2025年1月，劍橋大學(xué)Runhao Lu 等人在Brain Stimulation期刊（IF:7.6）發(fā)表了題為“Parietal alpha stimulation causally enhances attentional information coding in evoked and oscillatory activity” 的文章。
選擇性注意（selective attention）是一種基本的認(rèn)知機(jī)制，它幫助人們優(yōu)先考慮與任務(wù)相關(guān)的信息，而忽略無關(guān)的信息。以往的研究表明，頂葉事件相關(guān)電位（ERPs）和α振蕩反應(yīng)在注意任務(wù)中具有關(guān)鍵作用。然而，ERP和α這兩種信號(hào)能編碼哪些信息、其編碼不同信息的時(shí)間動(dòng)態(tài)有何差異、之間是否存在因果聯(lián)系等問題尚未解決。
以往的研究也發(fā)現(xiàn)，在α頻段上進(jìn)行經(jīng)顱磁刺激可能會(huì)影響α振蕩和與注意相關(guān)的ERP，并可能會(huì)進(jìn)一步影響與任務(wù)相關(guān)的信息編碼。因此，本文將TMS與ERP進(jìn)行結(jié)合，旨在探究α振蕩和ERP在編碼不同類型的注意信息（注意哪里、注意什么和具體的視覺特征）中的相關(guān)機(jī)制。
2、研究方法
A.在研究1中，利用腦電圖探究選擇性注意不同方面的ERP和α功率的可解碼性和時(shí)間動(dòng)態(tài)。使用選擇性注意任務(wù)和多變量解碼分析MVPA的方法 ，分別基于ERP和α功率研究了三個(gè)任務(wù)方面的表征動(dòng)態(tài)：注意哪里where、注意什么what和具體的視覺特征信息。
在選擇性注意任務(wù)（圖1A）中，包含了多種不同的注意信息（即where信息：注意左邊還是右邊；what信息：注意顏色還是朝向；以及具體的視覺特征：具體的顏色或朝向）。
B.在研究2中，對(duì)頂內(nèi)溝（IPS）進(jìn)行經(jīng)顱磁刺激，觀察其對(duì)ERP、α功率和選擇性注意不同方面編碼的因果影響。將TMS-EEG結(jié)合，在每個(gè)人的基于任務(wù)的α頻率（IAF）上進(jìn)行節(jié)律性TMS (rh-TMS)，或無節(jié)律性TMS（ar-TMS），并將這種刺激作用于右腦IPS（與注意力控制相關(guān)的區(qū)域）。
如圖1A所示，受試者每次進(jìn)行選擇性注意任務(wù)時(shí)的第一次延遲后100ms開始接受5組α rh-TMS或ar-TMS脈沖，刺激強(qiáng)度設(shè)置為110%的運(yùn)動(dòng)閾值（平均為63%的機(jī)器最大輸出強(qiáng)度）。對(duì)于α rh-TMS條件，脈沖頻率為受試者的IAF。在ar-TMS條件中，只固定第1個(gè)脈沖和第5個(gè)脈沖的時(shí)間，脈沖之間的間隔時(shí)間是隨機(jī)的，但每個(gè)脈沖間隔至少20ms，每個(gè)受試者的ar-TMS的總持續(xù)時(shí)間與rh-TMS相同。一個(gè)TMS-EEG session（rh-TMS或ar-TMS）共有1600個(gè)脈沖，每個(gè)session之間的間隔至少為7.2 s。
圖1A 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：在注視點(diǎn)之后會(huì)出現(xiàn)提示，由兩種符號(hào)組成，一種讓受試者注意左邊或右邊，另一種注意顏色或朝向，接著會(huì)出現(xiàn)彩色的傾斜條，受試者需要在色輪中點(diǎn)擊選擇相應(yīng)的顏色和朝向。在TMS-EEG研究中，在IPS區(qū)域進(jìn)行5次脈沖刺激脈沖分為有節(jié)律的（rh-TMS）和無節(jié)律的（ar-TMS）。
時(shí)頻分析
使用與TMS兼容的腦電圖設(shè)備actiCHamp Plus 64（德國Brain Products公司生產(chǎn)，深圳瀚翔腦科學(xué)股份有限公司全國總代理）來獲取EEG數(shù)據(jù)(TMS-EEG的采樣率設(shè)置為25000 Hz）。使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)頻分解分析了α rh-TMS夾帶對(duì)振蕩功率和試驗(yàn)間相位相干（ITPC）的影響。
多變量解碼分析MVPA
使用MATLAB中的CosMoMVPA工具箱進(jìn)行多變量解碼分析。使用兩種分類器，基于反映ERP和α功率的數(shù)據(jù)，對(duì)三種類型的信息(注意哪里：左邊vs.右邊；注意什么：顏色vs.方向；視覺特征信息：顏色任務(wù)是偏黃還是偏藍(lán)，方向任務(wù)是向左還是向右)進(jìn)行分析。對(duì)于視覺特征信息，對(duì)四種注意條件下的視覺特征進(jìn)行了解碼：被關(guān)注對(duì)象的被關(guān)注特征（aOaF）、被關(guān)注對(duì)象的無人關(guān)注特征（aOuF）、無人關(guān)注對(duì)象的被關(guān)注特征（uOaF）和無人關(guān)注對(duì)象的無人關(guān)注特征（uOuF）。
4、研究結(jié)果
EEG的結(jié)果
如圖1B所示，ERP和α能量都可以很好地編碼注意哪里（左邊vs.右邊）的信息。基于ERP的解碼準(zhǔn)確率在刺激開始后急劇上升，在刺激開始后約340 ms達(dá)到峰值，隨后下降；α的解碼準(zhǔn)確率從刺激出現(xiàn)后開始上升，在140毫秒左右達(dá)到峰值，并持續(xù)到試驗(yàn)結(jié)束。
圖1C所示，ERP和α能量也可以很好地編碼注意什么(注意顏色vs.方向)的信息。刺激開始后，基于ERP的解碼準(zhǔn)確率逐漸上升，并持續(xù)增加至結(jié)束；而基于α的解碼在提示呈現(xiàn)結(jié)束以后才開始。
而對(duì)于視覺特征信息（圖1D），ERP能夠編碼被關(guān)注對(duì)象的被關(guān)注特征和被關(guān)注對(duì)象無人關(guān)注的特征，α能量不能解碼任何類型的特征信息。
圖1 B 基于ERP的解碼和基于α能量的解碼:注意哪里（左邊vs.右邊）
圖1 D 視覺特征信息（黃色與藍(lán)色，向左與向右方向）
TMS-EEG的結(jié)果
α rh-TMS增加α功率和ITPC
與ar-TMS相比，rh-TMS在第一次脈沖后顯示右側(cè)后刺激區(qū)周圍α功率和ITPC增加（圖2A， 2B）
圖2A α功率夾帶的時(shí)頻分析（α節(jié)律性經(jīng)顱磁刺激-非節(jié)律性經(jīng)顱磁刺激）
圖2B α ITPC夾帶頻時(shí)頻分析(α節(jié)律性經(jīng)顱磁刺激-非節(jié)律性經(jīng)顱磁刺激
α rh-TMS影響后對(duì)側(cè)ERP振幅
在經(jīng)顱磁刺激IPS區(qū)域之后，這些后對(duì)側(cè)ERP成分的振幅得到增強(qiáng)（圖2E）。
圖2E 經(jīng)顱磁刺激對(duì)后對(duì)側(cè)振幅的影響
α - rh-TMS增強(qiáng)了任務(wù)前和任務(wù)中注意哪里（where）的神經(jīng)編碼
α節(jié)律的rh-TMS相對(duì)于ar-TMS能夠提高對(duì)注意哪里（where）信息的編碼（圖3）。在ERP的解碼中，解碼能力在刺激出現(xiàn)以后快速上升（圖3A），而α功率的解碼在刺激開始前，大約220ms左右達(dá)到峰值（圖3B）。
圖3 經(jīng)顱磁刺激對(duì)注意哪里（where）解碼準(zhǔn)確性的影響（左邊vs.右邊）。
但是，rh-TMS（相比于ar-TMS）對(duì)解碼注意什么（what）信息和視覺特征信息沒有影響（圖4和圖5）。
圖4 經(jīng)顱磁刺激對(duì)注意力解碼準(zhǔn)確性的影響
圖5 經(jīng)顱磁刺激對(duì)視覺特征信息解碼準(zhǔn)確性的影響
5、結(jié)論
單腦電和TMS-EEG結(jié)果均表明，ERP以一種動(dòng)態(tài)的方式表征了所有三種類型（where, what, 和視覺特征）的任務(wù)信息。在單腦電結(jié)果中，ERP可以編碼所有三種信息，但是α只可以編碼where和what信息。將TMS-EEG進(jìn)行結(jié)合，對(duì)IPS區(qū)域進(jìn)行節(jié)律性刺激可以提高where信息的神經(jīng)編碼，但是對(duì)what和視覺特征信息的編碼沒有影響。
