大脑依靠逐步激活来做出困难的决定

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在认知神经科学家看来,人生成功很大程度上取决于你的大脑如何塑造行动以适应你的目标和你的行动背景。如果你需要过马路,首先要检查交通状况。如果你在招待新来的岳父母,那么要上比和牌友们喝的更好的酒——并讲不同的笑话。

这种情境驱动的“认知控制”被认为存在于大脑的前额叶皮层中,最近已成为神经科学最热门的话题之一,激发了数百篇关于其在从学业和体育表现到抑郁症和赌博等各个领域作用的论文。然而,前额叶皮层究竟如何发挥这种控制作用仍不清楚。研究人员探索了强调(不一定相互排斥)注意力控制、前额叶皮层和边缘区域之间的对话以及前额叶皮层对情境敏感性的模型。

在亚特兰大举行的神经科学学会会议上,加州大学伯克利分校的博士后大卫·巴德雷周一描述了一项实验,该实验支持了另一种新兴的“控制层级”模型。巴德雷说,在这种观点中,“我们不是在连续统上,而是在前额叶皮层不同区域激活时,以跳跃的方式来应对日益增加的认知挑战。” 也就是说,我们不是通过滑动调光开关,而是通过翻转一系列开关来解决问题,这些开关会依次激活从后向前的前额叶皮层区域。认识到这一点是理解认知如何运作的重要早期步骤,它可以帮助更好地治疗遭受中风或其他前额叶皮层损伤的患者。


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巴德雷的实验建立在 20 世纪 90 年代后期的成像研究基础上,这些研究发现,当测试志愿者在给定问题中面临更多变量时,他们首先会调用前运动皮层(位于前额叶皮层后方),然后随着情境变得更加重要,会调用前前运动皮层,即直接位于前运动皮层前方的的前额叶皮层部分。2003 年发表在《科学》杂志上的一篇论文表明,如果解决难题需要权衡过去的事件或持续的目标,第三个区域,即外侧前额叶皮层会启动。有趣的是,较晚的、更“高级”的区域只有在其前面的早期区域激活后才会亮起——但一旦激活,它们就会保持更长时间的活动,仿佛在监测更复杂的情况。

巴德雷通过让他的志愿者受试者面对一个简单的谜题,这个谜题他可以使其变得异常复杂,从而产生了证据,表明这个层级包括第四个区域,即位于外侧额叶最前部的前额极。他要求受试者将插图中显示的成对物体分类为相同或不同。这很简单——直到他告诉他们,他们必须开始根据特定的特征(形状、大小、纹理或颜色)做出相同-不同调用,并且相关特征取决于物体周围的方形是红色、蓝色、黄色还是绿色。通过改变这些规则,他可以创建一系列越来越困难的谜题。最复杂的谜题始终会点亮前额叶皮层最前部的部分。

巴德雷说:“这似乎很好地证实了这个层级序列。” “现在我们正在研究中风患者,以了解最后面的区域(他们首先使用的区域)的病变是否会阻止更上面的区域工作。”他的早期结果表明情况确实如此。如果情况确实如此,它可能有助于解释中风如何影响心智能力。从那里开始,巴德雷希望探索其他神经系统如何调节这个序列。但这必须等待,他说,因为“有时你必须先做更简单的事情。”

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