認(rèn)知控制腦電成分N450的特征與心理功能*

(華南師范大學(xué)心理學(xué)院，廣東 廣州 510631)

1 N450的電生理特征

1.1 N450的波形特點(diǎn)

N450是一種峰值約為450毫秒，分布于額頂部的刺激鎖相(stimulus-locked)腦電負(fù)波。它主要在Stroop干擾任務(wù)中出現(xiàn)，約于刺激呈現(xiàn)后350-500毫秒之間達(dá)到峰值，波幅隨刺激干擾效應(yīng)增加而增大(Chouiter,Dieguez,Annoni,& Spierer,2014)。一般認(rèn)為，其發(fā)生源主要位于額頂中部(Stock,Steenbergen,Colzato,& Beste,2016;Yi,& Friedman,2011；Szucs & Soltész,2008)。其波形圖和地形圖如圖1所示。

圖1 N450的波形圖與地形圖(Larson et al.，2014)

注：(A)為健康被試在傳統(tǒng)Stroop色詞任務(wù)中的ERP波形；(B)為不一致減一致條件的N450差異波的地形圖。

N450和經(jīng)典N400有相似，但也有明顯差異。它們一定程度上都在沖突環(huán)境中產(chǎn)生，是額頂區(qū)域的負(fù)波，但N400的潛伏期約在刺激呈現(xiàn)后200-500毫秒，波峰在400毫秒左右(Kutas,& Hillyard,1982,1980)，皮層定位比較廣泛，研究爭議較大。且N400和語言認(rèn)知加工有關(guān)，對異常刺激敏感，常用實(shí)驗(yàn)范式包括語義啟動(dòng)范式和包含異常刺激的語言任務(wù)，而N450產(chǎn)生于目標(biāo)刺激和干擾刺激的競爭，主要在Stroop任務(wù)中出現(xiàn)?？梢?，N450是一種獨(dú)立的與沖突加工有關(guān)的ERP成分。

Stroop任務(wù)中，相對于詞的顏色與詞義一致條件，不一致時(shí)產(chǎn)生的N450波幅更大。且很多研究證明，不一致條件比例減小時(shí)，N450波幅增大(Killikelly & Szucs,2013;West & Bailey,2012;Tillman & Wiens,2011)。不同年齡段所表現(xiàn)的N450波幅和潛伏期有顯著差異，隨著年齡增長，潛伏期變長，波幅變大(Mager,Bullinger,Brand et al,2007)。學(xué)習(xí)困難者的N450沖突效應(yīng)顯著大于正常群體(Liu,Yao,Wang,& Zhou,2014)。

1.2 N450的源定位

研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典Stroop實(shí)驗(yàn)中N450發(fā)生源位于前扣帶回(Zhu et al.,2018;Hanslmayr et al.,2008;Liotti,Woldorff,Perez,& Mayberg,2000)。West,Bowry,& McConville(2004)通過偶極子分析發(fā)現(xiàn)N450產(chǎn)生于前扣帶回和前額葉。不同前扣帶回結(jié)構(gòu)可能反映了不同的沖突機(jī)制。Kim,Kroger & Kim(2011)發(fā)現(xiàn)，尾部背側(cè)扣帶皮層和知覺沖突加工有關(guān)，而前部背側(cè)扣帶皮層和反應(yīng)沖突加工有關(guān)。

此外，不少研究表明N450又可細(xì)分成兩個(gè)子成分，涉及的腦區(qū)不一樣。如，West和Bailey(2012)發(fā)現(xiàn)額葉和頂葉的N450和P450效應(yīng)；Piai等發(fā)現(xiàn)N450效應(yīng)在左半球額中央，在右半球則延伸到中央頂葉(Piai,Roelofs & van der Meij,2012)；Sun等(2013)發(fā)現(xiàn)，左前額葉的血?jiǎng)恿W(xué)信號Stroop效應(yīng)和中頂葉N450早成分相關(guān)，而雙側(cè)前額葉Stroop效應(yīng)和頂葉N450晚成分有關(guān)。這些研究結(jié)果說明，N450產(chǎn)生于額頂區(qū)域，但可能并不只是一個(gè)涉及某個(gè)大腦結(jié)構(gòu)的簡單成分，也提示沖突加工的皮層定位可能不是某個(gè)具體的大腦結(jié)構(gòu)，而是復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2 N450的心理功能

早期研究認(rèn)為Stroop任務(wù)中N450效應(yīng)與個(gè)體對語義信息的抑制加工有關(guān)(Liotti et al.,2000;West & Alain,2000)。隨著沖突監(jiān)控理論的發(fā)展，目前大部分研究傾向于認(rèn)為N450涉及沖突加工。該理論認(rèn)為，前額葉在認(rèn)知控制中起著自上而下地調(diào)控信息和監(jiān)控沖突的作用，皮層分布對應(yīng)內(nèi)外側(cè)額葉和前扣帶回(Botvinick,Cohen & Carter,2004)。當(dāng)出現(xiàn)沖突信息時(shí)，前扣帶回所產(chǎn)生的N450代表沖突監(jiān)控。但有關(guān)N450具體體現(xiàn)了知覺沖突還是反應(yīng)沖突，沖突監(jiān)測還是沖突解決，仍存在爭議。

2.1 研究N450的實(shí)驗(yàn)范式

經(jīng)典Stroop任務(wù)中，通過比較色詞與顏色不一致與一致條件的差異可獲得典型的N450干擾效應(yīng)。研究者還可采用各種Stroop變式來研究N450。這里重點(diǎn)述評可分離知覺沖突與反應(yīng)沖突的實(shí)驗(yàn)范式。

檔案信息化數(shù)據(jù)運(yùn)行管理需要油田企業(yè)持續(xù)性地投入一定的資金，油田企業(yè)應(yīng)當(dāng)注重為檔案管理工作開展提供保障。除了要做好前期信息化管理系統(tǒng)的建設(shè)外，還要注意后期系統(tǒng)維護(hù)和定期進(jìn)行設(shè)備更換等工作。特別是一些辦公軟件，使用一段時(shí)間后需要及時(shí)更新，這樣才能最大化地發(fā)揮油田檔案信息化數(shù)據(jù)運(yùn)行管理的實(shí)際價(jià)值。此外，檔案管理人員還要定期做好系統(tǒng)維護(hù)，這樣也可以減少信息化數(shù)據(jù)運(yùn)行管理系統(tǒng)的故障率，無形中降低了使用成本。

2.1.1 旋轉(zhuǎn)判斷任務(wù)。該任務(wù)除包括Stroop顏色和詞義一致、不一致、中性條件外，還包含對刺激進(jìn)行一定角度的左右旋轉(zhuǎn)，及刺激不旋轉(zhuǎn)特征。由于實(shí)驗(yàn)只要求根據(jù)刺激向左或右旋轉(zhuǎn)作按鍵反應(yīng)，因此如果不一致條件下N450波幅仍大于一致條件，就反映了知覺沖突(Li,Wang,Duan,& Zhu,2013)。而該任務(wù)雖可區(qū)分出知覺水平和反應(yīng)水平，能否保證實(shí)驗(yàn)過程中刺激顏色和詞義信息得到知覺加工還有待考慮。

2.1.2 語義Stroop范式。該范式干擾效應(yīng)源自單詞的顏色和聯(lián)想意義(Schmidt,& Cheesman,2005)，即當(dāng)單詞顏色和單詞本身產(chǎn)生的聯(lián)想意義不一致時(shí)，就產(chǎn)生干擾效應(yīng)。和經(jīng)典Stroop范式相比，該范式只存在知覺沖突，而不含反應(yīng)沖突。

2.1.3 2-1反應(yīng)映射范式。此范式試圖從操作水平上分離出兩種沖突類型(De houwer,2003)。任務(wù)要求對詞的顏色作反應(yīng)，如紅色和綠色按左鍵，黃色和藍(lán)色按右鍵。任務(wù)有三種實(shí)驗(yàn)條件，一致條件即顏色和詞義一致；知覺不一致條件下顏色和詞義不同但兩維度的反應(yīng)鍵相同(如紅色的“綠”)，即知覺水平不一致，但反應(yīng)水平一致；反應(yīng)不一致條件下顏色和詞與兩維度的反應(yīng)鍵都不同(如紅色的“藍(lán)”)，即知覺和反應(yīng)水平都不一致。相對于前兩種范式，該范式雖可同時(shí)分離知覺沖突和反應(yīng)沖突，但知覺不一致條件的反應(yīng)設(shè)置可能會把錯(cuò)誤反應(yīng)當(dāng)成正確反應(yīng)而發(fā)生混淆，且近年研究表明，知覺不一致條件是否只有單純的知覺沖突仍需進(jìn)一步驗(yàn)證(Hasshim & Parris,2014)。

2.1.4 不一致-重疊范式。此范式要求對單詞顏色進(jìn)行按鍵反應(yīng)，如藍(lán)、綠和黃。中性條件為不同顏色的中性詞；不一致-不重疊條件下，如黃色的“紅”，由于紅色沒有對應(yīng)的按鍵要求，這時(shí)有知覺沖突而無反應(yīng)沖突；不一致-重疊條件下，如黃色的“綠”，黃色和綠色不僅產(chǎn)生知覺沖突，也因都有按鍵反應(yīng)而產(chǎn)生反應(yīng)沖突，因此既包含知覺沖突也包含反應(yīng)沖突(West,Bowry & McConville,2004)。通過相減法可以實(shí)現(xiàn)兩種沖突效應(yīng)的分離。

考慮到各種范式多少有些不足，利用Stroop范式研究N450時(shí)，最好增加其他條件或技術(shù)，如用肌電圖(Electromyography，EMG)同時(shí)記錄錯(cuò)誤反應(yīng)手和正確反應(yīng)手的活動(dòng)，用單側(cè)化準(zhǔn)備電位(Lateralized Readiness Potential，LRP)記錄與運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備有關(guān)的腦電成分，從而排除其他可能的加工成分。

2.2 N450所反映的心理功能

2.2.1 知覺沖突還是反應(yīng)沖突

研究表明，Stroop干擾效應(yīng)包含知覺沖突和反應(yīng)沖突(Szucs & Soltész,2010;West,Bowry & McConville,2004;De Houwer,2003)。知覺沖突指Stroop任務(wù)中顏色維度和字義維度的沖突(Klopfer,1996)；反應(yīng)沖突指任務(wù)反應(yīng)前，顏色維度和字義維度的反應(yīng)趨勢相互競爭產(chǎn)生的沖突(de Houwer,2003)。關(guān)于N450代表知覺沖突還是反應(yīng)沖突，是N450的心理功能研究的一個(gè)焦點(diǎn)。

有研究認(rèn)為N450反映知覺沖突。Mager等人(2007)要求被試只對Stroop刺激是否一致作按鍵反應(yīng)來排除反應(yīng)沖突，發(fā)現(xiàn)任務(wù)條件的N450效應(yīng)顯著，說明N450與知覺沖突有關(guān)。Szucs和Soltész(2010)結(jié)合EMG和erp技術(shù)探究色-詞Stroop干擾效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于一致、不一致和中性條件下都可測得不正確的手動(dòng)反應(yīng)活動(dòng)，而僅在不一致條件下出現(xiàn)N450，因此反應(yīng)沖突并非只發(fā)生在不一致條件中，不一致條件下發(fā)生的N450反映的是知覺沖突而非反應(yīng)沖突。后來很多研究通過不同實(shí)驗(yàn)范式也證明了N450與知覺沖突有關(guān)(Augustinova,Silvert,Ferrand,Llorca & Flaudias,2014;Killikelly & Szucs，2013;Caldas et al.,2012;Szucs & Soltész,2012)。

而Piai等(2012)認(rèn)為，從N450出現(xiàn)的時(shí)間上看，不管是讓被試對圖的名稱進(jìn)行口頭報(bào)告還是按鍵反應(yīng)，都在刺激呈現(xiàn)250毫秒后出現(xiàn)類似的N450效應(yīng)，說明N450效應(yīng)發(fā)生在反應(yīng)階段，可能與反應(yīng)沖突有關(guān)。Zhao等人(2015)則通過利用2-1反應(yīng)映射范式研究發(fā)現(xiàn)，N450和反應(yīng)沖突有關(guān)(Zhao,Liang,Juan,Wang,Wang & Zhu,2015)，與以往相同實(shí)驗(yàn)范式下的研究結(jié)果一致(Chen et al.,2011)。

綜合以上兩個(gè)系列的證據(jù)，有關(guān)N450到底代表知覺沖突還是反應(yīng)沖突仍有爭議。值得注意的是，沖突可能會有類型上的區(qū)別，也可能只是大小的區(qū)別，現(xiàn)有的任務(wù)范式可能在體現(xiàn)這些沖突類型或沖突大小時(shí)有一定局限，使得可能既反映知覺沖突也代表反應(yīng)沖突的N450未能完全被觀察到。為此，我們認(rèn)為可通過轉(zhuǎn)換研究角度深入研究這個(gè)問題，如通過心理功能的有效性檢驗(yàn)來確認(rèn)N450反映知覺水平還是反應(yīng)水平的加工。Forster和Lavie(2014)發(fā)現(xiàn)與任務(wù)反應(yīng)相關(guān)的干擾效應(yīng)和與反應(yīng)無關(guān)的干擾效應(yīng)是分離的。這兩種干擾效應(yīng)分別設(shè)計(jì)反應(yīng)水平的加工和知覺水平的加工。二者對N450心理功能的檢驗(yàn)具有建設(shè)性意義。

2.2.2 沖突監(jiān)測還是沖突解決

除了加工類型，也有不少研究從加工階段的角度探討N450效應(yīng)反映沖突監(jiān)測還是沖突解決。Coderre等通過操縱Stroop任務(wù)中單詞和顏色信息的時(shí)間間隔(Stimulus Onset Asynchrony，SOA)分離沖突監(jiān)測和沖突解決過程(Coderre,Conklin,& van Heuven,2011)。結(jié)果顯示，在三種SOA條件下都出現(xiàn)了N450。他們認(rèn)為，在-400毫秒SOA(單詞比色塊早出現(xiàn)400毫秒)和0毫秒SOA(單詞和色塊同時(shí)出現(xiàn))時(shí)產(chǎn)生的N450不能區(qū)分出它和沖突監(jiān)測還是沖突解決有關(guān)，但在+400毫秒SOA(單詞比色塊晚出現(xiàn)400毫秒)時(shí)，行為反應(yīng)已經(jīng)完成，沖突解決也就消失了，因此所產(chǎn)生的成分和沖突監(jiān)測有關(guān)。雖然他們的研究通過SOA的操縱很好地實(shí)現(xiàn)了兩種沖突階段的分離，但在-400毫秒和0毫秒SOA時(shí)也能觀察到N450，從整體上看，N450只和沖突監(jiān)測有關(guān)的結(jié)論仍值得商榷。

也有一些研究者認(rèn)為N450反映了沖突解決。如，Shen等人(2013)通過情緒Stroop任務(wù)發(fā)現(xiàn)N450的神經(jīng)發(fā)生源在前扣帶回，而前扣帶回涉及情緒加工并能在情緒環(huán)境中促進(jìn)沖突的解決，因此認(rèn)為N450和沖突解決有關(guān)。如果N450負(fù)責(zé)監(jiān)控沖突，那么沖突環(huán)境不同時(shí)，N450將會發(fā)生變化，而研究顯示，不管前一試次是否為不一致試次，當(dāng)前的不一致試次產(chǎn)生的N450波幅都沒有顯著差異(Larson,Kaufman,& Perlstein,2009)。Ma等(2014)在情緒Stroop任務(wù)中發(fā)現(xiàn)不一致條件的N450波幅較大，且中央-頂葉的激活更強(qiáng)，因此他們認(rèn)為N450同時(shí)反映了沖突監(jiān)測與沖突解決。

綜上所述，目前有關(guān)N450心理功能的研究結(jié)果還存在一定爭議。造成研究結(jié)果不一致的原因可能不僅是實(shí)驗(yàn)范式特點(diǎn)不同，還包括對知覺沖突和反應(yīng)沖突的操作定義不夠清晰、兩種沖突類型加工過程的同一性和時(shí)間上的動(dòng)態(tài)特征不夠明確。在探究Stroop的N450效應(yīng)反映沖突監(jiān)測還是沖突解決時(shí)，大多數(shù)研究只通過使用單一Stroop變式對N450所激活的相關(guān)腦區(qū)功能來區(qū)分。今后可通過沖突適應(yīng)的操縱來進(jìn)一步探討此問題。此外，不管哪種沖突，沖突加工的實(shí)質(zhì)是什么？這些問題都需要進(jìn)一步研究。

2.3 N450的應(yīng)用

盡管有關(guān)N450具體反映何種沖突類型和沖突階段仍有爭議，但N450效應(yīng)可以作為沖突加工效率的電生理指標(biāo)，獲得了共識。這使N450在特殊人群和個(gè)體差異研究中得到應(yīng)用(Strommer-Davidovich et al.,2018)。Liu等人(2014)在數(shù)字Stroop任務(wù)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)困難兒童在額區(qū)出現(xiàn)比正常兒童更大的N450波幅。Mangina和Beuzeron-Mangina(2004)曾對多動(dòng)癥兒童和學(xué)習(xí)困難兒童進(jìn)行為期8個(gè)月的訓(xùn)練，訓(xùn)練后，這些兒童在記憶負(fù)荷任務(wù)中產(chǎn)生的N450波幅增加，且和正常兒童的波幅無顯著差異。可見，特殊兒童和正常兒童在干擾任務(wù)中的N450波幅有不同的表現(xiàn)，但經(jīng)過一定的訓(xùn)練這種差異會消失。這可能反映了特殊兒童在面臨干擾時(shí)對沖突的監(jiān)控能力較弱，而這種能力缺陷可以通過訓(xùn)練來彌補(bǔ)。因此，N450或許能作為區(qū)別正常兒童和學(xué)習(xí)困難兒童，以及檢驗(yàn)學(xué)習(xí)困難兒童訓(xùn)練效果的電生理指標(biāo)。

在認(rèn)知發(fā)展和老化方面，Mager等(2007)發(fā)現(xiàn)，中年組在中頂葉上的N450波幅大于青年組，且潛伏期更長。Czernochowski等(2010)發(fā)現(xiàn)，中高任務(wù)難度下，老年組的N450波幅比年輕組的更大。但也有研究顯示老年組在沖突任務(wù)中的N450波幅減小(West & Schwarb,2006;West & Alain,2000)。Jongen和Jonkman(2008)的研究結(jié)果則顯示，知覺沖突水平上，N450的波幅隨年齡增大而降低，反應(yīng)沖突水平上，P450波幅在隨年齡增加上呈非線性變化。近年研究發(fā)現(xiàn)，不同年齡段在2-1反應(yīng)映射范式中表現(xiàn)出的N450波幅沒有顯著差異，但RI條件下，青少年的N450集中在右半球，青年組集中在左半球(Killikelly,& Sz?cs,2013)?？梢?，N450與認(rèn)知發(fā)展和認(rèn)知老化有關(guān)，且可能在不同沖突類型上有不同的變化模式和單側(cè)化效應(yīng)。

3 小結(jié)與展望

綜上，研究者用不同范式從不同視角對N450的特點(diǎn)和心理功能進(jìn)行了研究。明確的是，刺激呈現(xiàn)后300-500毫米左右，沖突條件下的N450波幅大于一致條件，波幅出現(xiàn)在額頂區(qū)域；它反映了沖突加工的能力，對學(xué)習(xí)困難、ADHD等臨床群體的認(rèn)知控制能力測量具有指標(biāo)性意義。但其所反映的具體心理功能，即反映知覺沖突還是反應(yīng)沖突，沖突監(jiān)測還是沖突解決，仍存在爭議。

首先，N450心理功能的研究中，對知覺沖突和反應(yīng)沖突、沖突監(jiān)測和沖突解決的界定模糊，對結(jié)果解釋存在過于主觀的現(xiàn)象，并且缺乏能更有效分離兩種沖突類型的實(shí)驗(yàn)范式、技術(shù)手段或統(tǒng)計(jì)分析方法，造成結(jié)論爭議較大?；蛟S正是實(shí)驗(yàn)方法的局限，導(dǎo)致難以全面地發(fā)現(xiàn)N450的心理功能，今后的研究需要找到更有效的范式，驗(yàn)證N450是否和知覺沖突與反應(yīng)沖突或沖突監(jiān)測與沖突解決都有關(guān)。而且，目前的N450都聚焦在同一感覺通道的干擾效應(yīng)上，未來有必要多從不同感覺通道的干擾上展開研究，從一個(gè)更整體和全面的角度對該成分作進(jìn)一步探討并提出相應(yīng)的理論解釋。

其次，N450沖突效應(yīng)背后的內(nèi)在心理機(jī)制還需進(jìn)一步探究。哪怕確定了N450的具體心理功能，這種沖突背后的加工機(jī)制又是什么？這是當(dāng)前研究還很少觸及的問題。Fan(2014)認(rèn)為，認(rèn)知控制的本質(zhì)并非沖突的監(jiān)測和解決，也不是對無關(guān)信息的抑制，而是對刺激情境中不確定性的解決以及對任務(wù)優(yōu)先性的確定。那么，N450又是如何體現(xiàn)不確定的解決和優(yōu)先性的確定的？N450在不一致條件下波幅更大，反映了什么樣的潛在加工機(jī)制，是個(gè)體在完成任務(wù)過程中的抑制效率問題，加工速度問題，還是不確定性運(yùn)算的問題？明確這些問題也可以為相應(yīng)的鑒別和康復(fù)訓(xùn)練帶來重要的參考價(jià)值。

最后，需進(jìn)一步深化和擴(kuò)展N450的應(yīng)用研究。目前N450已經(jīng)有了初步的應(yīng)用研究成果，需深入和擴(kuò)展應(yīng)用研究，為以N450作為不同群體的認(rèn)知控制能力指標(biāo)和不同應(yīng)用領(lǐng)域的參考標(biāo)準(zhǔn)積累證據(jù)，并明確其在應(yīng)用上的普遍性和特殊性。和其他腦電成分類似，N450存在共識，但在反映具體層面上的心理功能有爭議。隨著應(yīng)用研究的深入和擴(kuò)展，反過來也可檢驗(yàn)N450的心理功能，促進(jìn)對該腦電成分有更深入和全面的理解。未來應(yīng)進(jìn)一步探討N450波幅的增大或減小和不同特殊群體的認(rèn)知功能是什么樣的關(guān)系，這些關(guān)系模式具有普遍性還是特殊性，可否用N450來做臨床診斷或行為績效的預(yù)測。此外，目前N450在學(xué)習(xí)困難，多動(dòng)癥及認(rèn)知老化之外的領(lǐng)域應(yīng)用還不多。在其他與認(rèn)知控制關(guān)系密切的臨床領(lǐng)域，如網(wǎng)絡(luò)成癮、手機(jī)過度使用、沖動(dòng)控制障礙、強(qiáng)迫癥等領(lǐng)域，N450應(yīng)該有廣闊的應(yīng)用前景。