《Biological Psychology》：Aperiodic and Oscillatory Neural Activity Underlying External and Internal Attention
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我们的注意力在日常生活中不断在外部环境和内部心境之间波动。迄今为止，注意文献广泛研究了外部注意及其神经基础；然而，我们对内部注意的认识仍然有限。特别是，这两种注意状态之间的直接比较在很大程度上被忽视了，现有的EEG研究侧重于不区分振荡活动与非周期性活动的综合频
我们的注意力在日常生活中不断在外部环境和内部心境之间波动。迄今为止，注意文献广泛研究了外部注意及其神经基础；然而，我们对内部注意的认识仍然有限。特别是，这两种注意状态之间的直接比较在很大程度上被忽视了，现有的EEG研究侧重于不区分振荡活动与非周期性活动的综合频谱测量。因此，在本研究中，研究人员检验了外部和内部注意状态是否对EEG信号的非周期性成分产生差异化调节，其与振荡测量之间的关系，以及其功能意义。在一项注意任务中，参与者被要求要么外部注意（关注任务相关的音调），要么内部注意（关注自己的想法），同时研究人员记录他们的EEG。研究结果揭示，与外部注意相比，内部注意期间非周期性偏移（offset）更小，非周期性指数（exponent）也更小（即斜率更平缓）。研究人员还发现了非周期性参数与alpha及beta活动之间的关系受到差异化的注意调节。最后，非周期性参数能够预测外部条件下的准确率，而振荡性alpha活动则能预测内部条件下的注意评分。总体而言，研究结果为外部和内部注意状态的电生理基础提供了见解，凸显了EEG信号中非周期性和振荡性特征的不同功能作用。
在日常生活的交叉路口等待通勤时，个体可能同时监控红绿灯并思考如何安排当天的待办事项。生活中不断涌入外部感觉刺激和内部生成的事件，个体处理目标相关信息的能力依赖于注意过程来选择适当的输入流、支持其内容并抑制干扰性输入。尽管注意文献在理解外部注意及其神经机制方面投入了大量精力，但目前对内部注意的理解仍然有限，并且这两种注意状态之间的直接比较仍待深入探索。因此，本研究旨在比较外部和内部注意的电生理关联物。
注意通常分配给外部刺激或内部事件。外部注意指指向来自物理环境的感官输入的注意，而内部注意则指向与外部刺激无关的内部生成的表征。迄今为止，大多数注意研究集中于选择性注意，包括近期一组在工作记忆背景下比较外部和内部注意的研究。本研究在更广泛的背景下（例如，涉及选择性注意、视觉搜索和空间导航等过程的外部注意；以及涉及自传体规划、心理表象、心算和工作记忆，甚至包括被称为心智游移的自发性思维和任务无关思维等过程的内部注意）考察注意。
现有研究已探索了持续期间外部和内部注意的频谱关联物；然而，据研究人员所知，尚未有研究考察外部和内部注意在电信号非周期性成分上的差异。该测量反映了大脑中的非振荡活动，其特征是1/f功率分布。非周期性神经活动通常至少由两个参数量化：偏移（offset），索引宽带功率的一般水平；以及指数（exponent，通常称为斜率），索引功率谱中功率随频率增加而下降的速率。尽管传统上被视为背景噪声，但非周期性成分现在被广泛认为反映了有意义的生理信息。偏移被认为反映了神经元群体放电（neuronal population spiking），而指数则被提出反映了兴奋性和抑制性电流之间的平衡。过去的研究还表明，指数与唤醒水平、发育和衰老、包括视觉感知和元认知意识在内的认知过程以及临床状况相关。迄今为止，大多数检查非周期性成分的注意研究考察了传统形式的外部注意。鉴于这些传统形式的注意已被证明调节非周期性成分，这提示非周期性偏移和指数在外部和内部注意之间也可能存在差异。
在当前研究中，研究人员利用成熟的注意范式结合电生理信号，考察EEG信号的非周期性成分是否与持续的外部和内部注意状态存在差异化关联。参与者被要求要么外部注意（关注任务相关的音调），要么内部注意（关注自己的想法）。研究解决了四个主要问题：第一，这些注意状态是否调节非周期性参数？第二，在考虑非周期性成分后，注意状态是否与振荡活动存在差异化关联？第三，注意状态是否调节非周期性参数与振荡活动之间的关系？第四，非周期性和振荡性成分在每种注意状态下的功能意义是什么？
研究使用了一个由40名参与者参与的样本（最终样本37人）。实验基于奇异音范式（oddball paradigm），包含标准音（500 Hz）和靶音（1,000 Hz）。在外部条件下，参与者执行靶检测任务；在内部条件下，参与者忽略音调并内部注意自己的想法。EEG信号使用Brain Recorder（Brain Vision）采集，通过FieldTrip工具箱在MATLAB中进行预处理和分析。采用SpecParam算法（此前称为FOOOF）在4-30 Hz范围内量化EEG信号的非周期性和振荡性成分，并以区组（block）水平提取参数。统计分析包括基于聚类的排列检验和线性混合效应模型。
初步的频谱分析（未分离非周期性成分）显示，与外部注意相比，内部注意条件下在顶枕区域的alpha频段和中央顶区的beta频段活动增强。
注意力状态差异调节非周期性成分：线性混合效应分析显示，内部注意条件下非周期性偏移显著低于外部注意条件（内部注意：-0.94 ± 0.04；外部注意：-0.77 ± 0.04；b = 0.17，p < .001）。同样，内部注意条件下的非周期性指数显著更小（斜率更平缓）（内部注意：1.39 ± 0.04；外部注意：1.55 ± 0.04；b = 0.16，p < .001）。控制分析表明这些效应并非由刺激诱发反应驱动，且在所有五个测试区域（额区、中央区、顶区、颞区和枕区）均观察到显著效应。
内部注意状态增强Alpha和Beta振荡活动：在考虑了非周期性成分后，针对后部电极的振荡性alpha活动分析显示，内部注意条件下显著高于外部注意条件（b = -0.91，p < .001）。类似地，振荡性beta活动在内部注意条件下也显著增强（b = -0.04，p = .022）。这与初步分析结果一致，表明传统频谱测量与考虑了非周期性成分的振荡性测量所呈现的模式大体相似。
非周期性参数与振荡性活动之间的关系在注意状态间存在差异：分析非周期性参数（偏移或指数）与注意条件的交互作用对振荡性alpha和beta活动的预测效应。对于alpha活动，非周期性偏移存在显著主效应，表现为更小的偏移与更高的alpha活动相关；偏移与条件存在显著交互作用，外部注意条件下偏移对alpha的负向预测效应更强。对于beta活动，非周期性指数存在显著主效应，表现为更小的指数（更平缓的斜率）与更高的alpha活动相关。指数与条件的交互作用也显著，内部注意条件下指数对beta的正向预测效应更强。总体而言，结果表明alpha和beta振荡活动与非周期性指数表现出相似的关联（更小的指数预测更高的alpha和beta活动），而更小的偏移预测更高的alpha活动，且外部注意条件下效应更强。
非周期性和振荡性成分的功能意义：在外部条件下，非周期性偏移负向预测准确率（即更高的准确率与更低的偏移相关）（b = -0.02，p < .001）。在内部条件下，振荡性alpha活动正向预测注意评分（即更高的alpha活动与更频繁的内部注意相关）（b = 0.02，p < .001）。添加振荡性测量并未显著提升模型拟合度，表明非周期性和振荡性成分具有选择性的功能意义。
综上所述，本研究结果揭示了注意状态对非周期性偏移和指数以及振荡性alpha和beta活动的调节作用。研究人员还发现非周期性偏移和指数与alpha和beta活动之间存在相似的关联模式。重要的是，非周期性和振荡性活动差异化地预测了行为和主观测量结果，凸显了它们各自的功能意义。这些发现为外部和内部注意状态的电生理基础提供了见解，强调了EEG信号中非周期性和振荡性特征的功能作用。具体而言，内部注意与更小的偏移（反映整体神经元活动减少）和更平缓的斜率（反映更高的神经噪音和灵活性）相关。非周期性参数能够预测外部任务的表现，而振荡性alpha活动则能预测内部注意的主观体验，这支持了alpha在抑制外部干扰信息以及处理内部信息中的双重角色。
