视觉Oddball任务难度与P3m幅度相关
视觉Oddball任务难度调节与P3m幅度
背景介绍
在认知神经科学研究中，事件相关电位（Event-Related Potentials, ERP）和事件相关场（Event-Related Fields, ERF）是探讨大脑认知处理机制的重要手段之一。其中，P3成分（在脑磁图中称为P3m）的研究尤其受到关注。P3通常出现在刺激呈现后300到600毫秒内，表现为较大的正向偏转，其潜伏期和幅度可以受到不同任务参数的影响，例如任务难度、刺激概率等。同时，P3的变化与多种神经和精神障碍密切相关，如注意力缺陷多动障碍（ADHD）、阿尔茨海默病、精神分裂症和抑郁症，因此P3被认为是一种有潜力的生理标记物用于诊断这些疾病。
已有研究表明，任务难度的增加通常会导致P3(m)幅度的减少。然而，尚不清楚由于任务难度变化导致的P3调节是否起源于与传统P3生成器相同的大脑区域。因此，明确P3m的起源以及由于任务难度变化导致的P3m调节起源对于非侵入性脑刺激（NIBS）等干预手段的应用具有重要意义。
研究背景与动机
为了探求上述科学问题，本文的研究团队开发了一种新的Oddball视觉鉴别任务，通过使用几乎相同的视觉刺激但改变任务难度，对P3m成分进行了调节研究。研究旨在分别确认在不同任务难度下，大脑中产生P3m的脑区及其因任务难度变化产生的调节。
研究来源
这项研究由Cindy Boetzel、Heiko I. Stecher、Florian H. Kasten和Christoph S. Herrmann等学者进行，作者分别来自欧洲医学院实验心理学研究室、Carl von Ossietzky University的神经影像单元和法国图卢兹Paul Sabatier大学的脑与认知研究中心。研究结果发表在2024年《Scientific Reports》期刊上，文章编号14:1505，DOI为https://doi.org/10.1038/s41598-023-50857-z。
研究设计与方法
实验任务设计 研究人员设计了一个Oddball视觉鉴别任务，该任务包括两个难度等级（简单和困难）。任务难度通过调整Gabor 斑块的旋转角度来实现，保持了刺激的其他物理属性不变。旋转角度越小，任务难度越大。
实验参与者 共有19名参与者参加了MEG实验，最终有15名参与者（9名女性）符合数据分析条件。参与者无精神或神经障碍，右手惯用，且视力正常或矫正后正常。
MEG与数据采集 在MEG实验中，参与者需辨别Gabor条纹的旋转方向，并在简易或复杂条件下完成任务。神经磁信号由306通道全头MEG系统记录，并对数据进行源分析。
数据分析 使用FieldTrip工具箱和自制的MATLAB脚本进行数据处理，通过CBPT方法和LCMV束波器算法，对ERF差异进行统计分析，探测难度调节依赖的P3m幅度及其大脑来源。
研究结果
行为学结果 研究发现，任务难度的增加（困难条件）导致显著的D’（区分能力标准）下降和反应时（RT）延长。这表明任务难度的调节成功。
P3m幅度调节 MEG数据分析结果显示，在困难条件下，目标和标准刺激的P3m幅度显著下降，且主要在刺激后约300-600毫秒的时间窗口内。
源分析 P3m调节的源定位结果显示，P3m幅度减少的现象主要发生在双侧的中央-顶叶和颞叶区域。这些区域与先前研究发现的P3生成器一致，同时还包括部分前中心和后中心回及下顶叶。
讨论
研究表明，通过调整任务的复杂性，可以显著影响P3m的幅度，且这种调节作用主要来源于传统P3生成器区。结果支持关注大脑资源分配和信息处理负荷对于ERP振幅的重要性。这一发现对未来利用NIBS等手段干预P3m具有重要指导意义。
研究意义
本研究为进一步探讨大脑认知处理机制提供了新的方法和思路，通过严谨的实验设计和数据分析，探明了任务难度变化对P3m调节的源区定位，为脑电刺激等干预手段的应用奠定了基础。此外，本文还启示了多种任务调节手段和不同刺激参数在ERP研究中的应用，为未来研究提供了新方向。
结论
本研究成功建立了一个可靠的实验范式，用于研究任务难度对P3m幅度调节的影响，并明确了这些调节作用的大脑源区。这些发现将有助于未来实验，将这些知识应用于神经疾病的诊断和干预研究中。