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冲突监控的神经机制:来自ERP的证据

向玲  
【摘要】: 对干扰信息的监控对于有目的的行为和适应环境非常关键,比如,当你穿过十字路口或者在课堂上学习时,必须对干扰信息做出有效的抑制。大脑在面对干扰时如何发现冲突和对冲突进行控制是一个长期争论的问题。冲突监控理论认为,大脑对同时激活的不一致反应进行监测从而引发适应性的认知控制。因此,冲突监控理论(Botvinick, et al.,2001)认为冲突发生在反应层。实际上,冲突监控不仅涉及对不适当行为的控制,也包括抑制任务不相关信息对目标识别的干扰。那么,冲突究竟发生在信息加工的哪些水平上呢?前人的研究并未就此做出系统的解答。因此,本研究利用高时间分辨率的ERP技术,在已有研究的基础上,安排了4个研究以逻辑递进的方式探索冲突发生的位置,具体为:研究一、研究二探索了物理特征编码和意义识别两个不同刺激加工水平的冲突监控机制;研究三和研究四分离了刺激识别相关阶段和反应选择、反应执行等反应相关阶段的冲突贡献,通过四个研究系统的探索冲突发生的位置。围绕冲突发生的位置这个中心,进一步探索冲突监控相关脑电指标的认知神经意义、刺激冲突大小和反应冲突大小的影响因素和关系、冲突监控和意识的关系以及冲突—控制的反馈环路等问题,以期更进一步揭示冲突监控的神经机制。 从冲突发生的位置来说,研究一、研究二探究了不受反应冲突影响的刺激编码和刺激识别两个刺激加工水平的冲突监控机制;研究三和研究四探索了刺激编码、刺激识别、反应选择和反应执行阶段上的冲突监控;从刺激冲突大小和反应冲突大小的影响因素及其关系来说,研究二操作了不同预期程度,研究三操作了颜色词和颜色方块的语义距离,而研究四操作了干扰刺激和目标刺激的类别是否相同,可以考察干扰和目标的语义距离与类别对刺激冲突大小和反应冲突大小的影响:从冲突监控和意识的关系来说,本研究使用两种意识操作的方式:一是通过掩蔽启动范式获得阈限下(subliminal)的加工,如研究三和研究四;二是通过非注意范式获得前意识(preconscious)的加工,如研究一.通过上述两种操作,并使用ERP源定位技术,揭示冲突监控和意识的关系;对于冲突—控制环路来说,本研究主要通过分析研究三、研究四的一致性序列效应来获得进一步的证据;从冲突监控相关脑电指标来说,主要关注与冲突监控相关的N2、P3和LRP三个成分,通过分析其波幅、潜伏期以及结合源定位技术,探索它们的认知神经意义。 四个研究具体为: 研究一使用S1S2异同判断的实验范式,让被试判断前后呈现的两个刺激在数字的大小(包括中文数字和阿拉伯数字)或者方块颜色是否相同。首先,该实验任务操纵两个刺激加工水平的冲突:物理特征冲突和数值大小冲突,用于探究两个不同刺激加工水平的冲突监控机制;其次该任务操作了冲突监控发生在注意还是非注意维度,非注意是通过占用认知控制资源来实现的,因此可以探究在有认知控制负荷下的冲突监控,揭示刺激冲突监控和意识的关系。 研究二使用金钱反馈实验范式,首先让被试猜测随后出现两张数字牌哪张大,如果猜对就赢钱,如果猜错就输钱。在猜测之后,先呈现第一张牌,这时被试会知道其输赢的的可能性,然后呈现第二张牌,反馈给被试最终是输钱和赢钱。该任务操作了四种不同预期程度的得钱和输钱,通过分析相关脑电指标,探索在对结果进行识别和分类上的冲突监控机制。 研究三使用启动—目标范式,具体为先出现一个打印颜色为黑色的颜色词语,然后出现-个颜色方块,让被试对颜色方块进行辨别反应。该任务操作了不一致试次的颜色距离:距离远和距离近,同时使用后掩蔽操作了启动颜色词的可见性。通过对P300、LRP等脑电成分的分析,探索刺激冲突(主要是语义冲突)和反应冲突的贡献及其关系,并为冲突监控和意识的关系提供进一步的证据。 研究四也使用启动—目标范式,具体为先出现一个干扰刺激(字母或者数字),然后再出现一个目标刺激(字母或者数字),让被试对目标刺激进行辨别反应。本研究操作了干扰和目标是否存在反应重叠,形成了三类试次:一致试次、刺激不一致试次和反应不一致试次,使用减数法逻辑,分离刺激冲突和反应冲突的贡献;其次,操作了不一致试次中启动和目标是否属于同一类别,探索类别对于刺激冲突和反应冲突大小关系的调控作用;再次,对启动进行前后掩蔽,进一步探索冲突监控和意识的关系。 本研究的主要结果有以下几个方面: 第一,冲突监控的相关脑电指标有N2、P3和LRP。研究发现,物理特征不一致、大小不一致、预测不到的负面反馈和反应不一致都比一致条件诱发更大的N2,不同性质冲突的N2都激活了ACC,但是它们的脑内源和皮层分布稍有不同。这些结果说明,N2对于不同性质的刺激冲突和反应冲突都敏感,但是可能存在不同的冲突处理亚系统加工不同性质的冲突。 在无反应冲突的实验任务(研究一、研究二)中,刺激不一致的试次比刺激一致的试次诱发更长的P3潜伏期,显示不一致刺激对目标的识别产生了更大的干扰,因此P3潜伏期的延长代表了刺激评价阶段的冲突干扰效应;而在有反应冲突的实验任务(研究三和研究四)中,P3的潜伏期在有掩蔽任务下表现出了对反应选择的敏感,而在无掩蔽任务中刺激不一致和反应不一致诱发的P3潜伏期差异不显著。因此在有反应冲突的实验任务中,P3并不是一个分离刺激相关和反应相关认知过程的有效指标,它可能受到反应选择的影响。 LRP作为反应准备的一个在线指标,其起始时间点可以用来区分不同的认知加工过程。研究四发现一致条件、刺激不一致条件、反应不一致条件诱发的SLRP始潜时依次递增,显示了启动刺激对目标刺激的识别和反应选择都产生了干扰;而在LRP的早期偏离上,研究三发现只有语义距离近的不一致试次在反应速度慢的被试中有早期正向偏离,研究四并未发现有显著的早期正向偏离。因此,尽管从LRP的始潜时和反应时间上看有明显的刺激识别和反应选择上的冲突干扰,但是并没有能够显示出不正确反应激活的LRP早期偏离。由此可见,LRP的始潜时可以用来分离刺激冲突和反应冲突的贡献,但是LRP的早期偏离并不是一个能反映反应冲突的敏感性指标。 第二,关于冲突发生的位置,本研究发现,冲突发生在知觉编码、意义识别和反应选择三个信息加工阶段上,在反应准备和反应执行上不存在另外的冲突干扰效应。研究一、二发现大脑能够对物理特征编码和意义识别这两个刺激加工水平的冲突进行监控。研究三和研究四发现冲突发生在刺激编码、刺激识别和反应选择等阶段,但是在反应准备和反应执行上无冲突干扰发生。因此研究结果表明,冲突监控系统能对多个信息加工水平的冲突进行监控。 第三,关于刺激冲突大小和反应冲突大小的影响因素及其关系,实验三发现当任务中仅包含刺激冲突时,语义距离对刺激冲突产生了显著的影响:语义距离越近,刺激冲突越小,语义距离越远,刺激冲突越大。实验四发现当任务中既包含刺激冲突也包含反应冲突时,语义距离主要对反应冲突的大小产生较大的干扰作用,表现为:语义距离越远,反应冲突越小,语义距离近,反应冲突越大。因此语义距离对刺激冲突和反应冲突的影响依赖于实验任务。研究四操作了启动和目标的类别是否相同,实验结果发现,类别不同时,刺激冲突大、反应冲突也大;类别相同时,刺激冲突小、反应冲突也小。因此,目标和干扰的类别与语义距离对刺激冲突和反应冲突产生了显著的影响,但是其影响模式不同。 第四,关于冲突监控和意识的关系,研究三发现,掩蔽的干扰刺激和没有掩蔽的干扰刺激一样,在反应时上对目标刺激产生了较大的干扰,且激活ACC;而研究一发现,得到注意的冲突激活了ACC相关脑区,而未受到注意的冲突没有激活ACC,在反应时上也没有产生显著的干扰效应。这些结果说明:无ACC相关的冲突系统的激活,就不会产生显著的冲突干扰效应。由此可以认为,ACC相关的认知控制网络的参与是冲突监控的必要条件,而冲突监控和是否意识到无关。 第五,冲突并没有引起适应性的控制,前后试次主要表现出自下而上特征重叠的影响。通过分析研究三和研究四发现,排除了前一个试次自下而上因素的影响后,一致性序列效应消失,该结果说明,并无真正的冲突控制引发的适应性调节。进一步分析显示自下而上的特征重叠对目标的识别产生了显著的影响,但是特征重叠的模式和特征整合观点不一致。 最后,在本研究结果和前人研究的基础上,提出了冲突监控的理论模型。和Botvinick等人(2001)提出的冲突监控理论模型相比,该模型有三个不同点,其一是该模型有三层:输入层、中间(刺激加工)层和反应层。该模型的三层结构可以解释本研究中多个信息加工阶段的冲突;其二,模型图中一个椭圆表示一个加工模块如颜色信息,而不同椭圆表示不同加工模块如数字和字母,这样可以解释干扰和目标的语义距离和类别对刺激冲突大小和反应冲突大小不同的影响模式;其三是该模型无冲突-控制的反馈环路,这拟合了本研究中排除自下而上因素的影响后一致性序列效应消失的现象。 本研究以冲突发生的位置为中心探索点,系统探索了是否在各个信息加工阶段都存在冲突及冲突监控的机制,为理解冲突发生的位置提供了系统、全面的证据;在探索冲突发生位置的基础上,通过操作干扰刺激和目标刺激的语义距离以及它们是否属于同类,进一步探索了刺激冲突大小和反应冲突大小的影响因素及其关系,有助于加深对冲突监控的认知神经机制的认识。而且,将ACC相关的冲突监控系统纳入考虑,有利于解决目前关于冲突监控和意识关系之间的争论,同时也为冲突监控相关脑电指标认知神经意义提供了新的认识。总之,本研究结果加深了我们对冲突监控的认知神经机制的认识,有助于完善和发展现有的冲突监控模型。 今后的研究可以结合脑成像等手段,对冲突监控和意识的关系、冲突控制的一般性和特异性、以及刺激冲突和反应冲突的大小关系这些理论问题进行进一步的研究。同时,未来会展开冲突监控的发展研究和个体差异研究,将理论研究和应用研究结合起来是未来研究的一个重要方向。


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