脑电偏侧化与视觉空间注意的相关性及其受老龄化的影响研究

Visual spatial attention, one of the basic components of human cognition, helps human beings efficiently extract the most relevant information from the momentary environment that is filled with irrelevant information. The electroencephalography (EEG) avtivities are lateralized during visual spatial attention, which might indicate the underlying neural mechanisms. Our previous study has revealed the differences in EEG lateralization between healthy young and old adults. Compared with young adults, old adults did not show alpha lateralization, indicating that normal aging might change the neural mechanisms of visual spatial attention. However, since the relationship between EEG lateralization and behavioral effects in visual spatial attention is unclear, the underlying neural mechanisms and aging effects remain unknown. Based on our previous work, we propose in this project to design cognitive experiment that can extract attention-related behavioral effects, and recruit participants with a wider age range. We will study the relationship between behavioral effects and EEG lateralization in visual spatial attention, as well as the changes during normal aging. This project will help to understand age-related changes in the neural mechanisms of visual spatial attention, and also provide basis for the intervention program of attention abilities in older adults.

视觉空间注意使人类在复杂环境中能够迅速提取与自身相关的部分信息进行处理，是大脑的核心认知功能之一。视觉空间注意过程中的脑电活动会出现一系列偏侧化现象，可能与大脑内在神经机制有关。申请人的前期研究发现脑电偏侧化在健康青年人和老年人之间存在差异。对比青年人，老年人枕叶皮层脑电alpha节律偏侧化现象消失，暗示着老化可能影响视觉空间注意的内在神经机制。尽管如此，由于脑电偏侧化与视觉空间注意认知行为学之间的相关性目前尚不清楚，因此无法深入理解视觉空间注意及其受老龄化影响的内在神经机制。本项目在前期多通道脑电研究的基础上，拟设计认知实验定量提取视觉空间注意的认知行为学效应，并选取更广泛年龄段的人群为对象，研究脑电偏侧化与视觉空间注意认知行为学之间的相关性，同时重点考察这种相关性在老龄化进程中的变化。本项目有助于揭示视觉空间注意的内在神经机制及其受老龄化的影响，为老年人的注意能力干预方案提供理论依据。

视觉空间注意使人类在复杂环境中能够迅速提取与自身相关的部分信息进行处理，是大脑的核心认知功能之一。视觉空间注意过程中的脑电活动会出现一系列偏侧化现象，可能与大脑内在神经机制有关。申请人在前期研究中发现脑电偏侧化在健康青年人和老年人之间存在差异。在前期研究基础上，本项目通过设计指令性和或然性提示两种视觉空间注意范式，在被试间和被试内等不同水平上研究了脑电偏侧化与视觉空间注意之间的相关性及其受常态老龄化的影响。首先，本项目研究了视觉空间注意对刺激诱发N1成分的调控及其对后续反应控制过程的影响，发现反应抑制过程的相关脑电标记信号（N2/P3成分、额叶theta振荡）会受到视觉空间注意的显著调控，为理解视觉空间注意与后续行为控制之间的关系提供了新的证据。其次，本项目没有观察到视觉空间注意中脑电偏侧化与行为学效应之间存在直接相关性，却发现alpha节律偏侧化存在较大的个体差异。青年人中,基线alpha能量较低的被试在提示后没有表现出显著的alpha偏侧化现象，而且在或然性提示范式中，基线alpha能量较低的被试表现出的N1注意调控效应也较弱。第三，老年人虽然总体alpha偏侧化显著衰退，但是仍存在个体差异，即基线alpha能量较高的被试仍表现出较强的alpha偏侧化，尽管其强度仍显著低于青年人。此外，在或然性范式中，老年人没有表现出显著的N1注意调控效应，尽管其行为学效应与青年人相比并无显著差异。这些发现暗示着老年人alpha偏侧化衰退可能与其基线alpha能量下降有关。第四，我们利用机器学习方法考察了视觉空间注意调控和选择过程中事件相关电位的多变量模式特征，发现基于支持向量机的分类准确率可以显著预测N1的注意调控效应以及后续行为学表现，而老年人中这种预测效应则显著减弱，暗示着老化会影响注意调控和选择过程中的多变量神经活动模式特征。综上所述，本项目从个体差异、脑电多变量特征以及与后续行为控制之间的关系等角度，为脑电偏侧化与视觉空间注意之间的关系及其受老龄化的影响提供了新的思路。