前扣带回功能的冲突监测理论

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1、心理科学进展 2005，13（6） ：767773 Advances in Psychological Science 前扣带回功能的冲突监测理论* 朱湘如 刘 昌 （南京师范大学认知神经科学实验室，南京 210097） 摘 要 前扣带回在多种任务中的普遍激活使它成为当前认知控制研究的一个热点。 一般认为它是执行控制网络的一个组成部分。针对它的功能尚缺乏一个综合的可以普遍接受的理论，前扣带回功能的冲突监测理论是一个影响十分广泛的理论。它认为前扣带回通过监测冲突提供控制信号，并将控制信号传达给具体负责控制的脑区。该文对冲突监测理论的观点及其实验支持做了简要的介绍，并对该理论存在的一些问题做了一些

2、说明。 关键词 前扣带回，冲突监测理论，认知控制。 分类号 B842 1 引言 大脑在并行处理信息的过程中， 避免冲突和解决冲突是非常重要的。 一般认为冲突解决是认知控制的关键成分。 认知神经科学的兴起为认知控制功能研究提供了新的手段。许多神经成像研究1表明前扣带回（anterior cingulate cortex, ACC）和前额叶（prefrontal cortex, PFC）在多种认知任务中都出现了激活，包括工作记忆任务，言语流畅性任务，分散注意任务，运动反应，错误监测， 竞争监测， 对任务的预期和奖励任务。一般认为PFC参与了具体的执行控制功能，但是关于ACC参与执行控制功能的具体机

3、制却存在很多争论。 通过对ACC激活的各种实验任务进行分析发现2，这些实验任务具有以下三个特征： 一是实验任务要求被试克服某种不正确强势反应(prepotent response)，例如在Stroop任务中被试要克服读词的倾向； 二是被试要在同等可能性的反应中进行选择， 例如单词产生任务； 三是在被试出现反应错误的情景下，而错误情景一般都与高冲突程度相联系。通过对以上三种特征的分析发现，它们之间的共同点就是都涉及到高冲突情景。Carter等人由此提出了一个影响较为广泛的解释ACC功 能的理论 ：冲突监 测理论(conflict monitoring theory)36,8,9。 Carter等

4、人首先在冲突监测和执行控制之间做出了明确的区分4。他们认为控制是一种资源有限的自上而下的加工过程， 它是基于一定的命令和目标来实现的， 而监测过程是一个对特定领域的信息加工过程状况进行简单的评估， 这种评估是通过一种简单的算法来实现的。监测的结果用于指导具体的反应过程，ACC正是负责提供信息加工进程的信号， 将信号传达给PFC等其他具体执行的部位以实现行为的控制和调节。 具体而言冲突监测理论有4个假设4,7,8： 一是信息加工过程中的冲突由具体的神经机制来实现， 主要由ACC的后部解决； 二是冲突监测过程通过检测已有收稿日期：2005-02-25 * 本研究得到高等学校全国优秀博士学位论文专项

5、资金（200006）和国家自然科学基金（30200082）资助。 通讯作者：刘昌，E-mail: 767 -768- 心理科学进展 2005 年 刺激激活的表征与任务相关表征的共容性来实现； 三是ACC主要是对反应水平上的冲突或信息加工阶段后期阶段的冲突进行反应； 四是ACC是更为一般的监测网络的一个组成部分， 这个网络负责注意和控制的重新定向。 冲突监测理论提出以后， 围绕它已经积累起大量的实验研究。 在这些研究中有些是支持冲突监测理论的， 有些实验现象则与冲突监测理论不一致。 回顾一下冲突监测理论的实验证据和理论存在的问题有助于深化对执行控制功能的理解。 2 冲突监测理论的实验支持 2.

6、1 功能核磁共振（fMRI）研究 侧蔽任务（Flankers task）一般是向被试呈现5个箭头，被试的任务是判断中间箭头的朝向。 通过对被试的行为测验的分析发现，虽然让被试忽略两侧刺激，但是被试进行选择性注意时会在两侧刺激和中央刺激之间寻找一种平衡， 两侧箭头的方向不可避免的会对中间箭头的判断产生干扰。 如果两侧箭头与中间箭头的方向一致 （congruent） ，被试的反应要快于不一致（incongruent）的情景。Gratton等人11在实验中发现，非一致性试次 （trial） 在一致性试次后出现(CI情景)，相对于非一致性试次在非一致性试次之后出现(iI情景)， 非一致性试次的反应时相

7、对延长，即格雷顿效应。冲突监测理论认为，CI情景下，被试的控制程度较低，非一致性试次的反应冲突就较高。在iI情景下，被试的控制程度较高， 非一致性试次的反应冲突就较低。Botvinck等人5在实验中利用侧蔽任务实现了控制过程和冲突程度的分离， 实验结果发现，在CI情景下ACC的激活程度最高，表明冲突程度是与激活程度成正比的，这与冲突监测理论的预测是一致的。 冲突监测理论认为， 通过改变一致性和非一致性试次类型的不同比例也会实现对被试控制水平和冲突程度的分离。 ACC在不同比例下的活动水平也不同。 在另一个神经成像研究中，Carter等人3利用Stroop任务，通过操纵被试对非一致性试次和一致性

8、试次出现比例的期待来实现控制过程和冲突过程的分离。实验分为两种情景，一种情况下，80%的试次是一致性试次，20%的试次是非一致性试次。另一种情况下80%的试次是非一致性试次，20%的试次是一致性试次。他们假设在第一种情况下，由于一致性试次占绝大多数，被试的控制水平较低，非一致性试次情景下的冲突就会较高。 相反在第二种情景下， 由于非一致性试次占绝大多数，被试的控制程度较高，非一致性试次的冲突就会较低。 所以第一种情况下ACC的激活程度较高。这些预测与实验结果是一致的。 2.2 ERP研究 冲突监测理论的ERP研究主要是建立在对错误反应进行的研究上。 关于错误反应的研究发现， 在错误反应之后50

9、150ms内脑波会出现一个负偏转，波峰大约在70ms左右，最大值出现在额中回附近，由于和错误反应密切相关所以被称为ERN(error-related negavity)，即错误关联负波10。ERN一般在反应之前就开始出现了， 虽然在不同的任务情景下经常有不同的波幅， 但是它的潜伏期总是一致的。 冲突监测理论认为在错误反应发生之后，对刺激的加工仍在继续，正确反应的表征在反应之后激活， 正确反应表征激活之后与先前的错误反应表征之间的冲突就会达到最大，ERN就是这种冲突的反映，对ERN源定位研究发现源于ACC， fMRI研究31,3也发现ACC的错误相关激活。 冲突监测理论一个饱受批评之处就是怎么解

10、释非一致试次中正确反应中的冲突，因为在正确反应之后并没有出现像ERN之第 13 卷第 6 期 前扣带回功能的冲突监测理论 -769- 类的负波。 冲突监测理论认为在正确反应中同样存在正确表征和错误表征的冲突， 但是正确反应和错误反应中冲突解决过程并不相同。 在错误反应过程中ACC的激活晚于反应，两者的冲突反映为ERN。在对非一致性试次下的正确反应过程中， ACC的激活先于反应， 因为正确反应表征的强度远高于错误表征的强度， 两者之间的冲突在反应之前就已解决了。 ACC在正确反应中活动的反映就是出现在额中回N2波， 它代表了正确反应中的冲突程度。 研究发现N2的确在反应之前就开始了，Yeung等

11、人8的研究发现它在反应之前88ms之前就开始出现。N2和ERN的特性有许多相似之处，一些研究12发现N2的确是冲突的反映， N2随着冲突程度的升高波幅变大， 而且N2的波幅与反应时有正相关关系， 波幅越大反应时越长。 相关研究发现N2与ERN有相同的头皮分布， 而且有共同的产生源也是ACC。这表明它们有共同的产生源，反映的是同一个部位的活动。这些实验证据都是支持冲突监测理论的。 冲突监测理论认为这一发现是冲突监测理论的一大进展。 3 冲突检测理论的几个问题 3.1 ACC与PFC的关系 在许多实验任务中都发现了ACC和PFC共同激活的关系，但是它们之间相互作用的具体机制还不清楚。 冲突监测理论

12、认为ACC负责监测信号，然后将信号传递给PFC，由PFC负责具体的执行13。这种观点虽然得到一些研究的支持， 但是同样有一些研究支持相反的观点。 例如关于监测理论的一个推论就是ACC的激活应该先于PFC，因为如果ACC负责监测信号， 那么它的激活必定要早于PFC，但是有研究发现ACC的激活要晚于PFC14。 脑损伤病人的研究有特殊的优点， 首先它可以克服个体差异对统计结果的影响， 其次不同于神经成像研究只能得出相关性的结论，它可以作一些因果性的结论。为了更好地理解PFC和ACC的关系，关于这两个部位损伤病人的研究可以提供新的思路。Gehring等人15研究了一个大脑左侧DLPFC损伤的病人。结

13、果发现病人与控制组相比，正确率没有明显差异，但是错误反应（通过反应时的握力来做指标的）力量增强了，同样出现了错误后减慢的现象。 纠错率与同龄控制组相比显著减少， 但是与年轻控制组相比并无明显差异。 实验最值得注意的结果是病人ERN和Nc（正确负波）与控制组明显不同，两者几乎重合。Gehring等人认为如果ACC是ERN的产生源那么ACC监测功能的实现必定有赖于PFC功能的正常。 虽然关于PFC激活先于ACC的发现并不能作为结论性的证据， 但是冲突监测理论的一个重要的问题就是能对具体的调控过程作精确的说明， 即控制过程具体是怎样完成的。这也是未来研究的一个重点。 3.2 冲突监测与意识的关系 冲

14、突监测是否依赖意识来完成？即是否只有在意识到冲突的情况下才能解决冲突？从冲突监测理论的观点来看，它认为ACC只是接受信息加工过程处理正常与否的信号，这种信号很可能是无意识的，因为它的特点就是快速。Nieuwenhuis等人17发现在没有意识到错误的情况下ERN没有变化。Leuthold等人18则发现在阈下启动实验中， 当阈下启动刺激与目标不一致时反应时延长， 错误率升高， 证明了阈下冲突的存在。Carter等人认为冲突监测并不依赖于意识，但是有些研究者21也对冲突监测和意识关系的问题进行了研究， 他们并不支持冲突监测的无意识观点。Raz等人19利用具有高暗示性的被试进行研究， 将被试催眠后让其

15、完成Stroop任务，结果发现虽然实验任务中明-770- 心理科学进展 2005 年 显存在冲突， 但是被试行为实验的成绩并没有出现冲突效应。 由于催眠是一种无意识状态，这个实验说明在无意识状态下，被试很可能克服了冲突， 从而使冲突监测变得没有必要。 Dehaene等人20也研究了冲突监测与意识的关系问题。 他们利用的是阈下启动范式(subliminal priming paradigm)。被试的任务是判断最后呈现的阿拉伯数字是否大于五。在目标刺激呈现之前有启动刺激， 启动刺激是以文字方式呈现的数字。 启动刺激可能与目标刺激一致也可能不一致。 实验分两种情景，一种情景下启动刺激是可见的，另一种情景下启动刺激是不可见的。 先前的研究已经证明即使是不可见的启动刺激也会对随后呈现的目标刺激产生干扰。 实验结果发现虽然两种情景下都有同样的干扰， 但是只有在启动刺激可见的不一致情景下ACC才出现了激活。 这说明虽然两种情景下冲突都是客观存在的， 但是只有在明确意识到冲突的情况下ACC才能激活。 他们的实验结果支持冲突监测功能必须在意识到冲突的前提下才能完成。 3.3 关于ERN和N