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注意是普遍存在而重要的心理过程。视觉注意的功能网络研究对于揭示视觉注意神经机制具有重要意义。在综合大量研究基础上,Corbetta提出了背侧-腹侧网络模型以解释视觉注意功能网络的神经机制。该模型认为人脑存在负责目的指向注意控制的背侧注意网络和负责刺激驱动注意控制的腹侧注意网络,两个网络分工合作以实现视觉注意的控制。然而由于研究方法的限制,对正常人脑的注意功能网络结构、网络内部脑区间相互作用机制和网络间相互作用机制的认识仍然有限。本研究基于功能磁共振成像技术,通过静息态实验fMRI数据以及block-ER混合设计的视觉空间注意任务fMRI数据,综合运用激活分析、功能连接分析和有效连接分析方法,试图对这些问题进行进一步的研究。
功能网络分析方法学的研究探讨了如何将实验设计和功能网络连接分析方法进行有机结合,合理构建以相关分析和Granger因果模型为基础的方法框架,制定合适的应用策略以对视觉注意任务的fMRI数据进行有效的处理和分析,包括数据采集、感兴趣区域(ROI)选取、时间序列提取、预处理、时间相关结果和Granger因果指数统计分析等等。
视觉注意任务激活模式的研究验证了block-ER混合实验设计的有效性和所获取的fMRI数据的可靠性。结果表明视觉空间注意有关的IPS、FEF、TPJ、MFG和IFG等区域的激活和已有ER实验设计所得结果基本一致;更进一步的,该block-ER设计的激活结果为后续的功能连接网络分析和有效连接网络分析提供了可靠的ROI以及时间序列数据。
视觉注意功能连接网络的研究考察了静息态、视觉注意任务下的功能连接网络机制。静息态下各ROI全脑显著相关图谱及由此得到的功能连接网络结构显示了左右脑背侧IPS-FEF注意网络分布,右脑腹侧TPJ-IFG-MFG注意网络分布以及两网络在DLPFC的重合区域。视觉注意任务、被动视觉任务和静息态下注意网络功能连接的对比研究结果表明各种条件下功能连接强度无显著差异,而且在视觉注意和被动视觉任务条件下右TPJ和右IPS之间功能连接强度均强于其他ROI间的连接强度,在静息态下则不是。这些结果支持了背侧.腹侧注意网络模型的基本空间拓扑结构,补充说明了右侧DLPFC可能是两网络的共有部分,并初步表明右TPJ-右IPS连接可能是两网络之间信息交互的重要通道,这与右TPJ-右IPS的“环路打断器”假设相符。
视觉注意有效连接网络的研究考察了视觉注意激活脑区组成的有效连接网络机制。基于Granger因果模型的有效连接方法检测结果表明在视觉空间注意任务下,存在从右TPJ至右IPS、右IPS至右FEF、左IPS至左FEF、右TPJ至右DLPFC和右后MFG至右IFG显著增强的方向性连接。视觉注意任务有效连接和静息态功能连接的关联分析结果表明右TPJ至右IPS有效连接强度和静息态功能连接强度有明显线性依赖关系。这些结果不仅与Corbctta的背侧一腹侧注意网络模型的空间拓扑结构相符,也为其“环路打断器”假设提供了直接证据。可以得出这样的结论:右TPJ至右IPS的有效连接在刺激驱动的视觉注意重定向中发挥了重要作用;腹侧注意网络通过该通路向背侧注意网络发送打断控制信号以终止当前的注意定势并造成视觉注意重定向。
综上,本文分别从功能连接分析和有效连接分析的的角度对Corbetta的背侧-腹侧注意网络模型进行了验证,并进行了一定的补充和修证;有效连接分析结果为腹侧网络通过右TPJ-IPS通路引起注意重定向的“环路打断器”假设提供了直接证据:最后,本文提出了围绕“环路打断器”的功能整合模型用于揭示注意重定向过程中腹侧、背侧网络内部和网络间相互作用机制。