不同神經類型大學生注意網絡加工的特征分析

史新廣， 馮成志

(1.蘇州大學應用技術學院 文化旅游學院，江蘇蘇州 215325;2.蘇州大學 心理學系，江蘇蘇州 215123)

1 前言

神經活動過程的一般規(guī)律包括興奮和抑制的擴散、集中、后作用及相互誘導,神經活動過程的特性表現(xiàn)為強度、平衡性和靈活性。巴甫洛夫根據(jù)這些特性的不同組合劃分出了四種基本的神經類型，即靈活型、安靜型、興奮型和抑制型，并在此基礎上發(fā)展出了高級神經類型活動理論[1]。神經系統(tǒng)的活動特性以及大腦皮質細胞的活動規(guī)律是個體心理活動的生理基礎，因此不同神經類型的個體不僅僅表現(xiàn)出氣質的不同，也會表現(xiàn)出認知加工上的差異。

注意作為最基本的認知能力之一，在記憶、推理和智力等高級認知加工中都起著重要作用。在早期研究中，研究者一直將注意看作單一的系統(tǒng)，隨著研究的不斷深入，單一理論模型已無法解釋眾多注意現(xiàn)象。為解決注意單一理論模型的缺陷，Posner等提出了注意網絡模型，他們從功能和解剖學的角度把注意劃分為三個獨立的子網絡，分別是警覺(alerting)、定向(orienting)和執(zhí)行控制(executive control)網絡[2]。警覺是對即將到來的刺激提高警惕，并維持一定程度的準備或喚醒狀態(tài)以接受信息傳入的能力[2-3]；定向是指從大量刺激中選擇注意特定信息的能力[4]；執(zhí)行控制網絡是負責調解認知操作之間的協(xié)調與沖突的能力，如沖突解決和錯誤監(jiān)控等[5]。執(zhí)行控制網絡是注意網絡中形成最晚，但起著主導作用的網絡[6]。這三個子系統(tǒng)功能上存在顯著差異，不但具有不同的腦區(qū)功能定位，還具有相對獨立的神經與生物化學系統(tǒng)[3，7]。為了有效測量三個子網絡，F(xiàn)an等人設計了注意網絡測驗(Attention Network Test，ANT)范式，該范式將空間線索任務和側抑制任務相結合，通過空間線索任務測量警覺網絡和定向網絡的效能，通過側抑制任務測量執(zhí)行控制網絡的效能。該實驗范式得到了充分的理論和實驗驗證[8]。

個體的神經活動過程與認知加工之間密切相關，從聽覺、視覺等簡單的感知覺活動，到注意、記憶等較高層次的認知加工活動都以個體神經系統(tǒng)活動為生理基礎[9]。注意的生理基礎是大腦皮質優(yōu)勢興奮中心所引起的同時性誘導，由誘導而產生的抑制促進著興奮在大腦皮質有限區(qū)域的集中，是準確地、順利地完成注意加工的必要前提。

根據(jù)巴甫洛夫高級神經系統(tǒng)活動理論，張卿華等人編制出了80.8神經類型量表，該量表將個體神經類型分為16種，具有較高的信效度[10]。張卿華等人曾對部隊汽車駕駛員的80.8神經類型測試分數(shù)與注意力綜合分數(shù)進行分析，結果顯示兩者之間的相關系數(shù)為.64，達到極顯著水平[10]。宮淑陽對神經類型與觀察能力的關系進行了研究，發(fā)現(xiàn)神經類型測試綜合得分高分組觀察持續(xù)性任務(數(shù)點任務)的績效顯著高于低分組，而觀察持續(xù)性主要是指觀察中注意力的集中程度，也就是說神經類型可能顯著影響注意力的集中程度[11]。代小東等探討了氣質類型與執(zhí)行功能的關系，發(fā)現(xiàn)多血質得分與轉換代價呈現(xiàn)顯著的負相關，膽汁質得分與反向眼跳代價呈負相關[12]。轉換功能是指在指導語引導下的內源性注意控制機制[13]，轉換任務的特征是從一個無關的任務規(guī)則中解脫出來，同時激活另一個適合的規(guī)則，多血質得分與轉換代價呈現(xiàn)顯著的負相關，而多血質的特征是神經系統(tǒng)活動的高靈活性，這說明說神經系統(tǒng)活動的靈活性與注意控制相關。抑制對占優(yōu)勢地位的反應進行主動壓抑的過程[14]，抑制能力強的個體能夠把注意更好地集中在與任務相關信息的保持上，克服對分心刺激的干擾，從而可更有效地控制注意指向目標刺激，反向眼跳代價與膽汁質得分呈負相關，反向眼跳代價是抑制加工的指標[15]，而膽汁質典型特征是神經系統(tǒng)活動的低平衡性，抑制過程弱于興奮過程，因此，低神經系統(tǒng)的平衡性可能會降低對干擾刺激的抑制，影響注意的執(zhí)行控制加工。

目前，神經類型與注意關系的研究中，研究者要么把注意當作一個整體，研究不同神經類型與注意的關系，要么僅僅把注意看作是注意控制，尚未發(fā)現(xiàn)有不同神經類型在注意三個子系統(tǒng)中特點的研究。本研究在前人研究的基礎上，通過讓靈活型、安靜型、興奮型和抑制型四種典型神經類型被試完成行為經典的注意網絡測試任務(ANT)，全面考察神不同神經類型大學生注意網絡中警覺、定向和執(zhí)行控制功能的特點。

2 對象與方法

2.1 被試

實驗前先采用80.8神經類型量表對1263名大學生進行了施測，從四種神經類型中各隨機抽取20名被試，共80人(其中男生37名)參加實驗。被試年齡在17-23歲，平均年齡19歲，所有被試視力正?；虺C正視力正常。

本研究選擇這四種典型的神經類型的原因是，興奮型與抑制型靈活性和平衡性均較低，唯一區(qū)別在于興奮型強度高，抑制型強度弱；安靜型與興奮型均為強度高、靈活性低，唯一區(qū)別在于興奮型平衡性低，安靜型平衡性高；靈活型與安靜型均為強度高，平衡性高，唯一區(qū)別在于靈活型靈活性高，安靜型靈活性較低。選取這四種典型神經類型被試完成ANT任務，通過興奮型與抑制型、安靜型與興奮型、靈活型與安靜型三組被試之間的比較可分析神經類型三個特性對注意網絡的影響。

2.2 測驗與實驗任務

神經類型測試。該量表由3個子量表組成。每個子量表的測試時間均為5分鐘，每個子量表完成后休息5分鐘，整個測試過程約25分鐘。量表1規(guī)定兩種符號為全表的目標符號，其余符號均為干擾符號，被試需在量表1中既快又準確地標記兩個目標符號；量表2規(guī)定每行框線外的兩個符號為目標符號，其余符號為干擾符號，被試需在每行中既快又準確地地查找目標符號；量表3與量表2的測試方法相似，只增加一個特殊符號，緊跟特殊符號出現(xiàn)的目標符號要進行相反標記。最后根據(jù)3張表中被試正確選擇符號數(shù)、錯率、漏率等多項指標綜合評定神經系統(tǒng)活動的強度、平衡性和靈活性，進而劃分出不同的神經類型。

注意網絡測試以最初的ANT范式[8]為基礎，參考Fan的2009版[16]，增加了無效空間線索，去掉了中性一致條件，具體實驗流程圖如下(見圖1)：

圖1 ANT實驗流程圖。圖中為有效空間線索和目標干擾不一致條件下的試次。

被試注視屏幕中央的注視點“+”，注視點隨機呈現(xiàn)400 ms至1600 ms；隨后，出現(xiàn)100 ms的線索，線索分為四種類型，分別是無線索(屏幕上只有注釋點)、雙線索(注視點上下各一個星號*)、單側空間線索(又分為有效空間線索和無效空間線索)，線索消失后再次出現(xiàn)200ms的注視點“+”；之后呈現(xiàn)箭頭串(由五個小箭頭組成)，分為“目標-干擾一致”和“目標干擾不一致”兩種情況，被試需對中間箭頭的朝向既快又準地做出反應，若中央箭頭指向左方，則用左手的食指按“F”鍵，若箭頭指向右方，則用右手的食指按“J”鍵，按鍵反應后箭頭消失，如果在1700 ms內被試仍未做出反應，那么箭頭也會消失；最后，在下一個試次開始之前，注視點還會呈現(xiàn)一段時間，以使得當前試次的總體持續(xù)時間為3500 ms。該測試分為一個是練習組塊和三個正式實驗組塊，練習組塊共有個48試次；每個正式實驗組塊有個96試次(一共8個條件，每個條件12個試次)。在練習組塊當中，會有反應時和準確率的反饋，而在正式實驗時，則無反饋。

3 結果

3.1 ANT任務的反應時

3.2 ANT任務的正確率

3.3 注意網絡效能

參照前人的操作性定義[8]，注意網絡的警覺、定向和執(zhí)行控制的效能計算方法如下：

警覺網絡的效能=RT無線索— RT雙線索

定向的網絡效能=RT無效空間線索— RT有效空間線索

執(zhí)行控制的網絡效能=

RT目標-干擾不一致— RT目標-干擾一致

警覺、定向和執(zhí)行控制的效能之間均無顯著相關，說明三個網絡具有一定的獨立性(見表4)。

表4 三個注意網絡的相關系數(shù)

對不同神經類型被試的三個注意子網絡效能進行的單因素方差分析，結果顯示，神經類型在警覺效能上主效應不顯著，F(xiàn)(3,76)=0.95，P>0.05；神經類型在定向效能上主效應也不顯著，F(xiàn)(3,76)=0.72，P>0.05；神經類型在執(zhí)行控制效能上主效應顯著，F(xiàn)(3,76)=11.88，P=0.000,η2P=0.32，進一步分析發(fā)現(xiàn)靈活型被試在執(zhí)行控制效能上顯著優(yōu)于安靜型(P=0.001)、興奮型(P=0.000)和抑制型(P=0.000)，其他神經類型被試之間不存在顯著性差異(見圖2)。靈活型是神經系統(tǒng)活動高靈活性的類型，另外三組屬于低靈活性的類型，因此，高靈活性的神經類型相對于低靈活性的神經類型具有更高的執(zhí)行控制效能。

圖2 不同神經類型被試的定向網絡效能(注：誤差線為上下單個標準誤，*P<0.05,**P<0.01,*** P<0.001)

4 討論

我們從1263名參加80.8神經類型測試的大學生中，隨機選取了靈活型、安靜型、興奮型和抑制型四種典型的神經類型大學生各20人，讓其完成注意網絡測試(ANT)。結果發(fā)現(xiàn)，線索和目標條件主效應在反應時和正確率上均顯著，警覺、定向和執(zhí)行控制三個注意子網絡之間相關都不顯著，這些結果都與以往的研究一致[8,16]，這說明ANT實驗范式條件設置有效，可以對三個注意子網絡進行有效的測量。

比較不同神經類型在ANT任務結果發(fā)現(xiàn)，神經類型在正確率上的主效應不顯著，這可能是因為ANT任務相對比較簡單，各類型大學生均可保持較高的準確率。在反應時上，神經類型主效應顯著，靈活型、安靜型、興奮型和抑制型四種大學生的反應時逐步增加，其中，靈活型與安靜型兩種高平衡性的神經類型在反應時上顯著好于興奮型和抑制型兩種低平衡性的類型，這說明神經類型的平衡性會影響注意網絡測驗的反應時，神經系統(tǒng)活平衡性提高，注意網絡測驗反應時下降。神經活動高平衡性的特點是興奮過程和抑制過程都很強，且能達到動態(tài)平衡，興奮型特點是興奮過程較強而抑制過程較弱，不平衡，兩者反應時上的差別可能是因為高平衡性的類型抑制過程比較突出，可以更好地抑制無關刺激的干擾從而更快地對目標刺激進行加工，因此加工效率更高。

在警覺網絡上，無線索條件下的反應時顯著長于雙線索條件,表明不同神經類型大學生都能獲取雙線索條件提供的信息,并能將這種信息引發(fā)的警覺狀態(tài)保持到靶子刺激出現(xiàn)。四種神經類型大學生之間警覺效能無差異，說明四種類型在利用線索信息對即將到來的刺激保持一種警覺狀態(tài)的能力上接近。在定向網絡效能上，四組大學生在有效空間線索下的反應時均顯著快于無效空間線索條件，即不同神經類型大學生均出現(xiàn)了定向效應，但神經類型組間的定向效能并無差異，說明四組神經類型大學生都能利用空間信息提高注意表現(xiàn)。本研究中所測量的是外源性注意定向，所以準確地說，不同神經類型大學生在外源性注意定向網絡效能上不存在差異。在警覺和定向功能上，不僅僅行為結果上，在神經機制上許多不同群體之間也不存在差異，如抑郁癥與正常之間[17-18]、老年人與青年人之間等[19]。努力-自動化假設(effortful-automatic hypothesis)提出，不同個體之間相對于需要較少加工資源的自動化加工任務，更可能在需要更多加工資源的任務中存在差異[20-21]。警覺和外源性注意定向更多的自下而上的自動化的調整能力，不同神經類型之間在這種自下而上的自動化調整方面無顯著差別。

四組神經類型大學生在一致條件下的反應時均快于不一致條件，均表現(xiàn)出執(zhí)行控制效能，與以往研究結果一致[8,16]。不同神經類型之間在執(zhí)行控制效能上有差異，靈活型大學生的執(zhí)行控制效能顯著高于其他三種類型，即神經系統(tǒng)的靈活性越高則執(zhí)行控制網絡加工效能越好。神經系統(tǒng)靈活性高的大學生在面臨沖突時，更容易抑制周邊沖突干擾的影響而對目標做出迅速的反應，更加高效地解決沖突，這與以往的研究結果相類似[12]。靈活性高的個體能夠進行興奮和抑制過程的快速轉換，快速地改變已形成的條件反射，而靈活性低的個體則不易改變已形成的條件反射[22]，因此，靈活性高者在沖突控制和克服習慣性反應時效率更高，所以表現(xiàn)出在執(zhí)行控制網絡加工中的高效率。

5 結論

以往研究發(fā)現(xiàn)，前扣帶回皮層(anterior cingulate cortex,ACC)和(dorsal lateral prefrontal cortex,DLPFC)在執(zhí)行控制加工中起到關鍵的作用[23-24]。沖突管理理論(The conflict monitoring theory)提出，DLPFC從ACC中接收沖突管理信號后調整認知資源來解決沖突干擾[25-26]，N2產生于ACC，是沖突檢測的指標，P3產生于DLPFC，是沖突解決的指標。Williams等比較了老年人和年輕人注意網絡加工的神經機制，年輕人在不一致和一致條件下N2波幅的差值顯著大于老年人，而在P3波幅上，年輕人在不一致和一致條件下的差值顯著小于老年人，研究者認為年輕人與老年人相比在沖突檢測階段投入了更多資源而在沖突解決階段則相對更加容易[27]。最近的一項研究中，Yang比較了亞臨床抑郁癥患者與正常人在執(zhí)行控制加工中的差異，結果發(fā)現(xiàn)兩組被試在沖突檢測階段不存在差異(N2波幅)，而在沖突檢測階段，亞臨床抑郁癥組在一致和不一致條件下的SP波幅差異顯著大于正常人組，說明亞臨床抑郁癥組在沖突解決中更加困難，需要調動更多的認知資源來解決沖突[17]。本研究中靈活型大學生的執(zhí)行控制效能顯著好于其他三種類型，而這一差異究竟來自于沖突檢測階段，或者沖突解決階段，或者兩個階段都存在，需要進一步分析。