认知控制神经机制课件

1、认知控制神经机制1 认知控制的认知神经机制 陈安涛 西南大学心理学院 2007.11.24 认知控制神经机制2 反应速度小测验 n反应二：读颜色，尽可能快地读出来 n反应一：读字义，尽可能快地读出来 认知控制神经机制3 nStroop效应，认知控制、元认知 Stroop RJ, 1933 认知控制神经机制4 认知控制的概念、或功能 nA remarkable feature of the human cognitive system is its ability to congfigure itself for the preformance of specific tasks through

2、 appropriate adjustments in perceptual selection, response biasing, and the on-line maintenance of contextual information. nThe processes behind such adaptability, referred to collectively as congnitive contorl From Botvinick et al., 2001, psychological review 认知控制神经机制5 认知控制神经机制的基本问题 n头脑中是否存在小人（homu

3、nculus）？由 它来指挥大脑的工作？ n如果确实有这样的小人，它存在于哪个/些 神经结构中？或者由哪些神经结构来完成 呢？ n一个重大的进展是：认知控制可能包含冲 突觉察和冲突控制两个环节。 认知控制神经机制6 认知控制的冲突监测理论 （monitoring hypothesis） n认知控制可能包括对冲突 出现的监测或觉察，和对 冲突的控制两个环节。 n这在逻辑上是合理的假设， 但通过行为数据不容易清 楚的检验，因为仅有冲突 觉察，而无冲突控制，在 行为上将没有RT的差异。 n也许认知神经方面的证据 能够提供更好的说明。 Eugene Higgins Professor of Psych

4、ology Director, Center for the Study of Brain, Mind and Behavior Director, Program in Neuroscience Princeton University Professor of Psychiatry University of Pittsburgh Cameron Carter, M.D. Director, UC Davis Imaging Research Center Professor of Psychiatry and Psychology 认知控制神经机制7 Stroop任务中的认知控制：冲突监

5、测 nIn the base model (shown in black), word-reading and color-naming pathways converge on a response layer, and task units bias processing towards one pathway or the other. nConflict in the response layer leads to activation of a conflict-monitoring element (blue), which, in turn, modulates activity

6、 of the task units. Botvinick et al., 2004 Conflict monitoring and anterior cingulate cortex: an update, Trends in cognitive science 认知控制神经机制8 Matsumoto and Tanaka, Science, 2004 MacLeod and MacDonald, Trends in cognitive science, 2000 ACC起着冲突出现觉察或监测的作用 dorsal anterior cingulate cortex (dACC) signal

7、s the occurrence of conflicts in information processing, thereby triggering compensatory adjustments in cognitive control. 认知控制神经机制9 另一个理论：冲突调节理论 （regulative hypothesis） n接受认知控制分为冲突出 现的觉察和冲突控制的施 行两个环节。 n但认为是PFC，而不是 ACC，觉察着冲突的出现； ACC或PFC都有可能控制 着冲突。 Michael Posner Professor, Department of Psychology,

8、Institute of Cognitive and Decision Sciences B.S., 1957, University of Washington Ph.D., 1962, University of Michigan 认知控制神经机制10 支持调节理论的认知神经证据 nThe ACC responses are larger for neutral than for congruent stimuli, in the absence of response conflict. This result demonstrates the engagement of the ACC

9、 in regulation itself. nThe ACC is involved in selectively enhancing the activation of the correct response until a selection threshold is exceeded. Roelofs et al., PNAS, 2006 认知控制神经机制11 两个理论的主要分歧 集中于ACC与PFC的相对作用和相互关系上 冲突监测假设 冲突调节假设 PFC ACC 认知控制神经机制12 如何解决？ n实验结果取决于任务设计，是否已有研究 结果的差异是由任务的不同造成的？ n常用的任

10、务：Stroop, Flanker, Go/NoGo, Switch Task, Stop Signal Task, et al. n我们设计了一个新任务，PIC（Partially Incongruent Categorization），来研究认 知控制的冲突监测和冲突控制的时间顺序。 认知控制神经机制13 PIC研究的方法和主要结果 n在有清晰预期的情况，包含冲突的条件造成了 明显的N2-P3波幅的增强，偶极子源分析显示， N2波峰时刻对应的偶极子源在dACC上，而P3 波峰时刻对应的偶极子源在右侧LPFC上。这 一结果对冲突监测假设给出了有条件的支持。 Chen et al., 2007

11、, Human Brain Mapping 认知控制神经机制14 反应发生之前加工水平的重要性 nVirzi and Egeth, 1985; Baldo et al., 1998 认为冲突 解决的关键是决策阶段的加工。基于Fodor（1983） 心理模块性思想，冲突的解决可能发生在不同的认 知加工水平上。推测：加工水平对决策解决方式有 影响，特别是神经激活模式。 Fodor, 1983, MIT Press Coltheart, 1999, TICS 认知控制神经机制15 加工水平与反应强度双维度解释 黑色实心箭头表示图式化反应，灰色实心 箭头表示临时性反应。反应1为基于知觉 的图式反应，反

12、应2是基于知觉的临时反 应，反应3是基于思维的图式反应，反应 4是基于思维的临时反应。位置越向下的 反应具有越高的优先性。 反应冲突的性质与反应之前认知加 工的差异有密切关系，而不是的冲突 性质，所造成的脑激活可能是不同的。 因此，我们提出反应之前最接近加 工概念，Closest Process Prior Response，根据不同任务中CPPR水 平，来解释该任务引起的冲突的及解 决机制。 基于心理模块性思想，至少可区分 两个加工水平：知觉加工和思维水平。 知觉水平的加工，应不涉及或很少 涉及中心系统，比如对形状的知觉， 而不命名； 思维水平的加工，则必须由中心系 统来完成，比如涉及语音、

13、语义加工， 规则激活与转换等加工。 认知控制神经机制16 Neural Activity Dissociation between Thought-based and Perception-based Response Conflict Chen et al., 2007, Neuroimage, under review 认知控制神经机制17 左上：各个时刻点的波幅差异；左下：采用BESA得出的差异波皮层电位 图；右下：采用sLORETA算出的偶极子等效源分布。 认知控制神经机制18 我们的一些新结果和结论 n认知控制可能由ACC、PFC分别单独完成； 也可能由两个结构协同完成，此时可能由

14、ACC负责觉察冲突出现、PFC负责冲突控 制，也可能出现相反的工作模式。 n实际上，ACC和PFC都分别具有冲突觉察 和冲突控制功能，哪种功能受到激活与任 务条件有直接关系。 认知控制神经机制19 我们进一步的预测 n在觉察冲突出现的问题上：ACC和PFC都 可能觉察冲突的出现。 n如果冲突发生在输入信息与表征信息之间， 则会由ACC来反映冲突的出现。 n如果冲突发生在两个输入信息之间，则会 由PFC来反映冲突的出现。 认知控制神经机制20 进一步的预测 n在控制的问题上： n如果冲突发生在更低水平的动作反应之间， 或几乎不需要中心系统参与的情况下，由 ACC来执行控制。 n如果冲突发生在更高水平的概念或表征之 间，此时中心系统参与了主要的选择判断， 则由PFC来执行控制。 认知控制神经机制21 当前的研究 n为了处理预期对认知控制的影响，我们通 过改变刺激类型的比例、提示和分析trial之 间的顺序效应来实现。 n此外，设计了更纯粹的冲突觉察任务，该 任务不涉及冲突控制加工。因而在行为反 应不会出现明显的差异。 认知控制神经机制22 新方案示意图 timetime 连续呈现同时呈现 认知控制神经机制23 初步结果呈现 14 12 10 8 6