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陈安涛教授团队发表适应性认知控制大尺度脑网络机制的研究报告

发布时间:2021-05-08 来源:本站原创 作者:本站编辑   浏览次数:

为了实现目标,人们往往需要克服干扰,抑制无关信息,并让自身的行为与目标保持一致。认知控制构成了这类目标导向行为的基础,其重要性可见一斑。认知控制具有适应性,这一重要特征表现为个体能根据环境变化来灵活地调整行为,又被称为适应性控制(adaptive control or conflict adaptation)。以往研究发现,在适应性控制任务(比例一致性范式)中,注意相关的脑区有显著激活。不过,由任务引发的神经活动不仅反映在脑区内的激活上,还反映在大尺度脑网络之间功能连接的变化上。然而,目前基于比例一致性范式的脑网络研究寥寥无几。因此,注意网络是否支持以及如何支持适应性控制,这一问题亟待解决。

认知控制双机制模型(dual mechanisms frame)认为,认知控制以两种模式运作——主动控制(proactive control)和反应控制(reactive control)。主动控制对应着注意的早期选择,而反应控制则是对即时信息的快速处理。威尼斯登录中心-威尼斯国际平台登录陈安涛教授带领的研究团队在该模型的基础上提出,注意网络与控制网络动态整合支持适应性控制的假设在冲突发生频繁的情境下,个体通过增强自上而下加工来实施持续性的主动控制;而当冲突较少发生时,个体会增强自下而上加工实施相对更短暂、发生更迅速的反应控制。为此,团队使用功能磁共振成像技术研究了适应性控制的脑网络水平的神经机制。相关研究论文(题为Large-scale reconfiguration of connectivity patterns among attentional networks during context-dependent adjustment of cognitive control)近日被著名认知神经科学杂志Human Brain Mapping正式接受。

                  

1. 核磁数据分析结果。(A) 激活结果;(B) 网络分析中选取的所有节点,节点颜色标识节点所属的脑网络,网络名见图中央的彩条;(C) 3 (Context: MC, Neutral, MI) × 2 (Congruency: C, I)6个条件下的脑网络连接矩阵图,网络名同图B(D) 网络内/间连接变化的部分结果。CON-DAN网络间连接强度(2)与FPN-VAN网络间连接强度(1)随任务变化表现出相反的变化趋势。

       该研究基于经典的颜色词Stroop任务,在block水平操纵一致试次(congruent, C)与不一致试次(incongruent, I)数量的比例,从而产生三种有着不同认知控制需求的情景:C : I = 3 : 1MC, Mostly Congruent)的blockC : I = 1 : 1Neutral)的blockC : I = 1 : 3MI, Mostly Incongruent)的block。功能性磁共振成像激活结果见1A。研究者进一步计算了额顶网络(fronto-parietal network, FPN)、带状盖网络(cingulo-opercular network, CON)、默认网络(default mode network, DMN)、背侧注意网络(dorsal attention network, DAN)、腹侧注意网络(ventral attention network, VAN)和突显网络(salience network, SN)等6个大尺度脑网络内部和网络间的功能连接,各网络所选节点见1B。结果发现,随着不一致试次占比增加,个体行为上的Stroop效应减弱,说明认知控制增强;与此同时,5个网络内部连接、CONDAN/SN网络间的连接、以及DMNCON/DAN/SN网络间的连接均增强;但是,FPNVAN之间的连接却显著降低(1C 1D)。

       这些结果揭示了注意网络在适应性控制中的关键作用。具体看来,当冲突频繁发生时,个体通过增强自上而下加工以实现主动控制,这表现为CON-DAN网络间连接的增强;而当冲突发生频率减少,个体自下而上加工增强以及时捕获环境信息,实现迅速的反应控制,这表现为FPN-VAN网络间连接增强。该研究发现了,注意网络与控制网络的动态整合让个体得以灵活应对环境的改变,进一步阐明了认知控制的神经机制。

陈安涛教授为论文通讯作者,西南大学在读硕士生李一露和已毕业硕士研究生王宴庆为论文共同第一作者。本研究得到国家自然科学基金项目(批准号:31771254)以及中央高校基本科研业务费科研项目(SWU1609106SWU1709107)资助。

论文信息:

Li Y (李一露)#, Wang Y (王宴庆)#, Yu F (余方文), Chen A (陈安涛)*. 2021. Large-scale reconfiguration of connectivity patterns among attentional networks during context-dependent adjustment of cognitive control. Human Brain Mapping. DOI: 10.1002/hbm.25467.