您的位置:首页 > 科研进展

陈安涛团队最新研究表明认知灵活性依赖于控制脑区(指挥者)对刺激加工脑区(执行者)更强的信息输入

发布时间:2020-07-13 来源:本站原创 作者:本站编辑   浏览次数:

个体所处的环境是在不断变化的,往往做完一件事很快就要转而做另一件事,我们的大脑由此进化出高度的灵活性功能,即认知灵活性(cognitive flexibility)。作为认知控制的核心组成部分,认知灵活性指的是根据不断变化的环境和内部需求准确、快速地调整我们的思维和行为的能力,它使我们能够有效地将认知资源从先前的任务分配到当前的任务,并迅速将注意力转移到与任务相关的信息上。显然,认知灵活性功能的高低与个体的学习能力、工作效率密切相关,因此研究认知灵活性的心理与神经机制是心理学与认知神经科学的重要科学问题之一。

已经研究表明,认知灵活性与额顶脑区的激活以及额顶脑区和刺激加工脑区的相互作用密切相关。不过,额顶叶和刺激加工区之间自上而下和自下而上的连接如何促进认知灵活性尚未可知。心理学部陈安涛教授团队采用事件相关功能性磁共振成像技术,运用动态因果模型分析和格兰杰因果分析等方法,研究了这一问题,相关研究论文(题为“Flexible adjustment of the effective connectivity between the fronto-parietal and visual regions supports cognitive flexibility”)近日在认知神经科学与神经成像领域主流学术期刊《NeuroImage》正式接受并在线发表。

        

1. 通过全脑GLM分析获得的激活图(任务重复vs.任务转换)

该研究使用线索化的任务转换范式,包含任务转换条件(诱发更强的自上而下认知控制加工)和任务重复条件(诱发更强的自下而上刺激加工),在被试完成该任务的同时记录其功能性磁共振成像数据。行为数据分析表明,任务转换相比任务重复会造成显著更慢的反应时和更低的正确率,表明任务引发了显著的转换代价(转换代价越小即转换越容易,表明认知灵活性水平越高)。功能性磁共振成像数据分析表明,在典型的认知控制脑区,即额叶-顶叶皮层、视觉刺激加工脑区,任务转换较之任务重复,均造成显著更强激活(1)。

2. 任务过渡(任务重复和任务转换)调节额顶脑区和视觉皮层之间的有效连接

随后,该研究运用动态因果模型(dynamic causal modeling)分析,发现任务转换即认知控制需要较高时,额顶脑区与视觉皮层的连接更高;相对地,任务重复即认知控制需要较低时,额顶脑区与视觉皮层的连接更低(2A)。进一步的格兰杰因果分析(Granger causality analysis)表明,在任务转换(需要更高认知控制时)信息流动主要是额顶脑区向视觉皮层的占有优势(2B)。综合动态因果模型分析和格兰杰因果分析的结果,可知在需要更高认知控制时,大脑从额顶脑区向视觉区域施行了更多的自上而下控制。这一结果说明,认知控制在实现其功能时通过控制脑区(指挥者)向刺激加工脑区(执行者)施加了更大的影响,这些影响可能包括发布指令、实现更强的抑制、进行某种调节等加工(影响的具体类型有待进一步研究加以阐明),保证大脑能够有效地实现认知灵活性功能。

最后,该研究发现,从后部顶叶皮层到视觉皮层的自上而下的影响以及对它的灵活神经调节(即任务转换-任务重复)的个体差异可以预测行为转换代价(2C)。该研究表明额顶脑区和刺激加工区之间的相互作用,特别是从前额叶皮层到视觉皮层的自上而下的影响,对灵活的认知表现尤为重要。

陈安涛教授为通讯作者,第一作者乔磊为西南大学已毕业博士生,现工作于深圳大学心理学院,文章合作者之一李红教授为中国心理学会候任理事长。陈安涛教授带领的研究团队围绕注意与认知控制的心理与神经机制问题,通过系统的范式创新和新技术运用整合,在相关前沿领域取得了系列研究成果。本研究得到国家自然科学基金重点项目与面上项目,以及西南大学创新团队项目资助。

文章索引:Qiao L., Xu M., Luo X., Zhang L., Li H., & Chen A. Flexible adjustment of the effective connectivity between the fronto-parietal and visual regions supports cognitive flexibility. NeuroImage, https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2020.117158