2019年2月15日，北京大学心理与认知科学学院吴艳红课题组在NeuroImage在线发表论文Anterior insular cortex is a bottleneck of cognitive control。该研究综合采用了功能性磁共振成像实验和脑损伤病人的行为测试，揭示了认知控制容量的神经机制。研究发现前岛叶(anterior insular cortex)作为认知控制网络的瓶颈脑区，对个体的认知控制容量起到了决定性的作用。

认知控制是人类认知中协调心理操作和行动的核心过程，其神经基础是大脑中的认知控制网络(cognitive control network, CCN)，包括额顶子网络（包括前眼野和顶内沟等区域）和扣带回-额盖子网络（包括前扣带回和前岛叶等区域），以及皮层下区域（包括丘脑、尾状核和基底神经节等区域）。认知控制系统在单位时间内能处理的信息量，即认知控制容量（Cognitive control capacity, CCC），是有限的。基于信息论框架，已有研究发现人类认知控制容量约为3-4比特/秒，但决定认知控制容量的神经机制尚不明确。本文作者提出，认知容量可能是被认知控制网络中的某个瓶颈区域或子网络所限制的。当需要同时处理的信息超过了该区域可用的资源上限时，无法及时处理的信息就会丢失，从而造成处理准确程度的下降。由于“木桶效应”的存在，整个网络的处理效率会被这一瓶颈区域所限制。该瓶颈区域很可能是大脑网络中的枢纽，可能由于同时参与了多种相互竞争的加工过程而导致本身资源紧张。本文作者认为前岛叶是认知控制容量瓶颈脑区的最佳候选者，因为它是大脑中的整合枢纽：基于该脑区与大脑中其它区域的广泛解剖连接，前岛叶参与了接收来自各种感觉通道和多个认知领域的信息的过程，并将这些信息进行整合后重新表征成高级的抽象概念。

吴艳红课题组和纽约市立大学皇后学院的范津教授以及北京天坛医院的高之宪主任合作对这一解说进行了严谨验证。研究团队采用后掩蔽多数函数任务来操纵认知负载（即需要处理的信息率）。在任务中，被试需要在一定时间内判断一组朝左/右箭头（5个）中多数箭头的朝向。研究者通过变化信息量（不一致箭头的比例）和呈现时间来操纵每个试次的信息率（信息率=信息量/呈现时间）。基于认知负载和反应正确率下降间的关系，个体的认知控制容量可以通过计算建模的方法来估计。功能性磁共振成像研究结果发现，认知控制网络各个区域的活动随着认知负载的增加而单调增加。当认知负载上升到一定程度时，右侧前岛叶的活动首先达到平台期，并伴随反应正确率的下降。同时，基于个体差异的分析发现右侧前岛叶的激活水平跟个体的认知控制容量存在显著相关。脑损伤病人研究发现，单侧岛叶损伤的病人表现出显著的认知控制容量的损伤。

复杂网络分析发现，前岛叶是认知控制网络的枢纽节点。对前脑岛的模拟损伤会导致认知控制网络的全局效率降低。这些结果表明，作为认知控制网络的关键枢纽，前侧岛叶皮层在认知控制加工中发挥了重要的瓶颈作用。

纽约市立大学皇后学院的吴婷婷博士，北京天坛医院的王兴朝博士，和北京大学心理与认知科学学院毕业生吴琼博士为论文的共同第一作者，吴艳红教授、高之宪博士和范津教授为论文的共同通讯作者。该研究由美国国立卫生研究院国家精神卫生研究所、中国国家自然科学基金和北京市医院管理局青年人才培养“青苗”计划资助完成。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811919301387

2019-06-10