Neural correlates of location-response compatibility in an immersive virtual-reality Attention Network Test: a multiverse electroencephalography analysis

人类大脑是专注的大师，它不断地过滤海量的感官信息，以精准锁定最重要的内容。这种被称为“注意力”的能力并非单一的开关，而是一系列协同工作的系统，用于管理分心、向新信号定向，并在感官发送矛盾信息时解决冲突。科学家长期以来一直利用受控的实验室任务来研究这些系统，在这些任务中，参与者根据屏幕上的视觉线索按下按钮。虽然这些实验揭示了注意力在理论上是如何运作的，但它们往往剥离了现实生活中丰富的三维语境。问题在于：当我们完全沉浸在一个虚拟世界中——在这个世界里，周围的空间感觉真实，且我们的动作也是体验的一部分时——大脑处理注意力的机制是否会有所不同？理解这一区别至关重要，因为它能帮助我们确定在安静的实验室中学习到的注意力规则，是否适用于我们日益频繁栖身的复杂且具有沉浸感的环境。

为了探索这一点，研究人员转向了沉浸式虚拟现实技术（一种将人置于计算机生成的世界中的技术），并将一种经典的注意力测试改编到了这一新环境中。他们要求44名年轻人执行一项任务，即在虚拟空间中识别特定的目标。挑战在于目标出现的位置与参与者用来按键的手之间存在关系。有时，目标的出现位置与所用手的侧向一致，这种设置感觉自然且容易；而另一些时候，目标出现在与所需手部相反的一侧，这种不匹配迫使大脑必须更加努力地协调动作。通过将这项测试置于虚拟现实环境中，研究团队可以观察大脑如何管理这种空间冲突，同时参与者会感觉到自己被任务所包围，而非仅仅是从远处观察它。

研究人员使用了一种高度敏感的方法来观察大脑的活动，即记录来自头皮的电信号，这些信号可以揭示神经活动的计时情况。由于清洗和准备这些原始信号进行分析的方法有很多种，团队并未依赖单一方法。相反，他们让数据通过了近两百种不同的处理变体进行分析，这种技术确保了结果不仅仅是某种特定选择下的偶然现象。他们寻找的是在大脑选择目标并准备反应时出现的特定脑波模式。他们特别关注出现在后脑部的信号，该信号已知反映了大脑定位空间中特定位置的能力。

结果揭示了一个关于大脑如何在虚拟现实中处理位置-反应冲突的清晰且一致的故事。当目标的出现位置与要求的动作手部不匹配时，大脑表现出与空间选择相关的明显且可靠的活动增强。这种指示大脑正在努力编码目标位置的信号，出现在研究人员测试的近两百个分析路径中的每一个。当大脑活动相对于虚拟空间中目标的实际位置（而非相对于用于反应的手）进行测量时，这种效应最为显著。这表明大脑的主要焦点在于弄清楚物体在世界中的位置，而不仅仅是在规划手的物理运动。

有趣的是，研究发现这种神经层面的挣扎并没有转化为更慢或准确度降低的行为表现。无论位置与反应是否匹配，参与者执行任务的难易程度都一样，这意味着尽管内部存在神经层面的努力，他们的外部表现依然保持稳定。研究人员还寻找了其他可能解释这种困难的脑活动类型，例如与一般感官处理、冲突解决或最终决策相关的信号。这些其他信号都没有显示出同样的连贯模式。证据明确指向大脑用于选择空间位置并对该位置进行编码的机制，是受这种不匹配影响的主要因素。

这项工作表明，当我们与沉浸式虚拟环境互动时，大脑的注意力系统会受到“我们看到什么”与“我们如何行动”之间关系的调节。大脑通过增强致力于精准定位目标位置的神经活动来应对空间冲突，即使在我们的外部行为表现完美无瑕的情况下，这一过程依然在发生。研究结果表明，在这种语境下，这种特定的神经机制比更广泛的感官或决策信号更具鲁棒性和一致性。通过使用测试了数百种分析可能性的严谨方法，这项研究为大脑在周围世界为虚拟时如何调整其注意力焦点提供了一个自信的观点，强调了大脑的空间内部地图是我们在这些数字领域中进行导航的关键要素。