任务切换的层级加工及其脑机制

Cognitive control plays an important role in human goal-oriented behavior. The main paradigm of cognitive control is task switching. A number of studies have revealed the brain areas, key network, and ERP components corresponding to different cognitive components and different sub-processes of task switching. However, the neural mechanism of task switching at different hierarchical levels is still unclear. This project will focus on this key issue, by adopting a modified paradigm of cue-target switching, in which two hierarchical levels of rule and task switching were designed. We will examine the activation of the brain areas and event-related potentials at different levels of task switching, and verify the hierarchical function of the frontal lobe. These studies may help us to further understand the neural mechanism of cognitive control from the perspective of hierarchical processing.

认知控制对人类个体的目标导向行为具有重要意义，其主要研究范式是任务切换。大量研究考察了任务切换的脑机制，揭示了任务切换不同认知成分相关联的脑区、关键网络、以及不同子过程对应的脑电成分；同时，一些行为研究也证明在具有层级结构的任务切换中，高层级切换比低层级切换产生更大的切换代价。但是，产生这种切换代价的层级差异的脑机制，即不同层级水平的任务切换的神经机制仍不清楚。本项目旨在围绕这一关键问题，采用线索-任务切换的改进范式，分别在线索关联的规则与靶对应的任务中设置高低两种层级水平，考察个体在不同层级水平进行规则或任务切换的脑区激活与事件相关电位。这一系列研究可验证额叶功能的层级性，检验任务跨层级切换的不对称性，并从层级加工的角度进一步了解认知控制的神经机制。

本项目以行为测量与脑电技术相结合的方式，采用自创的层级任务切换范式，考察了任务目标的层级性、反应规则的层级性，以及任务集不同元素（如任务与反应）的层级控制的特点及相应的脑机制。主要通过三个研究方案开展研究。（1）通过两个脑电实验研究了任务切换中大脑对线索指引的规则层级性进行加工的动态时间过程。我们发现，任务切换的线索加工诱发的切换正波早在P2成分就体现出了主动性控制的层级性。层级性控制主要体现于N2-P3时间窗口。（2）考察了任务切换与规则切换这两个不同层级的任务集元素在任务切换中的层级差异相关联的ERP成分，我们发现与任务切换相比，规则切换伴随着更大的P2/P3波幅，说明在进行规则切换时需要更多的注意和认知资源来更新储存在工作记忆中的信息。相关研究对认知控制的层级论进行了拓展。（3）尝试采用空间分辨率有限的ERP技术研究了大脑对规则与任务的层级性表征是否在大脑的前额叶存在层级梯度效应问题，我们初步发现这一层级特征确实体现在前额叶。本项目的相关研究结果已经在《Neuropsychologia》、《Biological psychology》和《心理学报》等刊物上总共发表了20余篇相关的学术论文，其中16篇为SCI或SSCI论文。