奖励调节认知灵活性和认知稳定性权衡的机制

In daily life, we need to flexibly adjust our behavior according to the changing environment; however, successfully achieving a certain goal also requires us to maintain stable behavior in the face of potential interference. This ability to constantly weigh cognitive flexibility and stability undoubtedly has an important impact on individual behavior. However, the mechanism of the trade-off between cognitive flexibility and stability is still unclear. Whether it is regulated by the same system or belonging to two different systems is still controversial. In addition, the role of rewards in regulating the trade-off between cognitive flexibility and stability is more complicated: performance-contingent reward enhance cognitive flexibility, while random rewards promote cognitive stability. The causes and mechanisms are still unknown. Therefore, the present project focuses on the behavior and neural mechanisms of reward modulation of cognitive flexibility and stability. This project include the following sections: (1) Examining whether cognitive flexibility and stability are regulated by the same system or different systems through behavioral models and functional magnetic resonance techniques; (2) Exploring whether the predictability of rewards can modulate the trade-off between cognition flexibility and stability; (3) Using a Hierarchical Gaussian Filter model to further investigate the reward effect on cognitive flexibility and stability. This project can deepen and expand our understanding of the trade-off between cognitive flexibility and stability, and at the same time, we can further analyze the behavior and neural mechanism of the reward effect. This project may also help us get insight into cognitive control and can provide some theoretical basis for cognitive flexibility training.

我们时常需要根据不断变化的外部环境灵活调整自己的行为；同时，成功完成某个目标还要求我们在面对潜在干扰时能够保持行为稳定。这种不断权衡认知灵活性和认知稳定性的能力无疑对个体的行为有重大影响。然而，二者权衡的工作机制尚不清楚，是受到同一个系统的调控还是分属于两个不同的系统至今仍存在争议。此外，奖励对二者权衡的调节作用比较复杂：根据行为表现给予的奖励增强认知灵活性，而随机奖励促进认知稳定性，其原因与机制仍未可知。因此，本项目以奖励调节认知灵活性和稳定性权衡这一问题为核心，深入考察其行为及神经机制。研究包括三个部分：（1）通过行为模型和功能磁共振技术考察认知灵活性和稳定性权衡的脑结构及神经机制；（2）探究奖励的可预测性是否可以调节认知灵活性和稳定性权衡；（3）采用分层高斯过滤模型进一步考察奖励调节认知灵活性和稳定性权衡的机制。该项目有助于洞悉认知控制机制并为认知灵活性训练等提供一定的理论基础。

认知控制的关键谜题之一是控制系统如何调节认知灵活性和认知稳定性的平衡，以高效的实施控制并组织行为反应。已有研究尚不能解答认知灵活性和稳定性权衡的行为及神经机制，二者是受到同一个系统的调控还是分属于两个不同的系统至今仍存在争议。本项目主要针对这一问题进行了以下研究。.（1）在认知灵活性和稳定性权衡的神经机制方面，我们发现额顶和刺激加工脑区的激活在其中起着重要作用，额顶在需要认知灵活的任务转换试次激活更强，而视觉区等刺激加工脑区在需要认知稳定的任务重复试次激活更强；更重要的是，额顶与刺激加工脑区的相互作用（有效连接），尤其是自后部顶叶皮层到视觉区的自上而下的有效连接在二者权衡中扮演重要角色。.（2）在计算建模方面，我们针对认知灵活性和稳定性权衡的机制之一很可能是受到控制需求（或奖励）的可预测性（或预测误差）的调节这一假设进行了研究，发现个体可以通过预测和适应不断变化的控制需求增强认知灵活性，其中，贝叶斯惊讶（Bayesian surprise）对刺激加工脑区和额顶控制区域/网络之间的功能连接的调节作用通过调制控制的参与驱动了认知灵活性。.（3）在认知灵活性和稳定性之间可能存在的拮抗性关系方面，分散注意试次比例的增加与认知灵活性的降低和认知稳定性的增加有关。此外，模型选择结果表明，具有一个整合参数的相互调节模型优于其他所有的模型，而且该模型参数与认知灵活性和稳定性呈反比关系。.（4）我们从认知控制分为内源性和外源性控制的角度出发，创新性的考察了内源性和外源性控制间的灵活转换，发现同样存在认知灵活性和稳定性权衡的特点。.这些研究表明，额顶和刺激加工脑区的表征和相互作用（有效连接）可能在认知灵活性和稳定性权衡中起着重要作用。关于奖励的可预测性在认知灵活性和稳定性权衡中的作用，我们收集了大量的数据，但可能由于奖励在二者权衡中的复杂作用机制，预设的数据分析并未得到理想的结果，目前尚未形成系统的结论，尚需后续深入数据分析的支持。