心理所 Nat Comm 揭秘視覺意識如何“加速”與“銳化”注意采樣

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基本信息

Title:Visual awareness sharpens and accelerates attentional sampling through enhancing inhibitory neural modulation in the attention network

發(fā)表時間：2025.11.17

Journal：Nature Communications

影響因子：15.7

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研究背景

你的注意力是“快閃”的嗎？

面對信息爆炸的感官世界，大腦依賴選擇性注意（Selective Attention）機(jī)制來高效篩選并抑制無關(guān)細(xì)節(jié) 。

在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的前沿領(lǐng)域，注意力研究正經(jīng)歷范式轉(zhuǎn)變：傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為注意力持續(xù)恒定，但最新的神經(jīng)電生理學(xué)證據(jù)揭示，注意并非持續(xù)聚焦，而是以周期性“采樣”（Attentional Sampling）的方式動態(tài)運(yùn)作。這種機(jī)制就像一個節(jié)律性的探照燈，周期性地探索不同空間位置或特征，避免長時間固著，從而保障對環(huán)境的高效探索 。

這種節(jié)律性采樣是由額頂葉注意網(wǎng)絡(luò)（Fronto-parietal attention network）中的神經(jīng)振蕩（Neural Oscillations）所驅(qū)動，核心涉及 Theta (3–7 Hz) 和 Alpha (8–12 Hz) 頻帶的腦活動。然而，一個長期存在的關(guān)鍵問題是：這種內(nèi)在的（default）注意動態(tài)過程，是否需要視覺意識（Visual Awareness）的參與才能被有效調(diào)控？如果一個線索刺激是無意識的，它是否還能像有意識線索那樣，調(diào)控我們注意力的動態(tài)節(jié)奏？本研究通過結(jié)合色度閃爍融合（CFF）技術(shù)制造不可見線索，并利用高時間分辨率的行為范式與腦電時間響應(yīng)函數(shù)（EEG/TRF）方法，對意識在注意動態(tài)中的作用進(jìn)行了深入探究 。

研究核心總結(jié)

該研究的核心發(fā)現(xiàn)是：注意采樣機(jī)制本身獨(dú)立于意識而運(yùn)作，但視覺意識顯著調(diào)控了其動態(tài)特征，通過增強(qiáng)抑制性神經(jīng)調(diào)制，使其采樣速率加速并功能銳化。

Fig. 1 | Illustration of stimuli and procedure for all experiments.

Fig. 2 | Schematic of the behavioral oscillation analysis pipeline.

1. 采樣節(jié)律是注意系統(tǒng)的內(nèi)在屬性

實(shí)驗(yàn)結(jié)果首先證實(shí)，無論是可見（有意識）還是不可見（無意識）的注意線索，都能夠誘發(fā)節(jié)律性的行為采樣，并重置額葉與右側(cè)枕頂葉區(qū)域的連接。這表明節(jié)律性注意采樣是注意系統(tǒng)的一種內(nèi)在、默認(rèn)的運(yùn)作模式，其存在并不依賴于對線索的意識感知 。

Fig. 3 | Results of Experiment 1.

1. 意識調(diào)控：加速采樣頻率與增強(qiáng)抑制功能

意識的介入顯著影響了注意的效率和動態(tài)特性。雖然兩種線索都誘發(fā)了相似的早期促進(jìn)效應(yīng)，即注意力被自動捕獲 ，但在較長的刺激呈現(xiàn)間隔（SOA）下：

1. 抑制功能銳化（IOR）： 只有有意識線索誘發(fā)了顯著更強(qiáng)的后期抑制效應(yīng)：抑制性返回（Inhibition of Return, IOR）。這一發(fā)現(xiàn)提示，早期自動的注意捕獲可以脫離意識，但有目的、持續(xù)地抑制一個位置則高度依賴于對線索的意識表征。

2. 采樣速率躍遷： 視覺意識使注意采樣的頻率顯著加速 。行為譜分析顯示，無意識線索的采樣速率峰值位于約 3.75 Hz（屬于 Theta 頻帶），反映了注意的默認(rèn)探索節(jié)奏；而有意識線索下的采樣頻率則顯著提高至約 7.50 Hz（屬于 Alpha 頻帶）。這種加速機(jī)制暗示，傳統(tǒng)的IOR效應(yīng)和節(jié)律性采樣可能共享一個動態(tài)的注意調(diào)控基礎(chǔ) 。

Fig. 4 | Results of Experiment 2.

1. 神經(jīng)機(jī)制：Alpha 振蕩介導(dǎo)的自上而下控制

在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層面，意識對注意動態(tài)的調(diào)節(jié)機(jī)制被清晰揭示為抑制性神經(jīng)調(diào)制的增強(qiáng) ：

1. 抑制性 Alpha 活動的增強(qiáng)：有意識線索引起了額葉和右側(cè)枕頂葉區(qū)域的增強(qiáng)抑制性 Alpha 振蕩。這種 Alpha 功率增強(qiáng)反映了額頂葉網(wǎng)絡(luò)對無關(guān)信息的自上而下（Top-down）抑制和門控機(jī)制 。相反，無意識線索僅在枕頂葉區(qū)域誘發(fā)了Alpha功率的降低，這被解釋為單純的感知促進(jìn)效應(yīng) 。

2. 額頂葉耦合的頻率上調(diào)： 視覺意識改變了額頂葉網(wǎng)絡(luò)的同步頻率。有意識線索觸發(fā)了更早（100–467 ms）且更高頻（Alpha 頻帶，約 12 Hz）的額葉-枕頂葉連接 。通過Granger 因果分析確認(rèn)，這種 Alpha 頻帶的同步是額葉到枕頂葉的自上而下主導(dǎo)影響 。而無意識線索僅增強(qiáng)了較晚（450–900 ms）且較低頻（Theta 頻帶，約 6 Hz）的連接 。

Fig. 5 | Illustration of how cue awareness modulates the temporal dynamics of attention.

這一系列發(fā)現(xiàn)共同表明，視覺意識通過增強(qiáng)額頂葉注意網(wǎng)絡(luò)中的抑制性 Alpha 振蕩，迅速建立高頻、自上而下的控制連接，從而銳化了抑制功能并加速了注意采樣的動態(tài)速率，是調(diào)節(jié)注意系統(tǒng)靈活度和效率的關(guān)鍵因素 。

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Abstract

Attentional sampling, orchestrated by neural oscillations within the frontoparietal attention network, sequentially focuses on stimuli in a dynamic pattern, thereby enhancing the efficiency of attentional selection. However, the role of conscious awareness in this default attentional process remains largely unexplored. Here, we employed the Chromatic Flicker Fusion (CFF) method to render attentional cues invisible and investigated how cue awareness modulates attentional sampling. Using a high-temporal-resolution behavioral paradigm and electroencephalography (EEG) combined with the temporal response function (TRF) approach, we found that both visible and invisible cues induced rhythmic behavioral sampling and reset connectivity between the frontal and right occipito-parietal regions, indicating that attention samples rhythmically regardless of cue awareness. Crucially, visible cues not only elicited stronger behavioral inhibition and enhanced neural alpha activity, but also triggered faster attentional sampling (~8?Hz vs. ~4?Hz) and higher-frequency frontoparietal coupling (alpha vs. theta band). These findings demonstrate that the conscious representation of attentional cues influences inhibitory neural responses within the frontoparietal attention network and modulates the attentional sampling process.

核心圖表、方法細(xì)節(jié)、統(tǒng)計(jì)結(jié)果與討論見原文及其拓展數(shù)據(jù)。

分享人：飯哥

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部