冲突控制中比例效应的神经机制

发布时间：2018-12-16 12:52

【摘要】：认知控制,亦称为执行功能或者执行控制,是指当人类的自动化加工、本能、直觉无法促进任务完成时所进行的一系列自上而下调控的心理过程。它能够帮助人们制定行为计划,完成目标导向行为,适应复杂多变的环境。认知控制有三个核心成分:抑制控制、工作记忆和认知灵活性。冲突控制是认知控制的重要功能之一,属于抑制控制的范畴,是指当任务无关维度与任务相关维度出现冲突时,认知系统如何解决冲突顺利完成任务。研究冲突控制对我们了解认知控制功能的运作方式有着重要的作用。常用来研究冲突控制的实验范式是Stroop范式,即对颜色字的颜色进行反应而忽略字义。用一致试次与不一致试次的反应之差,即Stroop效应,来对冲突加工过程进行定量的描述,效应量越大,冲突加工越困难。比例效应和冲突适应是冲突控制中常被关注的焦点。冲突适应是指如果在前一个试次中出现冲突,那么下一个试次出现的冲突将更容易被解决,反应了认知控制系统利用先前的冲突信息来加速当前冲突的解决。比例效应是指如果在一个组块中,一致试次对不一致试次的比例增大,那么这个组块的Stroop效应会变大,比例减小则效应减小。其反映了不同的任务背景如何影响认知控制的策略。比例效应和冲突适应反映的是冲突控制的两个方面:冲突适应反映冲突在短时间之内、在经历过冲突之后进行的快速调整;而比例效应则反映控制在长时间尺度上的策略性的调整,他需要对各种信息作出整合后才能进行。在以往的研究中,冲突适应受到了广泛的关注,取得了丰硕的成果。根据冲突监测理论,人脑中存在对冲突信息进行专门监测的系统,包括以前扣带回(ACC)为核心的监测模块和以背外侧前额叶(dlPFC)为主的冲突解决模块,在ACC监测到冲突之后将信息传到dlPFC,加速对下一个冲突的解决。相对的,比例效应却没有引起足够的重视,对于比例效应的研究大多集中于行为研究。按照比例操纵对象的不同,比例效应可以分为列表水平的比例效应(LWPC)和项目水平的比例效应(ISPC)。研究表明,LWPC是一种更为稳定而持久的相应,而ISPC是比LWPC更为突显的效应,即在ISPC和LWPC同时存在时只能观察到ISPC。在理论解释方面,由于研究大多为行为研究,缺乏神经影像方面的证据,关于比例效应的理论解释存在着很大的争议。理论主要可以为两大类:认知理论和非认知理论。争论的焦点在于比例是以认知控制为基础还是以刺激反应的联结为主。认知理论认为认知控制是比例效应的核心,主要包括双重理论、冲突监测理论和二元理论模型;非认知理论以联结主义为主,强调刺激与反应联结的重要性,包括偶然学习理论和时间学习理论。鉴于比例效应的理论争议和神经机制方面研究的匮乏,本文的主要目的是探讨比例效应的神经机制。研究一采用经典的LWPC范式,使用功能性核磁共振仪收集神经活动的信号,找出与比例效应相关的脑区,分析其神经活动的规律,并探究其功能。在研究一的基础之上,研究二采用脑网络的分析方法,计算脑区间的有效连接,从脑区间的相互作用关系以及形成的网络组织结构出发,讨论认知控制系统如何根据不同的任务背景进行灵活的调整。研究一的结果表明,在行为上重复出了比例效应。进一步分析表明,高比例的一致试次主要是加快一致试次的反应时,减慢了不一致试次的反应时;而高比例的不一致试次加快了不一致试次的反应时而减慢了一致试次的反应时。对核磁数据分析的结果表明,与比例和冲突的交互作用相关的脑区有9个,分别是梭状回、前额叶前部、背外侧前额叶、顶上小叶、顶下小叶、前扣带回、辅助运动区、脑岛和右侧额下回。按照其神经活动的规律可以分为两个系统:冲突监测系统(CMS),包括:FFA、aPFC、IPL、ACC和rIFG;冲突解决系统(CRS),包括insula、SPL、dlPFC和SMA。这两个系统负责冲突控制的不同方面:CMS主要负责对冲突信息进行监测;CRS负责冲突的解决,根据冲突负荷的不同强度进行精细认知调控。研究二则是基于研究一的结果,采用网络的分析方法,并从网络的组织结构角度来探讨认知控制系统根据任务背景对控制策略的调整。首先分析方法是以研究一的9个脑区作为ROI进行PPI分析,运用multiregional PPI的方法计算两两脑区之间的有效连接,再从个体水平和组水平上定义脑网络。计算网络的平均连接强度(ACS)和全局效率(GE)作为衡量网络功能强弱的指标。分析结果表明,比例很好的调节了平均连接强度和全局效率,比例和强度之间呈线性关系,比例越大,连接强度越大,全局效率越高。将脑网络以层级的方式输出其组织结构,分析发现,认知控制系统在不同的条件下采用了完全不同的策略。在MI组块中,dlPFC始终是处于网络的顶端,IPL和FFA处于一致试次网络的底端,rIFG和FFA处于不一致网络的底端;在Neutral组块中,FFA和SMA始终处于网络的底端,一致试次的网络组织是aPFC、insula和dlPFC同时处于网络的顶端,dlPFC处于不一致网络的顶端;在MC组块中,对于一致试次网络,aPFC处于顶端,SMA和rIFG处于底端,对于不一致试次网络,insula处于顶端,IPL和FFA处于底端。基于这些结果得出结论,首先认知控制可能是比例效应的主导机制。其次,比例效应来源于控制策略对不同的试次类型产生的差异性影响。在MI组块下,认知控制以冲突解决为主,当前的任务配置能够加快i试次反应时的同时损害c试次的反应时,同理,在MC组块的下的认知控制策略是以快速反应为主,c试次反应时加快,而i试次反应减慢,这正好对应于行为结果。本文的意义在于为比例效应提供更多的神经机制方面的证据,为比例效应的研究提供新的视角。本文着重从脑区的功能和脑网络的组织结构来讨论比例效应的神经机制,提出认知控制策略对不同试次类型的差异性影响是产生比例效应的根本原因。为认知控制理论提供了强有力的证据,促进比例效应理论解释的发展。
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【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：B845.1

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