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冲突适应效应个体差异的神经机制研究

【摘要】:控制自己的思想和行为对于人类来说是非常重要的。然而这种控制能力在个体间存在着很大的差异:比如有些人能够有规律的节食,而有些人明明害怕长胖又无法抵御食物的诱惑。从认知心理学的角度来讲,这种个体差异便是认知控制能力的差异。认知控制能力的主要功能是通过监测干扰或冲突,来动态调整个体的行为,从而完成目标导向的行为(Botvinick,Braver,Barch,Carter,Cohen,2001;Egner,2011)。在实验室中可以通过―冲突适应效应‖对这种动态调整过程进行研究。冲突适应效应指的是先前试次中的冲突会导致个体对当前试次的冲突解决能力增强,冲突效应减小的现象(Gratton,Coles,Donchin,1992)。比如在色词Stroop任务中,给被试呈现颜色词,其中颜色和词的意义一致(比如红色的―红‖)或者不一致(如绿色的―红‖),要求被试识别字体颜色而忽视字的意义。通常由于字的意义对颜色辨别的干扰,被试对不一致试次的反应更慢,这就是所谓的干扰效应,计算公式为I-C。而冲突适应效应是指不一致试次之后的干扰效应(II-IC)小于一致试次之后的干扰效应(CI-CC),即冲突诱发了动态调整(Gratton et al.,1992;Mansouri,Tanaka,Buckley,2009),而冲突适应效应量的大小就用[(CI-CC)-(II-IC)]来表示(Egner,2011)。冲突适应效应存在着很大的个体差异,这种个体差异可能反映了个体自我管理以及自我控制能力的差异(Wolff,Kronke,Goschke,2015),对于个体的日常生活有着广泛的影响。同时冲突适应效应的个体差异与精神分裂症特质有密切关系(Volter et al.,2012)。因此,研究冲突适应效应的个体差异对于理解正常人的自我控制能力,理解精分病人的认知功能缺陷,以及寻找病人认知功能紊乱的准确生物学靶点具有重要意义(Egner,2011)。因此,本研究试图结合多种神经科学的技术手段探讨冲突适应效应个体差异的内在神经机制,同时探讨冲突适应效应的个体差异与日常生活中个体自我控制能力之间的关系。研究一从静息态角度,结合自发神经活动的局部属性和功能连接方法考察冲突适应效应个体差异的脑区及神经网络基础。实验1选取了两个独立样本,采取局部一致性(regional homogeneity,ReHo)指标考察冲突适应效应个体差异的神经机制。我们首先采取数据驱动的方法针对样本1进行分析,寻找跟冲突适应效应有显著相关的脑区,结果发现,冲突适应效应分数与左侧背外侧前额叶(dorsolateralprefrontalcortex,dlpfc)和左侧腹侧前额叶(ventrolateralprefrontalcortex,vlpfc)的reho值具有显著相关。随后我们将这两个脑区作为感兴趣区(regionofinterest,roi)应用于样本2,提取两个脑区的reho值,作为自变量,用来预测冲突适应效应分数,进行逐步回归分析,结果发现vlpfc被剔除方程,而dlpfc能够解释冲突适应效应变异的48%。该结果说明(1)dlpfc对于冲突适应效应非常重要。(2)dlpfc的reho值能够用来预测个体的冲突适应效应。实验2在实验1的基础上,选取跟冲突适应效应具有显著相关的两个脑区——dlpfc和vlpfc作为感兴趣区,进行基于roi的功能连接分析,试图寻找冲突适应效应个体差异的神经网络基础。结果发现,双侧脑岛(insula)及右侧前扣带回皮层(anteriorcingutatecortex,acc)与dlpfc的连接强度与冲突适应效应显著负相关,左侧顶下小叶(inferiorparietallobule,ipl)与dlpfc的连接强度与冲突适应效应显著正相关。双侧脑岛及acc是凸显网络(thecingulo-opercularsaliencenetwork,sn)的重要节点(seeleyetal.,2007),而dlpfc和ipl都是中心执行网络(thefronto-parietalcentralexecutivenetwork,cen)的重要节点(l.wangetal.,2010)。因此我们推测,当面对冲突时,低冲突适应效应个体可能需要sn来探测刺激,进而通过dlpfc来执行控制;而对于高冲突适应效应的个体,他们能够在任务中一直保持高的控制水平,更多依赖cen来解决冲突。研究二从任务态角度,采用色词stroop任务考察冲突适应效应的个体差异,并结合心理生理交互分析(psychophysiologicalinteractionanalysis,ppi)分析手段考察冲突适应效应的内在神经机制。我们首先针对所有被试考察个体完成色词stroop任务时的脑区激活情况,fmri数据显示激活脑区包括acc、vlpfc以及后顶叶(posteriorparietalcortex,ppc)等。随后我们进行ppi分析,结果发现acc和ppc有着不同的功能连接模式,与acc有正向连接的脑区包括双侧脑岛,右侧前额皮层(rightanteriorfrontalcortex)以及小脑(cerebellum),这些脑区正好是sn网络的重要节点(seeleyetal.,2007);与ppc有正向连接的脑区包括左侧前额皮层(leftanteriorfrontalcortex),左侧额中回(leftmiddlefrontalgyrus)以及左侧顶叶(leftparietallobe),这些脑区正好是cen网络的重要节点(l.wangetal.,2010)。随后我们根据冲突适应效应的行为结果将被试分为两组:高分组和低分组,比较两组被试完成任务时功能连接模式的差异。结果发现,高分组被试存在更强的ppc连接模式(cen网络),而低分组被试存在更强的acc连接模式(sn网络)。为了检验该结果的可靠性,我们又进行了ppi连接强度与冲突适应分数的相关分析,结果发现cen网络的连接强度与冲突适应效应正相关,而sn网络的连接强度与冲突适应效应负相关。sn网络主要负责对凸显刺激进行探测,支持自下而上的加工,而cen网络主要负责高水平的控制性加工。因此我们推测,高冲突适应效应个体解决冲突时更多依赖cen网络,进行控制性加工;而低冲突适应效应个体更多依赖sn网络,进行自下而上的加工。研究三从大脑结构的角度考察冲突适应效应个体差异的神经基础。实验4采用基于体素的形态学(voxel-basedmorphometry,vbm)分析方法考察大脑灰质体积与冲突适应效应的关系,结果发现,右侧顶上小叶的灰质体积与冲突适应效应正相关,左侧颞上回的灰质体积与冲突适应效应负相关。实验5采用弥散张量成像(diffusiontensorimaging,dti)技术考察冲突适应效应个体差异与大脑白质完整性的关系,结果发现,右侧缘上回和右侧中央前回的白质完整性与冲突适应效应显著正相关;右侧枕外侧回,左侧颞上回以及背侧前扣带回(dorsalanteriorcingulategyrus,dacg)与冲突适应效应显著负相关。研究三在灰质体积和白质完整性方面都发现了ppc在冲突适应效应中的重要作用,说明ppc结构上的个体差异影响冲突适应效应的个体差异。目前一般认为顶叶主要参与刺激知觉层面的冲突解决,其主要是在大脑控制水平提高时,通过自上而下的注意引导来保证目标相关信息的加工,从而减少干扰信息的影响(soutschek,taylor,muller,schubert,2013)。同时在白质完整性和退化程度上的结果都说明背侧扣带回dacg的白质完整性与冲突适应效应负相关,该结果说明dacg的白质完整性更小的个体具有更好的冲突监测能力,从而表现出更高的冲突适应效应。双重控制模型(braver,2012;braver,paxton,locke,barch,2009)认为主动性控制主要由dlpfc和顶叶完成(boulinguez,ballanger,granjon,benraiss,2009;braveretal.,2009);而反应性控制与acc和脑岛有关(menonuddin,2010)。结合前三个研究结果以及双重控制模型的假设,我们推测,高分组被试在冲突任务中运用主动性控制策略,能够有效的利用先前的冲突信号来解决当前的冲突信息,从而在行为上表现出更大的冲突适应效应。而低分组被试运用的是反应性控制策略,先前的冲突信号很难影响当前的冲突解决,而是在每一次面对冲突时才进行监测和控制,因此表现出很小的冲突适应效应。心理学的一个重要目标就是理解和预测人们的行为,而实验室中关于某个认知任务的神经基础只能帮助我们理解行为,无法对日常生活中的行为进行预测。为了使研究更具生态学效度,也为了确定冲突适应过程是否包含在日常生活中的自我控制能力中,研究四基于实验1的研究结果定义种子点,考察冲突适应效应相关脑区对自我控制能力的预测力。结果发现,DLPFC的ReHo值能够预测个体自我控制能力中的两个维度:工作和行为表现(维度2)和健康习惯(维度5),这两个维度与调节自我和计划有关;而对其他的三个维度(维度1:冲动控制;维度3:抵制诱惑和维度4:节制娱乐)没有预测力,这三个维度主要体现在控制冲动方面。该结果说明个体自我控制能力与实验室中的认知控制能力确实相关,利用认知控制能力的相关脑区能够预测个体的自我控制能力,说明我们可以将实验室中的研究运用到对日常生活表现的预测中,使其更加具有生态学效度。另外,该结果还间接说明,DLPFC在冲突适应效应可能并非只是抑制的作用,其可能在计划和调整中具有重要作用。总之,本研究从多个角度对冲突适应效应个体差异的神经机制进行了考察,发现DLPFC及PPC在冲突适应效应中起重要作用;而脑网络的研究结果提示我们,高冲突适应效应个体更多采取主动的自上而下控制策略,低冲突适应效应个体更多采取反应性的自下而上的控制策略。最后,为了使研究结果更具生态学效度,我们将实验室中的研究拓展到生活中的自我控制能力,发现DLPFC的ReHo值能够预测个体生活中自我控制能力的两个维度,说明可以将实验室中的脑成像研究运用到对日常生活表现的预测中。

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