心理训练会影响分布有限的大脑资源
HeleenA.Slagter1,AntoineLutz1,LawrenceL.Greischar1,AndrewD.Francis1,SanderNieuwenhuis2,JamesM.Davis1,RichardJ.Davidson1* 1WaismanLaboratoryforBrainImagingandBehaviorandDepartmentofPsychology,UniversityofWisconsin,Madison,Wisconsin,UnitedStatesofAmerica,2DepartmentofPsychology,LeidenUniversity,Leiden,TheNetherlands
摘要：人类大脑的信息处理能力是有限的，这可以从所谓的“注意-眨眼”缺陷中得到证明。这种缺陷被认为是由于两个目标之间为了争夺有限的注意力资源而造成的。研究结果还表明，心理训练可以增强对有限大脑资源分布的控制。我们的研究支持了大脑和心理功能的可塑性存在于整个生命中的观点，并说明了系统的心理训练在人类心理研究中的有用性。
关键词：心理训练； 大脑资源
人类信息处理的一个主要限制来自于在短期记忆[1]中有意识地识别和巩固视觉刺激所需的时间。这个过程可能需要超过半秒之前是免费的第二个刺激，揭示的注意力眨眼范式：如 果第二个目标刺激(T2) 的两个目标刺激在500ms的第一个(T1) 快速序列的干扰，通常不发现[2,3]。这种赤字的能力处理两个暂时关闭，有意义的刺激被认为是由于两个目标之间的竞争有限的注意资源[4]：当许多注意力资源致力于T1 的处理，太少可能为T2，呈现其表示容易受到干扰的干扰。然而，注意 力眨眼并没有反映出一个普遍的、不可改变的瓶颈，因为大多数人能够在至少一部分试验中识别t2(e.g., [5]).这表明， 对注意力资源的分配进行一些控制（不需要是自愿的）是可能的。
目前的研究考察了强化冥想是否会影响有限的注意力资源的分布， 这是通过注意眨眼任务的表现和头皮记录的大脑电位来衡量的。冥想的一个主要成分是对注意力的心理训练。这种心理训练被认为会对大脑和认知功能产生持久的变化，显著影响刺激的处理和感知方式。与这一观点相一致，最近的研究报道了冥想专家和新手在注意处理方面的认知和神经差异。然而，为了证实心理过程是一种可以通过冥想来训练的灵活技能的观点，需要纵向数据来检验同一个体内随时间的变化。先前对非从业者的研究表明，成年人的大脑能够在环境刺激下发生可塑性变化(e.g., [8,9])和对外部任务的强化训练，如电脑游戏，可以提高注意力技能，这反映在提高对新的认知任务[10] 的表现。然而，目前尚不清楚对某些注意力技能的纯粹心理训练是否能有利于新任务的表现，这些新任务不需要冥想，但确实需要训练过的技能。
在这里，我们提出了一项纵向研究，调查3个月的强化内观冥想对有限注意资源分布的影响。在这种常见的冥想方式中，一个人开始集中或稳定集中在一个物体上，比如呼吸。然后，一个人会扩大自己的注意力，培养一种无反应性的感官意识或“裸露”的注意力。这种形式的注意力是无反应的，在理想情况下，一个人不会陷入对感官或心理刺激的判断和情感反应中。基于之前在专家冥想者[6 ,7 ] 上的发现，我们假设强化内观3个月冥想训练会在注意力处理过程中产生显著的变化。更具体地 说，由于这种冥想方式培养了非反应性意识，我们预测经过3 个月的强化练习后，T1捕获的（1）注意力会减少，导致T2的 注意眨眼减少；T1捕获的减少将反映在较小的T1引起的P3b上 ，这是资源分配的脑潜能指数[11]。 数据收集自17名参与者，在一个3个月的冥想静修活动的 开始和结束时，在此期间，他们每天冥想10-12小时（练习组）。对照组数据收集自23名对学习冥想感兴趣的参与者（新手组），他们接受了1小时的冥想课程，并被要求冥想 20min 在每次治疗前，每天治疗1w。在每个环节中，参与者执行一项 注意眨眼任务，在这个任务中，他们必须识别嵌入在快速干扰 字母流中的两个目标（两个数字）（图1）。t2可以在短或长 间隔后跟随T1，因此T2可以发生在T1后(336ms)或外部 (T1后672ms)。参与者在执行任务时没有进行正式的冥想。
我们的第一个预测是，密集的心理训练会减少T1的注意力捕获，这反映在T2的注意力眨眼减少了。行为学结果显示，明显更多的从业者（17人中有17人）比新手（23个中的16 个）在注意眨眼时间窗口内第二第二次（时间2）表现出更高的T2 检出率(图2A；Fisher精确检验：pfrac14; 0.029). 与之前的报告一致(e.g., [5])，在最初的阶段（时间1）中，观察到两组个体之间的注意-眨眼大小有很大的差异性。三名练习者和一名新手在两个时间点的表现都在或接近机会水平(i.e., T2 的准确率约为14%)。无论这些参与者是否被纳入分析，与新手组相比，医生组的注意眨眼幅度随着时间的推移显著降低，这是三方面的反映时间间隔、组和会话之间的交互作用( 图2B； 随机参与者包括： F（ 1, 38 ）frac14; 4 。5, p frac14; 0. 040；偶然的参与者被排除在外：F（1,34）frac14;4。3, p frac14; 0.045).图2B中所示的所有两项交互项和主效应都是显著的（表1）。事后分析证实，只有医生组在时间2时表现出明显较小的注意眨眼(按时间划分的交互间隔；实践者：F（1,16）frac14;16。1, pfrac14;0.001；新手：F（1,22）frac14;1.12, p .0 . 05 ). 此外，与心理训练相关的T2准确性的提高对注意眨眼的时间窗是有选择性的(按时间划分的交互组； 短间隔试验：F（1,38 ）frac14;7。4, p frac14; 0.010；长间隔试验：F（1,38）frac14;0。.417, pfrac14;0).
在那些在时间1时T2准确性得分较低的参与者中，T2准确性可能有更大的改善空间，因此，在时间1时任务表现的个体间差异严重影响了观察到的注意眨眼大小的减少。然而，协方差分析(ANCOVA)的结果排除了这种可能性，其中我们通过在分析中输入该测量值作为协变量来控制时间1时的t2的准确性。以时间2与时间1的t2准确性的差异作为因变量，以组作为固定因素。重要的是，随着时间的推移，医生组的注意眨眼大小的减少仍然显著大于对照组(F（1,37）frac14;.5.1, p frac14; 0. 029)，反对随着时间的推移，各组之间可能有不同的改善空间。
一个有趣的观察结果是，尽管只有医生在时间2时表现出较小的注意眨眼 但T2的准确性通常随着时间的推移略有改善：在两个短间隔试验中， 两组在时间2时的T2 准确性得分都显著更高(新手: tfrac14;2.9, pfrac14;0.008；从业者：tfrac14;6.4, p,0.和长时间间隔试验(新手：tfrac14;2。8, pfrac14;0. 010；从业者：tfrac14;2.9, pfrac14;0.011). T1的准确性随着时间的推移也普遍略有提高(F（1,38）frac14;8。1, pfrac14;0.007).有可能，在实践中，由于知觉学习[12]，目标刺激变得更容易检测，或者参与者在预测流中目标刺激的时间方面变得更好。然而，需要注意的是，这种全科实践效应并不能解释在医生组的短间隔试验中观察到的T2准确性的选择性改善。
t1的准确性在各组间没有显著差异，如上所述，随着时间的推移略有提高，说明改进的t2检测并不影响t1检测。在时间1时，医生和新手分别有78%和79%的短间隔试验和88%和88%的长间隔试验准确识别了T1。在时间2时，医生和新手分别对83%和82%的短间隔试验准确识别T1，对91%和91%的长间隔试验准确识别T1。该设计还包括T2缺失的试验，其中只有T1出现，T2被一个空白试验所取代（见材料和方法）。T2缺失的平均正确报告无主效应会议或任何重要的互动，包括小组, 并将不会进一步讨论。
事件相关的潜力
行为学的结果显示, 密集的心理训练。
脑刺激与注意眨眼大小的显著减少有关。我们预测，这种注意眨眼大小的减少将与对T1的脑资源分配的减少有关，这反映在一个更小的T1 引起的P3b上。在中评估了t1引起的P3b随时间的变化
350-650毫秒窗口的短间隔试验，其中两者目标被正确识别(i。e., 以及只有T1被正确识别的试验(i。e., 眨眼试验）。对于每个样本和通道， 眨眼和不眨眼试验中的电压值提交重复测量方差分析（ 方差分析）， T2准确性（眨眼或不眨眼）和时间1或时间2作为受试者内因素组（从业者或新手）作为受试者间因素。10名医生和12名对照组进行了足够的无人工面部眨眼和无眨眼脑电图(EEG) 试验(n。这两个时间点的15 ) 都将被包括在这个分析中。与整体的群体行为研究结果一致，医生眨眼大小的减少明显更大。
子组间隔3 组3会话交互：F（ 1, 20 ）frac14; 5 。4, p frac14; 0. 030； T2在短间隔试验中的准确性：80%[时间2]vs。时间1占61%，新手占69%。60% [time1]). 事件相关潜在分析的平均试验次数为新手：73次（时间1次）和99次（时间2次），45次（时间1次）和40次）；医生：81次（时间1次）和121 次（时间2次）无眨眼试验，51次（时间1次）和28次（时间2 次）眨眼试验。
与我们的预测一致，在无眨眼试验中，与无眨眼试验中，密集的心理训练与t1引起的P3b振幅随时间的降低相关(图3A)。在394-450ms之间(最大的电极Pz：F（1,20 ）： 4。4 –9.7， p值，0.05) 和在t1发病后488-551ms之间(最大在CP3 ：F（1,20 ）：7。8–27.5 ，p值，0。05). 另外的分析显示，这两种效应都反映了在不眨眼试验中t1引起的P3b振幅的选择性降低(图3B；Pz的早期阶段：Fmax（1,9）frac14;8。7, p
frac14; 0.016；在CP3的后期阶段：Fmax（1,9）frac14;40。4, p frac14;
0.0001). 在新手中没有观察到P3b振幅的降低(早期阶段：F（1, 11）的所有F值，1；后期阶段：F（1,11）的所有F值，4。6).
如上所述，注意眨眼被认为是由于有限的注意资源的次优共享造成的：当许多资源用于T1 处理时，T2 更有可能被遗漏[4,13]。因此， 我们假设，t1 引起的P3b振幅的减少幅度可以预测注意-眨眼大小的减少幅度。事实上，相关分析显示， 这些个体从业者或新手显示最大的减少脑资源分配T1通常显示最大的改善检测T2：一个可靠的，负面的交叉相关观察随着时间的增加T2准确性和相应的变化T1引起的P3b振幅没有眨眼试验的早期阶段(图4；rfrac14;0。 68, p frac14; 0.001 ；数据来自Pz) 和后期阶段(rfrac14;0。 46, p frac14; 0.030 ；数据来自CP3) 的P3b。然而，请注意，正如预测的那样，只有从业者可以利用这种资源共享机制：在第二次记录时，P3b振幅降低到T1只针对这一组
，而对新手没有(见上面；见图3a)。
在t1 引起的P3 b窗口外， 没有观察到显著的组会话交互效应，包括t2 引起的P3 b的时间窗( 所有p值0. 05 ). 先前的脑电位研究报道， 当T2 看不到时， P3 b到T2 被大部分或完全抑制了[14,15]。重复这些之前的发现，我们发现在T2引起的P3b的时间窗(800-1000ms) 中，无眨眼试验大于眨眼试验的阳性率，这反映在几个背侧后电极部位的T2 准确性的显著主影响上，包括Pz( 实践者：F（1,9 ）： 5.1–9.9；新手：F（1,11）：5。9–36.5；所有的p值0.05)作为强化心理。
大脑活动似乎是特定于无眨眼试验的( 见图3 B) ， 我们进行了另一项分析， 包括所有有足够的无眨眼试验的参与者( n
。15)在两个时间点（14名从业者和20名新手）。这个重复测量方差分析使用主体内因素会话（时间1或时间2）和主体之间的因素组（新手或实践者）复制上述减少t1 引起的P3b幅度随时间在医生组（见图5），反映在重要的会话3组交互效应( 早期阶段[316-445 毫秒]Pz：F（1,33 ）：4.5– 26.6 ，p值，0.05；晚期[477-563ms] 在CP3 ：F（1,33 ）：4.5–9.9，p值，0.05). 重要的是，t1 引起的P3b振幅的降低与随着时间的推移t2 准确性的增加之间的相关性也仍然显著(早期阶段：rfrac14;0.42, p frac14; 0.014年；后期阶段：rfrac14;0.36, p frac14;0.036)，说明了这一发现的稳健性。
值得注意的是， 头皮记录的大脑对T1和t2的反应在时间上重叠。先前的脑潜能研究表明，虽然T2的早期视觉处理不受T2可见性的影响，但不眨眼和眨眼试验中的T2处理可能早在T2[16]后170ms就有所不同。因此，可能在短间隔试验中观察到t1诱发P3b后期后阳性的降低(i.e.,t1 后488-551ms或t2后152-215ms) 是由于不同的T2 处理， 而不是不同的T1 处理。为了检验这种可能性，我们进行了另外两项分析，重点是T1-的试验所引起的P3b并不与与t2 相关的神经活动相混淆。第一个分析集中于长间隔T2 呈现无眨眼试验， 其中T2 在672ms后跟随T1 ， i。e., 在t1 诱发的P3b发生后。第二项分析集中在没有t2 缺失的短间隔t2 缺失试验上
展示如果在这些试验类型中，我们在T1 引起的P3 b的时间窗内观察到类似的头皮记录的大脑活动的减少，就像我们在短间隔T2 现在试验中所做的那样，这将加强冥想训练改变T1 的神经处理的结论。所有参与者都有足够的试验被纳入另外两项分析。长间隔T2当前分析的平均试验数为新手：45次（时间1）和52次（时间2）试验；医生：48次（时间1）和53次（ 时间2）试验。T2缺失分析的平均试验数为新手：46次（时间1）和49次（时间2）试验；医生：46次（时间1）和45次（时间
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