认知控制与刺激反应相容性研究的整合：认知控制与决策的交互作用

Current theories of cognitive control are unable to account for the reversal of the conflict effect. In these models, increased top-down attentional control may attenuate the influence of interfering stimuli, but may not convert interfering stimuli into beneficial stimuli. Our recent neuroimaging studies suggest that the reversed conflict effect results from the change of irrelevant stimulus-response (S-R) associations. On the basis of these studies, we realized that learning plays a critical role in changing the strength of S-R associations and modulating cognitive control. Following this line of research, the present project plans to systematically investigate the cognitive and neural mechanisms underlying cognitive control modulated by learned S-R associations. Employing the paradigm of the proportion congruency effect, the reversal of the conflict effect at the behavioral level suggests that the brain learns S-R associations and modulates the cognitive control system. Multimodal neuroimaging techniques (functional magnetic resonance imaging and electroencephalograph) will be used to measure the neural processes underlying cognitive control modulated by learned S-R associations. In addition, reinforcement learning theory and Bayesian inference will be fitted to the behavioral data to estimate the strength of learned S-R associations, exploratively interpreting the results from the angle of the interaction between decision making and cognitive control. The results of this project will contribute to develop the theory of cognitive control.

冲突效应的反转是现有认知控制理论所不能解释的。因为在这些模型中，增强自上而下的注意控制可以减弱干扰刺激产生的影响，但是不能把干扰刺激转化为带有促进效应的刺激。我们前期的脑成像研究工作表明冲突效应的反转是无关维度刺激反应联结改变的结果。在这些研究的基础上，我们意识到学习在改变刺激反应联结强度与调节认知控制中起到重要作用。沿着这一方向，本项目计划深入系统地研究习得的刺激反应联结规则调节认知控制的认知与神经机制。基于比例一致效应范式，行为数据中冲突效应的反转表明大脑习得了刺激反应联结，进而调节认知控制系统。多模态的脑功能成像技术（功能核磁共振、脑电）会记录任务中大脑习得刺激反应联结规则并调节认知控制的动态变化过程。此外，强化学习算法与贝叶斯推论方法会用来拟合行为数据估计习得的刺激反应联结的强度，探索性的从决策与认知控制交互的角度解释实验数据。这个项目的研究结果将有助于发展认知控制的理论模型。

比例一致性效应指的是冲突效应（例如Stroop、Simon、Eriksen flanker效应）随着任务中不一致试次比例的增大/减小而减小/增大的现象。最近20年的心理学研究表明认知控制与无关维度刺激反应联结学习是产生这一现象的两种认知加工机制。但是，从产生比例一致性效应的角度来说，这两种认知加工机制之间的关系还尚不清楚。在此项目中，我们从四个方面探索了无关维度刺激反应联结学习调节认知控制的认知神经计算机制。第一，我们发现奖赏增强的无关空间刺激反应联结也可以使得行为水平和神经水平上的Simon效应增大或减小甚至反转，产生类似比例一致性效应的现象，这表明不同因素导致的无关空间刺激反应联结学习都可以调节认知控制。第二，我们发现无关反应维度（颜色）也可以产生一致性效应以及比例一致性效应，并且与无关刺激维度引起的一致性效应和比例一致性效应具有相似的神经基础，这表明认知控制具有领域一般性。第三，我们用基于冲突任务的漂移扩散模型拟合Simon任务中列表水平比例一致性行为数据，发现仅变化起始点参数就可以很好的拟合反应时与错误率分布，这表明无关空间刺激反应联结学习在列表水平比例一致性效应中起到主要作用。第四，我们采用强化学习与贝叶斯学习算法拟合Simon任务中比例一致性动态变化的行为数据，发现反应预期误差可以很好的解释行为数据：反应预期误差越大，反应时越长。功能核磁共振成像与脑电数据显示反应预期误差与认知控制相关脑区活动或脑电指标存在正相关：反应预期误差越大，认知控制激活程度越大。这表明认知控制与无关维度刺激反应联结学习存在合作关系：当习得的无关维度刺激反应联结预期的反应与正确反应不同时，认知控制会被增强从而解决反应冲突。此项目的研究为我们深入认识认知控制与无关维度刺激反应联结学习二者之间的关系提供了实证数据与理论框架。