周晓林课题组在Cerebral Cortex发表论文揭示人类大脑解决双趋冲突的认知神经机制

  

  周晓林教授课题组的研究“Neural dynamics of reward-induced response activation and inhibition”于2018年10月25日在Cerebral Cortex发表。该研究揭示了大脑应对和克服双趋冲突的动态神经过程,是第一作者王立卉博士论文工作的一部分。博士生张文硕、比利时根特大学Ruth Krebs、Nico Boehler以及荷兰阿姆斯特丹自由大学Jan Theeuwes参与了部分工作。该研究得到了国家自然科学基金重点项目(31630034)的支持。

  

  人类会自动地被奖赏刺激所吸引,并产生相应的行为反应来趋近奖赏刺激,这一认知行为过程对人类的生存具有重要的进化意义。然而,这一趋近反应如不符合当前的任务目标,则会产生“双趋冲突”。此时,我们需要调动大脑的执行控制功能,来克服冲突、抑制不符合当前目标的自动化反应,最终实现任务目标。周晓林课题组结合认知行为模型、脑电(EEG)和功能磁共振成像(fMRI)技术,揭示了这一动态过程的认知神经机制。

  

  该研究发现,在视觉空间的一侧(如左侧)呈现与奖赏相关的刺激时(图1A),会诱发同侧手(如左手)的自动反应,并在大脑对侧的运动皮层诱发更强的神经活动,表现为脑电LRP成分波幅增强和运动皮层的信号增强(图1B)。但在某些实验条件下要求被试用对侧手来做出反应时,则会诱发反应冲突,导致反应时间显著变慢(即所谓的Simon 效应)。

  

  图1. (A)实验范式。(B)运动皮层的脑电信号(左)和磁共振成像信号(右)。在不需要反应抑制的条件下,运动皮层对奖赏刺激的响应增强;在需要反应抑制的条件下,运动皮层对奖赏刺激的响应减弱(被抑制)。

  

  在个体水平上,奖赏在运动皮层诱发的活动越强,其所导致的行为反应冲突就越大。在克服这一反应冲突的过程中,大脑前额叶的活动变强,表现为前额叶的电位在theta频段的振荡活动变强(图2A),以及负责反应抑制的脑网络(辅助运动区pre-SMA,右侧额下皮层rIFC和大脑皮下运动神经核团basal ganglia)的信号增强(图2B)。动态因果模型分析发现, 在评估当前任务是否需要执行反应抑制的过程中,pre-SMA到rIFC之间的功能连接增强,产生因果性作用(图2C)。具体表现为,pre-SMA通过评估和权衡当前任务需求,调动rIFC和basal ganglia来执行反应抑制、解决冲突。

  

  图2. 对奖赏刺激诱发的自动化反应进行抑制的过程(A)前额叶在theta频段的振荡活动增强。(B)负责反应抑制的脑网络活动增强。(C)动态因果模型揭示pre-SMA到rIFC的功能连接在抑制过程中的重要作用。

  

  该研究揭示了大脑应对和克服双趋冲突的动态神经过程,提供了来自行为、脑电和磁共振成像的一致性证据,体现了人类大脑根据当下情境做出适应性反应的特性。

  

  

Wang L, Chang W, Krebs R, Boehler NC, Theeuwes J, Zhou X. (in press). Neural dynamics of reward-induced response activation and inhibition. Cerebal Cortex. https://doi.org/10.1093/cercor/bhy275