老化对视觉空间选择性注意的影响及动态脑网络研究

Visual spatial selective attention plays an important role in the cognitive performance of human beings, its underlying neural mechanisms have been hot topics in cognitive neuroscience. Normal ageing could significantly influence the cognition of human. How could ageing change the visual spatial attention and what are the underlying neural mechanisms are still not well clear. Based on our recent study on ageing-related visual spatial selective attention using multichannel EEG recordings, in this project, we propose to recruit subjects covering a more complete spectrum of ages, and use magnetic resonance imaging (MRI)-guided brain source localization analysis to study (1) the lateralization effect of the scalp EEG and event related potentials (ERP) activities; (2) Brain sources for lateralized cortical activities corresponding to the spatial visual attention; (3) Based on the sources localization, we further study the high temporal resolution (millisecond level) dynamic neural network related to the spatial visual attention; (4) how will the EEG lateralization, brain sources and the related neural network for spatial visual attention are influenced by natural ageing? The project aims to study the age-related neural networks (active brain regions, the source localization and the connectivity) for visual spatial attention, so as to understand how it is influenced by normal ageing. Clinically, the study may provide the neurologic mechanisms for maintaining and improving the visual special attention of the older people.

视觉空间选择性注意在人类认知能力中扮演着重要的角色，其内在的神经机制也一直是认知神经科学研究领域的重要内容。老龄化对于人类认知能力的影响是显著的，研究正常老龄化过程中视觉空间注意及其神经机制的变化对于理解认知老化以及应对改善老龄人的认知功能具有重要的基础和社会意义，然而这方面的研究至今仍然非常缺乏。本项目在前期多通道脑电研究的基础上，拟招募更多年龄组的被试，结合磁共振成像指导下的脑电溯源分析，进一步研究（1）视觉空间注意过程中头皮表面神经活动偏侧性的毫秒级的动态特征；（2）基于MRI指导的溯源技术在寻找与头皮表面偏侧性神经活动相关的脑区；（3）基于与注意相关脑区在皮层下的源活动，构建毫秒分辨率的动态脑网络并研究其拓扑学特征；（4）重点研究正常老龄化对于上述神经活动及脑网络的影响。本研究有助于深入理解视觉空间选择性注意的神经机制及其受老化的影响，为改善和保持老年人的认知功能提供依据。

研究背景：视觉选择性空间注意是人的基本和重要的认知功能，是保证正常日程行为功能的重要神经机制。本项目假设随着人的老化，该认知功能会受到影响，即使在保持行为能力的前提下，其潜在神经机制也会发生变化，因此，选择性注意及其相关的反应抑制功能的研究对于认识人脑的选择性注意机制具有重要的基础研究意义。相关工作的成果也可能用于认知功能评价以及认知康复训练的指标。..研究内容： 通过招募不同年龄组的被试，采用改进经典的视觉空间选择性注意的认知实验范式和反应抑制实验，记录多通道EEG， ERP信号，通过EEG的theta, alpha节律ERD/ERS， ERP成分中的N1, N2, P3, CNV等成分及其差异波，利用sLORETA进行溯源分析，探究了相关的认知过程的神经机制。..重要结果：.成果1：利用多通道头皮脑电的相位同步分析技术和图论，考察了反应抑制过程中的功能性脑网络及其受常态老龄化的影响。发现反应执行和抑制过程中theta，alpha和beta频段内的脑网络都具有典型的小世界特征，且脑网络的小世界特征在反应执行和抑制过程之间具有显著区别。（论文1）.成果2：通过头皮脑电及其溯源分析考察了视觉空间注意对于反应抑制过程中神经活动的影响，发现在反应抑制任务中，诱发抑制过程的视觉刺激所受到的视觉注意程度会影响大脑神经活动。（论文2）.成果3：利用多通道头皮脑电及其溯源分析考察了视觉空间注意对于反应抑制过程中theta振荡的影响，发现在反应抑制任务中，诱发抑制过程的视觉刺激所受到的视觉注意程度会显著影响产生于额叶的theta节律振荡。（论文3）..此外，一些相关结果和数据仍在分析和总结拟投期刊杂志中。..关键数据和科学意义：.相关的数据发表在上面的论文中，并且还有医学数据在整理分析，待撰写论文。本研究的到目前为止最重要的结论和意义是，通过修改实验范式和多通道脑电分析，表明脑电的成分可以有效地反映视觉选择性注意机制的老化过程，并且可以和行为学指标建立一定的相关和联系，从而为基于电生理指标的认知功能训练和康复以及评价提供了可能的依据。