和额顶叶Theta波与持续性注意力显著相关。.在触觉与呼吸跨通道协同方面，提出了触觉增强型冥想任务范式，构建了基于呼吸和指尖按压力协调同步误差的量化指标，可用作内源性认知任务中的注意力水平的客观检测。纵向训练实验表明触觉增强型冥想练习者注意力行为绩效显著提升。基于功能性近红外光谱成像获取了触觉增强型冥想练习时的前额叶和运动区脑皮层血氧动力学和脑功能连接，揭示了触觉增强型冥想提高注意力控制能力的神经机制。.项目成果对于揭示触觉通道下注意力的神经调控机制，以及触觉与视听觉注意力的区别提供了实验证据，对于注意力缺乏/多动症、轻度认知障碍等注意力退化神经疾病的诊断和治疗具有应用价值。