微扫视幅度的动态变化反映了隐蔽注意的转移

文献：Lv, X., Cheng, S., Wang, Z., & Jia, J. (2022). The dynamics of microsaccade amplitude reflect shifting of covert attention. Consciousness and Cognition, 101, 103322. https://doi.org/10.1016/j.concog.2022.103322

注意力在空间位置之间灵活转移，以适应任务需求。本研究检验了注意力转移的动力学是否在微扫视中出现，微扫视的方向已被证明伴随着隐蔽注意力的转移。在空间提示任务中，提示100%、75%或50%预测了目标位置。结果显示，微扫视率和幅度都随着提示的出现先降低，然后又反弹，微扫视率和幅度都偏向提示的反方向，然后回到提示的方向。重要的是，提示有效性调节微扫视幅度的时间分布，但对微扫视率的时间分布几乎没有影响。与此相一致的是用目标反应准确度测量的提示效应只与微扫视幅度相关。这些结果表明，微扫视幅度的时间动态反映了隐蔽注意的转移。

1. 研究背景 ¶

即使我们努力保持凝视，眼睛也不是静止的，相反，在注视过程中会不由自主地发生微小的眼球运动(Engbert, 2006; Hafed, Chen, & Tian, 2015; Martinez-Conde, Otero-Millan, & Macknik, 2013)。这些微型眼球运动中最突出的部分是微眼跳，虽然不能有意识的感知微眼跳，但它们受到外部事件和注意力的影响 (Hafed et al., 2015)。在Posner线索任务中，外源性线索会引起微眼跳率的最初抑制，随后出现强烈反弹，微眼跳率在抑制期向提示位置偏移，而在反弹期向未提示位置偏移 (Hafed & Clark, 2002; Laubrock, Engbert, & Kliegl, 2005; Rolfs, Engbert, & Kliegl, 2005)。内源性线索也引起微眼跳率的最初抑制和随后的反弹，但微眼跳率反而会在反弹期向被提示的位置倾斜(Engbert & Kliegl, 2003; Laubrock, Kliegl, Rolfs, & Engbert, 2010)。这些结果表明外源性和内源性线索都可以以不同的方式调节微眼跳率的时间动态(Laubrock et al., 2005; Meyberg, Sinn, Engbert, & Sommer, 2017)。

该领域的研究人员认为，注意力的分布是有顺序和节奏的 (Fiebelkorn & Kastner, 2019; VanRullen, 2016)，例如，近年来的研究表明，注意力在空间位置和特征之间有节奏地转移，自上而下和自下而上的注意力在行为表现和神经活动中都有规律的变化。并且，注意转移受任务需求调节，例如，当操纵提示有效性(目标出现在提示位置的trial比例)将不同比例的自上而下注意力分配到两个空间位置时，当任务需要更均匀的注意力分配时，注意力转移变得更明显。

微眼跳的时间动态和注意力转移之间有联系吗？Laubrock et al.(2005)在空间提示实验中发现，微眼跳率在抑制前期向提示方向偏转，在反弹期向提示相反方向偏转，之后又向提示方向偏转。这种结果模式意味着注意力在两个位置之间顺序转移。然而，目前尚不清楚这种微扫视率的顺序变化是否与行为表现有关，是否受自上而下的因素(如调节空间注意分布的线索有效性)的影响。如果微眼跳率的动态确实反映了注意力转移，那么微眼跳率的变化应该与行为表现(如反应时间和/或准确性)相关，重要的是，微眼跳率的动态应该由调节注意力转移的自上而下的因素(如提示有效性)调节。除了微眼跳率外，已有研究表明，微眼跳幅度在刺激呈现后是动态变化的，扫视幅度被证明与注意转移有关。然而，以往的研究忽视了注意力转移与微扫视幅度的时间动态之间的关系。如果微扫视幅度的动态也反映了注意转移，那么微扫视幅度的变化应与注意任务的行为表现相关，并对自上而下的因素(如提示效度)敏感。

当前研究使用类似于 Jia et al. (2017, 2019) 研究中使用的范式测试注意力转移和微扫视的时间动态之间的联系，研究中给被试呈现两个占位符并提示被试注意其中一个，之后一个目标（斜杠）会呈现在一个占位符上，要求被试报告斜杠的方向。在三个实验中线索分别以100%, 75%, 和 50%的比率预测目标出现的位置。记录眼动数据，并根据每个时间点微眼跳方向与提示的空间一致性计算微眼跳率和幅度。这种方法能够表征微扫视率和幅度的时间剖面，并检查提示有效性的影响。

2. 方法 ¶

招募了74名来自杭州师范大学的参与者，其中30名男性，年龄19–25岁。其中27名、22名和25名参与者分别参加了100%、75%和50%的线索效度实验。为了与之前的实验进行比较，任务与之前研究保持一致(Engbert & Kliegl, 2003; Laubrock et al., 2005)。

使用MATLAB和Psychophysics Toolbox呈现刺激并记录行为数据，实验在光线昏暗、隔音的实验室里进行。参与者舒适地坐在约70厘米的观看距离外，头固定在下巴托上。视觉刺激显示在CRT显示器上(分辨率:1024 × 768;刷新率:85hz)，连接Windows 7 PC。

本实验中使用的空间提示任务与之前关于顺序注意力转移的研究相似(Jia et al., 2017)，典型的实验刺激流程如下图1所示，要求受试在1s之内通过左右食指按键反应判断目标“斜杠”的方向。本研究控制被试间的提示效度以避免潜在的结转效应，并减少实验任务的长度。三个实验的空间线索效度分别是100%, 75%, 和50% 。每个实验包括400个trial，总计40min。每个被试在实验开始之前进行30个练习trial。

图1

用Engbert和Kliegl(2003)最初提出的算法的改进版本(Engbert & Mergenthaler, 2006)检测微眼跳，将水平和垂直的眼球位置映射到速度空间上，由于实验任务要求参与者保持注视，且眼球运动总体上相当小，因此使用相对较低的3个标准差的速度阈值来检测微眼跳(Engbert & Mergenthaler, 2006)。被检测到的两眼之间的时间重叠，最小持续时间为5ms，幅度低于1◦眼跳被视为微眼跳，眼跳大于1◦的trial排除分析。分别从100%、75%和50%的实验中排除了7%、9%和13%的trial。使用100 ms的矩形移动窗口(1-ms步进)来检测提示出现后900 ms时间窗口内的微扫视率(Engbert & Kliegl, 2003; Engbert, 2006; Laubrock et al., 2005)。用“一致”和“不一致”来指代与提示相同或相反的方向的微扫视，一致与不一致微扫视率的差异显示了提示效应。100 ms的移动窗口也用于检测提示开始后900 ms时间窗口内的微扫视振幅(Engbert & Kliegl, 2003; Laubrock et al., 2005)。在提示出现的水平方向上量化微扫视振幅，首先将每个微扫视的矢量投影到水平线上，即水平幅值=微扫视幅值* cos(角度)。分别为一致和不一致微扫视推导出每个时间仓的平均水平振幅，一致与不一致微扫视的幅度差显示了提示效应，微扫视振幅和速率的时间剖面基线校正到提示开始。

3. 结果 ¶

总体目标反应的准确性在三个实验中没有显著差异，如预期，在75%提示效度实验中，有效trial的反应准确度高于无效trial，而在50%提示效度实验中，有效trial与无效trial之间无差异。

如下图2a所示，自然对数变换后，眼跳峰值率与眼跳振幅线性相关，证实了扫视的弹道性质(Hafed, Goffart, & Krauzlis, 2009; Martinez-Conde, Macknik, & Hubel, 2000)。如图2b所示，大多数微扫视具有稳健的水平分量。如图2c汇总了所有的微眼跳，微扫视率短暂下降，在提示出现后约100 ms达到低谷，在约300 ms达到峰值，然后慢慢恢复到基线水平。这一结果证实了之前的观察 (e.g., Engbert & Kliegl, 2003; Rolfs, 2009) ，证明了三个实验中微扫视检测算法的合理性。如图2d展示了微扫视振幅的时间剖面，与扫视率有相似的模式，即先有一个短暂的下降，再有一个强劲的反弹。图2e显示了三个实验中微扫视幅度的分布。

图2

如下图3a-c所示，三个实验中微扫视率的提示效应(一致-不一致)的时间动态是相似的，最初的200ms内，一致和不一致的微扫视率没有差异，在200-500ms的时间窗内，一致的微扫视率低于不一致的，在提示出现约500ms后，模式发生反转，一致的微扫视率高于不一致的微扫视率。选取三个关键的时间窗：初始下降期80–160 ms， 反弹期280–360 ms，回归基线期600–680 ms。

图3

如图3d所示，三个实验中选取的第一个窗口期没有显示出提示效应并且没有不同，三个实验中选取的第二个窗口均显示出显著的提示效应，并且三个实验间无差异。而在第三个时间窗内，100%和50%提示效应实验的提示效应不显著，但在75%提示效应中显著。

这些结果与之前研究的观察一致，即在提示后约300ms，一致的微扫视率低于不一致的微扫视率(Galfano, Betta, & Turatto, 2004; Laubrock et al., 2005; Rolfs, Engbert, & Kliegl, 2004)，类似经典的抑制回归效应(IOR; Galfano et al., 2004; Klein, 2000)。然而，提示对微眼跳率的影响不受提示效度的调节，这表明微眼跳率不受自上而下注意控制的影响。

如图4b-d所示，微扫视幅度中提示效应(一致-不一致)的时间动态在三个实验中显示出不同的模式，选择在提示后在80–160 ms, 300–380 ms, 和690–770 ms的三个时间窗分析一致-不一致微眼动幅度，结果如图4e所示，在第一个窗口期100% 和 75%的提示有效性实验中的提示效应不显著性，但在50%线索有效性实验中显著，并且三个实验的提示有效性具有显著性差异，事后比较表明50%线索有效性实验比100% 和 75%的提示有效性实验的提示效应更强。在第二个窗口期间，100% 和 75%的提示有效性实验的提示效应有显著性，但在50%线索有效性实验中不显著，三个实验的提示效应没有显著不同。在第三个窗口期间，100% 和 75%的提示有效性实验中的提示效应不显著，但在50%线索有效性实验中显著，三个实验的提示效应具有显著性不同，事后分析表明50%提示有效性实验比100%提示有效性实验的线索效应更强，而 100% 和 75% 或75% 与 50%线索有效性实验之间的提示效应无显著性差异。

图4

在反弹期，微扫视幅度偏向于提示的相反方向，揭示了IOR效应(Galfano et al., 2004; Laubrock et al., 2005; Rolfs et al., 2004)。此外，50%提示有效性实验在反弹期前后的一致的微跳幅度更大，这一新的观察结果与本研究人员之前的发现一致，即当线索有效性为50%时，注意力会在线索位置和非线索位置之间依次转移(Jia et al., 2017, 2019)。微扫视幅度的时间动态由自上而下的注意调节，这支持灵活的注意采样以适应不同的任务需求(Jia et al., 2017)。

4. 讨论 ¶

微扫视率的时间分布不受线索有效性的调节，并且与用目标反应准确性测量的线索效应不相关。相反，微扫视幅度的时间分布受线索有效性的调节，并与用目标反应准确性测量的线索效应相关。这表明微扫视幅度的时间动态可能反映了注意力的转移。