心理所研究揭示认知控制神经表征的空间组织机制

认知控制 (cognitive control) 是指个体在特定的情境中，灵活地调动认知资源来调整想法和行为的一种目标导向的心理过程。研究者以往普遍认为，认知控制是领域一般性(domain-general)的，即不同情境下都运用相同的认知加工过程。然而，近几十年的研究逐渐揭示了大量支持认知控制特异性(domain-specific)的证据，从而在学术界形成了领域一般性与特异性理论的对立。近年来，一些研究表明，认知控制既有一般性又有特异性，二者可以发生在不同的脑区，或者相同的脑区有不同的表征形式。这虽然在一定程度上缓和了一般性和特异性之间的矛盾，但这种二分法仍存在问题。例如，领域一般性理论假设不同情境依赖相同的加工机制，可能导致资源竞争，影响效率；而领域特异性则意味着大脑需要无数种特定的加工机制来应对现实中的各种情境，这在生理学上似乎不切实际。

该研究探索了一种新的可能性，即认知控制不是简单的二分，而是一个连续体，存在介于一般性和特异性之间的中间状态。这种新的表征形式符合“认知空间”理论，即不同条件间的表征存在连续性，且其位置由条件间的相似性关系决定。因此，研究者将这种可能性称为认知控制的“认知空间理论”。为验证这一理论，研究者对冲突任务进行了参数化设计。在空间Stroop-Simon范式中，研究设置了三种中间状态条件，每种条件包含一定程度的空间Stroop成分和Simon成分（图1）。这五种条件之间呈现逐渐变化的相似性趋势。根据“认知空间”理论，认知控制的表征会受这种参数化设置的线性调节。

图1. 实验设计

研究者采用行为和功能磁共振(fMRI)两个研究来检验这一假设。在研究一中，考察了五种冲突之间两两的冲突适应(conflict adaptation)效应，此效应能反映认知控制的迁移性。结果发现，冲突适应效应随着冲突间的相似性呈线性增加趋势（图2），表明认知控制在冲突间相似时表现为较强的一般性，在冲突间差别较大时表现为较强的特异性，而在其他情况下表现为介于一般性和特异性的中间状态。

图2. 冲突任务之间的冲突适应效应随着相似性增加而增大

研究二考察了五种冲突对应的大脑表征。利用表征相似性分析(representational similarity analysis)，结果发现，在右侧背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex)，神经表征的模式在相似的冲突之间更接近（图3）。这说明认知控制在该脑区存在参数化的表征，支持了认知空间的基本假设。因此，这些结果为认知控制的认知空间理论提供了证据。

图3. 右侧背外侧前额叶（r-8C）对不同冲突任务进行参数化表征

认知空间的表征形式具有高效、灵活的特点。一方面，不需要太多的神经元即可实现一个低维的空间表征，同时保证不同条件之间的表征不会混淆；另一方面，在学习新的任务时，可以根据其与已有任务的相似性关系在认知空间找到对应的表征位置，有利于认知控制的迁移。

该研究成果一方面引入“认知空间”的观点调和了一般性和特异性的矛盾，从相似性的角度解释前人研究中部分证据支持一般性，部分证据支持特异性的问题；另一方面，研究通过整合两种冲突来实现参数化设计的方法，为研究抽象认知过程的相似性加工提供了一种创造性的解决方式。另外，“认知空间”的概念也可以应用到其他领域，进而影响研究者对学习、决策，乃至认知障碍治疗的理解。

该研究由中国科学院心理研究所刘勋研究组和爱荷华大学江界峰实验室合作完成。心理所博士生杨国春（已毕业）为文章第一作者，刘勋研究员为文章通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金中德重大国际合作项目(NSFC 62061136001/DFG TRR-169)和中国博士后科学基金（2019M650884）的支持。研究成果已在eLife期刊在线发表。

文章信息：

Guochun Yang, Haiyan Wu, Qi Li, Xun Liu*, Zhongzheng Fu, Jiefeng Jiang (2024) Dorsolateral prefrontal activity supports a cognitive space organization of cognitive control. eLife 12:RP87126. https://doi.org/10.7554/eLife.87126.5