科研成果 | 额顶与视觉脑区间的有效连接调节认知灵活性

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。

已有研究表明，认知灵活性与额顶脑区的激活以及额顶脑区与加工感觉刺激信息的脑区（刺激加工脑区）之间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。深圳大学心理学院助理教授乔垒与西南大学陈安涛教授合作，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，相关论文近日线上发表在认知神经科学与神经成像领域主流学术期刊《NeuroImage》（题为“Flexible adjustment of the effective connectivity between the fronto-parietal and visual regions supports cognitive flexibility”）。

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，任务转换条件下的脑活动与任务重复条件下的脑活动相比较，在典型的认知控制脑区（额叶-顶叶皮层、视觉刺激加工脑区）中均显示了差异性激活（图1）。

图1. 通过全脑GLM分析获得的激活图

（任务重复vs.任务转换）

随后，该研究运用动态因果模型（dynamic causal modeling）分析发现，在认知控制需求较高（任务转换）时，额顶脑区与视觉皮层的连接得到增强；相对地，在认知控制需求较低（任务重复）时，额顶脑区与视觉皮层的连接则减弱（图2A）。这意味着，在任务转换与任务重复这两个不同条件下，脑区之间的连接强度有着显著的差异（图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，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（图2C）。该研究表明额顶脑区和刺激加工区之间的相互作用，特别是额顶脑区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。

图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

《Neuroimage》为中科院JCR1区，Top期刊。论文第一作者乔垒为深圳大学心理学院助理教授，通讯作者陈安涛教授为西南大学心理学部教授。深圳大学为第一通讯单位。本研究得到国家自然科学基金、深圳市自然科学基金等项目资助。

 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

文字来源｜心理学院

图片来源｜心理学院

学生责编｜陈玥霖

初审｜崔芳

审核｜焦璨、周永迪

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