学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

冲突适应的神经动态

作　者: 唐丹丹
导　师: 陈安涛
学　校: 西南大学
专　业: 基础心理学
关键词: flanker任务冲突观察冲突适应时域时频域时频分析有效连通性分析
分类号: B842
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 13次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

为优化目标导向的行为,人们通常需要根据以往的经验来完成当前的任务。当人们面临困难或干扰时,大脑能根据以往的经验,利用有限的认知资源来解决困难或排除干扰,从而优化当前的行为(Miller&Cohen,2001),这种现象在认知控制领域中被称作冲突适应(conflict adaptation)(Gratton, Coles,&Donchin,1992),它最早由Gratton等人采用flanker任务(Eriksen&Eriksen,1974)发现。此后,在其它的干扰任务中,研究者也观察到了冲突适应现象(Egner,2007)。当前对冲突适应的解释主要有两种主流的理论：冲突监测理论(Botvinick, Braver, Barch, Carter,&Cohen,2001)和特征整合理论(Mayr, Awh,&Laurey,2003)。冲突监测理论认为冲突适应由冲突监测和自上而下的控制调整两个过程构成；而特征整合理论则认为冲突适应是由自下而上的特征重复启动导致。虽然这两种理论都有各自的实验数据支持,但是目前对于冲突适应的认知神经机制,研究结果尚存在很多争议。虽然冲突适应受到重复启动效应的影响,但排除了重复之后,在前后两个试次之间总是“反应改变的”,这种“反应改变”可能会混淆反应转换效应(Franke, Reuter, Breddin,&Kathmann,2009; Kenner et al.,2010; Reuter, Philipp, Koch,&Kathmann,2006)。相比于一致条件,反应转换效应对不一致条件的影响更大,因此去掉反应重复试次将不利于解决当前试次的冲突,从而掩盖冲突适应。所以,为了获得“纯净的”冲突适应,研究者应该控制重复启动效应、负启动效应和反应转换效应。基于上述分析,我们课题组(Tang, Hu, Chen,&Antao,2013;唐丹丹,刘培朵和陈安涛,2012)基于色-词Stroop任务设计了冲突观察实验范式。在该范式中包括两种任务：冲突观察任务(观察Stroop刺激的颜色,但不做反应)和手动反应任务(对Stroop刺激的颜色做反应)。在手动反应任务中,我们获得了可靠的冲突适应,说明冲突观察能够诱发自上而下的冲突适应。然而,这是一个行为研究,不能考察冲突适应的神经机制。我们随后的研究采用高时间分辨率的事件相关电位(event-related potential, ERP)技术,基于反应集为四的色-词Stroop任务和字母flanker任务设计了冲突观察范式,在控制了刺激-反应的重复、一致条件和不一致条件的比例之后,在行为和ERP上都得到了稳定的冲突适应(Tang, Hu, Li, Zhang,&Chen,2013;唐丹丹和陈安涛,2012)。然而,ERP仅仅是对脑电(electroencephalography, EEG)数据在时域(time-domain,时间维度)上进行叠加平均,通过这种方式获得的ERP波形也只是锁时和锁相的(time-and phase-locked)(Cohen,2011)。除了锁时锁相的ERP之外,刺激的呈现能同时诱发非锁相的(non-phase-locked)、实时振荡的(onging oscillatory) EEG调整。如果只在时域上对EEG数据进行叠加平均(ERP),那么许多与认知相关的信息将丢失(Makeig, Debener, Onton,&Delorme,2004)。近年来,采用时频分析(time-frequency analysis)方法得到的数据可以在时频域(time-frequency-domain,日寸问和频率维度)上同时展现多维度的EEG信息。这些信息包括时间、频率(振荡的速度)、能量(在特定时问点和特定频带的相对能量)、相位(振荡的位置沿着正弦波,这种正弦波被神经元的兴奋或抑制状态所诱发)(Cohen,2011; Makeig, et al.,2004)。这些与认知加工相关的信息通常反映在特定的频带上,以短时间内EEG能量的增加(事件相关同步性,event-related synchronization, ERS)或能量的减少(事件相关异步性,event-related desynchronization, ERD)展现出来。不同频带的ERS和ERD即反映了大脑皮层的激活或抑制机制(Pfurtscheller&Lopes da Silva,1999)。由冲突监测理论可知,冲突适应涉及到冲突诱发的连续的认知调整。这种调整表现为前扣带回(anterior cingulate cortex, ACC)和背外侧前额叶(dorsal lateral prefronal cortex, DLPFC)之间自上而下的信息传递。即ACC将监测到的冲突信息传递给DLPFC,使之调整注意资源并且实施对冲突的控制。然而,现有研究还未采用EEG技术直接评估这种信息传递的方向和强度。近年来,有效连通性分析(effective connectivity analysis)方法已经被广。泛运用到认知研究中(如,Nigbur, Cohen, Ridderinkhof,&Sturmer,2011; Hanslmayr, Gross, Klimesch,&Shapiro,2011; van Wijk, Daffertshofer, Roach,&Praamstra,2009)。它基于Granger因果关系(Granger,1969)概念,对于评估神经元之间激活的因果关系的方向和强度(Hu, Zhang,&Hu,2012)都展示了强大的能力。因此,采用有效连通性分析能获得大脑评估冲突和执行控制过程中信息传递的直接证据,其结果能有力地拓展冲突监测理论。当前的研究记录了15个正常成人被试在完成字母flanker任务时的行为和EEG数据,并且对行为数据(反应时和错误率)和EEG数据(时域和时频域)进行了分析。实验发现,对于反应时,观察条件一致性和反应条件一致性的交互作用显著,说明反应条件的干扰效应受到观察条件一致性的影响,冲突观察能诱发flanker任务中稳定的冲突适应。在时域上在观察任务中,不一致条件的N450(400-450ms; centro-frontal region)平均波幅显著大于一致条件的波幅；在反应任务中,对于持续电位(sustained potential, SP:750-800ms; left-frotal region)的平均波幅,观察条件一致性和反应条件一致性的交互作用显著,并且SP(cI-cC)-(iI-iC)与RT(cl-cC)-(-ic)呈显著负相关。这些结果表明：在字母flanker任务中,冲突观察所诱发的中前区N450成分反映了大脑对冲突的监测；反应冲突的解决则反映在左前额叶SP的波幅调整上。时频域上的结果更全面更有力的展示了冲突适应的全过程。时频分析发现：在观察任务中,不一致条件下左前额叶和中前区的α频带(9-13Hz,480-980ms)和β频带(13-25Hz,480-780ms)都展示了ERD,一致条件下α频带和β频带都展示了ERS。说明不一致条件中的冲突诱发了大脑特定频带(α和β频带)的能量调整,使大脑投入更多的资源对冲突进行有效控制。在反应任务中,左、右前额叶和中前区0频带(6-8Hz,50-1,000ms)的ERS都展示了观察条件一致性和反应条件一致性的显著交互作用。特别地,在左前额叶和中前区,θ频带的ERS表现为iI<cI。说明反应任务中的冲突诱发了大脑0频带的能量调整,这种调整反映了大脑对冲突的适应。有效连通性分析表明：在观察任务中,从右前额叶到中前区的信息流(β频带：26-27Hz,200-1,000ms)表现为一致条件显著强于不一致条件。这表明在β频带上的信息流可能与大脑传递的冲突信息(冲突相关的信息或一致性信息)有关。在反应任务中,从右前额叶到中前区的信息流(β频带：22-25Hz,200-1,000ms)表现为il条件显著强于cI条件。说明观察任务的一致性环境影响了反应任务中信息传递的强度。连续的冲突情境(iI条件)诱发了大脑对冲突的连续控制,所以大脑对分心反应的控制程度更高。综上所述,当前的研究创造性地整合了冲突观察实验范式和字母flanker任务,深入地考察了冲突适应的神经动态。首先,本研究结果有助于使研究者有效地分离冲突监测加工和冲突解决加工以及深入理解冲突适应的时间过程；同时也有助于拓展冲突监测理论。其次,本研究不仅对传统实验范式的改进做出了重要贡献,而且首次采用了多角度的EEG数据分析方法,更全面地展示了与冲突适应相关的信息。在将来的研究中,研究者可以整合EEG和磁共振(functional magnetic resonance imaging, fMRI)技术,考察冲突适应的时空动态或采用其它的冲突任务,如Simon任务(Simon,1969)进一步拓展当前的结果。

全文目录

摘要  4-7
Abstract  7-11
1 前言  11-12
2 文献综述  12-20
  2.1 Flanker任务中的冲突适应  12-13
  2.2 Stroop任务中的冲突适应  13-14
  2.3 Simon任务中的冲突适应  14
  2.4 冲突适应的理论解释  14-15
    2.4.1 冲突监测理论  14-15
    2.4.2 特征整合理论  15
  2.5 冲突适应的神经机制  15-19
    2.5.1 EEG研究  16-18
    2.5.2 fMRI研究  18-19
  2.6 冲突观察范式  19-20
3. 问题提出  20-21
4 正式实验  21-31
  4.1 被试  21
  4.2 实验材料  21
  4.3 实验程序  21-22
  4.4 EEG记录与分析  22-24
  4.5 实验结果  24-31
    4.5.1 行为数据  24-25
    4.5.2 时域数据  25-27
    4.5.3 时频数据  27-30
    4.5.4 有效连通性分析  30-31
5 讨论  31-34
6 总结  34-35
参考文献  35-44
致谢  44-45
在学期间的学术成果  45

冲突适应的神经动态

内容摘要

全文目录

相似论文