近日,神经科学旗舰期刊《Journal of Neuroscience》在线刊发了华南师范大学脑认知与教育科学教育部重点实验室骨干成员、心理学院张喜淋教授课题组的研究论文：Awareness-dependent Normalization Framework of Visual Bottom-up Attention,该研究首次揭示了依赖于意识的自下而上视觉注意的归一化模型(normalization model)。心理学院2019级硕士研究生王诗雨同学为该论文的第一作者,张喜淋教授为该论文通讯作者,本实验室为第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金委和广州市重点领域研发计划项目的支持。
由刺激物理属性驱动的注意选择过程即为自下而上注意(bottom-up attention),又称为瞬时注意(transient attention)或外源性注意(exogenous attention)。自下而上注意选择过程往往非常迅速且高效,如在驾驶过程中,突然横穿马路的小孩(突发事件)会自动吸引驾驶员的注意,使得脑信息加工系统对此信息优先进行加工,从而避免交通意外的发生。因此,对自下而上注意选择过程及计算的研究不仅可以帮助我们更好地理解大脑如何产生意识且对智能驾驶、现实生活等具有重要借鉴意义。
前人大量研究证实,无论是有意识还是无意识状态下,自下而上注意均可提高个体的行为操作水平,然而其背后的神经计算是否存在差异并不清楚。张喜淋课题组在实验1中,首先结合Posner线索提示和后掩蔽两种实验范式,发现有意识和无意识状态下的自下而上注意效应在空间维度上均为单调递减的渐进式分布模式(即高斯分布,注意效应从中心到外周递减)且有意识的注意范围显著大于无意识的注意范围。注意的归一化模型指出注意的调节效应受到注意范围和刺激大小二者间相对大小的影响:当注意范围大于刺激时为对比度增益(contrast gain);当注意范围小于刺激时为反应增益(response gain)。因此,实验1揭示的依赖于意识的注意范围使得研究者在实验2中可以操纵给每个被试呈现的刺激大小(即有意识注意范围和无意识注意范围的平均值),从而使得有意识条件下的注意范围大于刺激,而无意识条件下的注意范围小于刺激。通过测量被试的对比度反应函数(contrast-response functions),研究者证实了有意识和无意识自下而上注意的增益分别为对比度增益和反应增益两种模式;反过来,利用被试的反应模式可以有效地模拟出实验1中依赖于意识的注意范围。总结起来,该研究的创新和科学意义在于不仅首次揭示了依赖于意识的自下而上视觉注意的归一化计算,且促进学界进一步认识注意和意识间的关系及二者如何相互作用影响我们对外部世界的感知。
作者：王诗雨
审核： 范 方