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研究案例及应用

注意定势转移任务(Attentional Set Shifting Task,ASST)

注意定势转移任务Attentional Set Shifting Task (ASST) 是一种经典的认知心理学和神经科学实验范式,主要用于测量认知灵活性,特别是在不同规则或刺激维度之间转换注意焦点的能力。它直接探测前额叶皮层的功能(尤其是外侧前额叶皮层),并且对多种神经精神疾病(如精神分裂症、抑郁症、帕金森病、强迫症、物质滥用等)的认知缺陷敏感。

该任务的核心在于要求受试者根据反馈学习规则,然后在规则发生改变时灵活地调整注意力和行为策略。规则的变化通常涉及刺激的不同维度——气味和介质。

实验原理

与奖励相关的维度(气味或媒介)由研究人员先确定。此维度用于训练和测试条件。为了确定动物是否具有认知灵活性,研究人员会切换测试条件,使奖励与另一个维度相关联,从而挑战动物更新它们的行为和知识。

当受试者学会关联一组规则以区分相关和不相关的线索时,就会形成注意定势。例如,动物学会了将挖掘介质(被认为是相关线索)与食物奖励联系起来,而忽略了气味(被认为是无关紧要的线索)。在随后的试验中,这种关联得到了加强;挖掘介质和气味的类型会波动,但 介质 和 奖励 之间的配对保持不变。这个强化的规则变成了一个认知定势。

认知灵活性可以通过以下方式进行评估:

逆向学习–挑战受试者以保持注意力集。例如,先前的负面刺激(挖掘媒介)现在是正面的,被试必须学会将先前的负面媒介与奖励联系起来。相关的提示规则保持不变,同时反转了学习将子刺激与奖励相关联的规则。

超维度转移-注意力集的形成受到挑战。如果奖励之前与媒介相关联,那么它现在将与气味相关联。另一方面,如果奖励之前与气味相关联,那么它现在将与媒介相关联。

PROTOCOL

实验装置


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主要为一套注意定势转移室装置(IDED室)

ID/ED 任务室由两个腔室、一个测试区和一个等候区组成。一个类似断头台的起跑门决定了进入测试区。测试室在亚克力隔板的帮助下进一步分为两个隔间。测试区域的每个腔室都包含一个陶瓷碗,可以填充挖掘介质和加臭剂,可以从气味和介质套件中选择。

等候区和测试区之间的分离便于准备测试区域。每次试验都需要“重新开始”,将动物送回等候区。一旦起跑门被抬起,动物就可以进入测试区域。

屏幕截图 2025-11-20 114241.png

挖掘气味套件带有以下气味(精油形式):丁香芽、红百里香、柠檬、肉桂叶、迷迭香、爪哇香茅、荷荷巴油香草、茴香籽、生姜、肉豆蔻

挖掘介质套件包含以下介质:拉菲草、绿色毛毡、棕色泡沫、皱纹纸(黄色)、丝带(绿松石色)、金属色、咕噜眼、黑色亮片、粉红色绒球、管道清洁剂

实验前准备(第1-8天)


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在实验的前 8 天,让动物熟悉装置和操作流程,建立“挖碗寻找食物”的联结。该程序使他们习惯于处理行为,从而减少测试过程中可能发生的任何相关压力。

每天测量并记录受试者的体重。还必须让受试者习惯于在陶瓷罐中挖掘,以取回食物奖励。为了避免受试者将特定的挖掘介质与食物相关联的可能性,需要让受试者达到连续八次食物寻找,结果成功并且过程不出错。

食物限制期(第9-12天)


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第9天开始将两个陶瓷罐放入受试者的盒子中,并将小食物颗粒放入陶瓷罐中,以开始使受试者逐渐习惯于在罐子上进食。

注意:每天给受试者喂 1 克食物。受试者的体重应该保持在处理期间(第1-8天)的 80-85%。如果它的重量低于 80%,那么可以将分配的食物比例增加到 2 克。

笼子的垫料只能在第12天更换;在测试程序完成之前,不得再次更换垫料。

适应期(第13-14天)


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1、为了减轻在新笼子(ID/ED 室)中的压力,可以从受试者的笼子中取出一些垫料洒在实验室中。熟悉的气味有助于安慰处于新环境的受试者并保持其较低的压力水平。

2、在 ID/ED 室中,将一个装满水的陶瓷罐放在等候区的中央,将两个以前用于喂食的陶瓷罐放在测试区的角落。在两个陶瓷罐中,将重约 20 毫克的食物放入每个罐中(总共 40 毫克)。

将受试者从其家笼转移到 ID/ED 室的等待区。

在等候区停留一段时间后,起跑门将开放一小时,以便探索新设置。经常在陶瓷罐中放入小食物奖励,以鼓励受试者探索和与陶瓷罐互动。

实验人员必须待在房间附近,使受试者习惯实验人员的存在,从而降低测试期间额外压力的可能性。

训练期(第15天)


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将食物放入每个陶瓷罐中,将受试者放在等候区,最后打开起跑门,只给对象 3 分钟的时间进入测试区来找到目标并获得奖励。

3 分钟后,关闭启动门,再次将受试者放入等候区。

重复这个简单的过程几次。

随后开始学习“挖碗得食”:将干净的垫料(需中性无味)添加到陶瓷罐中用于覆盖食物。每次在目标放置放越多,进入学习“挖深埋食物”。

分配的时间范围保持 3 分钟。坚持训练,直到对象可以持续挖掘并找到食物。

建立选择习惯:

测试期(第16-17天)


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一般来说,注意力定势转移任务包括五个判别阶段/条件:简单判别 (SD)、复合判别 (CD)、CD 反转 (CDR)、维内移位 (IDS) 和超维移位 (EDS)。

SD (Simple Discrimination) - 简单辨别

刺激: 2个碗。仅在一个维度(如气味)上不同,另一个维度(如质地)完全相同。

例:碗A = 肉桂味 + 木屑;碗B = 罗勒味 + 木屑。

规则: 基于单一维度(气味)的特定属性值(如“选择肉桂味的碗”)。

目的: 建立基本联想学习能力基线。

CD (Compound Discrimination) - 复合辨别

刺激: 2个碗。在气味和质地两个维度上都不同。

例:碗A = 肉桂味 + 塑料屑;碗B = 罗勒味 + 碎纸巾。

规则: 基于与SD阶段相同的维度(气味),选择相同的属性值(如“继续选择肉桂味的碗,忽略质地”)。

目的: 引入干扰维度(质地),测试在干扰存在下维持注意定势的能力。

CDR (CD Reversal) - 复合辨别逆转

刺激: 与CD阶段完全相同(碗A=肉桂味+塑料屑;碗B=罗勒味+碎纸巾)。

规则: 逆转CD阶段的规则(如“现在选择罗勒味的碗”)。

目的: 测试在存在干扰维度的情况下进行反应抑制/逆转的能力。

IDS (Intra-Dimensional Shift) - 内维度转换

刺激: 新的2个碗(使用新的气味属性值和新的质地属性值),但两个维度都不同。

例:碗A = 咖啡味 + 细沙;碗B = 柠檬味 + 咖啡渣。

规则: 基于与之前相同维度(气味),选择该维度内的一个新的属性值(如“选择咖啡味的碗”)。

目的: 测试在同一维度内转换注意焦点到新属性值的能力(相对容易)。

EDS (Extra-Dimensional Shift) - 外维度转换(关键阶段!)

刺激: 新的2个碗(使用新的气味属性值和新的质地属性值),两个维度都不同。

例:碗A = 香草味 + 碎软木塞;碗B = 百里香味 + 木屑。

规则: 转换到之前被忽略的维度(质地),并选择该维度的一个属性值(如“选择碎软木塞的碗”)。

目的: 测试将注意焦点从一个相关维度(气味)完全转换到一个之前无关维度(质地) 的能力(需克服之前的注意定势,依赖外侧前额叶皮层)。这是衡量认知灵活性的核心指标。

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提前创建一张图表,用于准确概述每种情况将使用哪些气味和挖掘介质。

从简单判别阶段 (SD) 开始:只向受试者展示一个提示。

以挖掘介质为例。

用两种不同的挖掘介质填充陶瓷罐,确保食物奖励被覆盖。将谷物粉撒在每个挖掘基质上,以避免食物奖励的气味提示。

将受试者放在等候区。打开启动门后,启动计时器,倒计时三分钟。

期间记录受试者的运动轨迹及所有行为,包括错误尝试,可以配合视频分析软件,如TOP-ATPX进行记录并分析。

如果 3 分钟后受试者仍未做出选择,则试验将记录为错误选择。

如果受试者做出选择并去探索特定的陶瓷罐,此时须立即移除未选择的罐子。如果对象选择了一个没有食物奖励的罐子,则移走另一个罐子,直到时间流逝,让受试者明白没有与该特定挖掘介质相关的奖励。

对于所有剩余的试验和条件(CD、CDR、IDS 和 EDS),将连续重复相同的程序。

示例数据


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注意力转移任务的常见测量方法包括:

达到标准的试验: 许多研究以条形图格式绘制了“达到标准的试验”,每列表示不同的条件。

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每个条件的总错误数:绘制“每个条件的总误差”也经常被绘制出来,这表明误差减少与动物学习将刺激与奖励联系起来之间的反比关系。

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试用期:完成任务的平均时间或“试验持续时间”经常在此实验设置中进行测量和评估。

响应延迟:可以使用包含鼻子戳孔的迷宫的修改版本来录制。记录从打开启动门到啮齿动物从孔中探出鼻子所需的时间(以秒为单位)。




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