科研进展
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  • 万小红课题组在《Plos Biology》发表关于元认知神经系统的研究成果
     
            5月3日,PLOS Biology正式在线发表了北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室万小红课题组关于元认知神经系统的研究成果。

            “知之为知之,不知为不知,是知也。”——孔子

            对自己的行为,认知与思维过程进行评价与反省,并进行改正是提高自己的重要学习方式。虽然环境或他人的反馈信息可以帮助我们改正,很多时候即使没有反馈信息,也可以通过自己内省的方式进行改正。对自己认知过程的自我监视和控制,被称为“元认知”——有关认知的认知。虽然元认知这个概念和策略在发展教育等领域中被广泛应用,但是对元认知神经机制的了解还非常有限。最近,脑科学领域开始研究元认知的神经机制。主要集中对感知觉或记忆有关决策的自信度的神经活动的表征。如对呈现的人脸或单词是很自信刚才见过了,或不是很确定见过。研究发现有很多脑区会和自信度的强弱相关,甚至在猴子和小鼠上也有和自信度相关的脑区。然而,因为决定决策的感知觉信息的强弱也决定自信度的强弱,因此,有些研究认为参与决策与参与元认知的脑区是完全重合,就如硬币的两面一样。然而,决策的实际正确率和主观评价的自信度往往出现分离,并且,干扰前额叶的某些脑区会影响自信度的评价,但不会对决策本身产生影响。这些研究说明元认知与前额叶相关,并与感知觉与记忆的决策分离。因此,到目前为止,对元认知神经机制的理解还存在很大争议。

            以往的研究都是采用单次决策与自信度的评价,因为两者高度相关,所以不好区分决策与元认知过程。为了区分这两个过程,设计了一个新的实验范式——“决策-再决策”。让被试做完第一次决策与自信度的评价后,再对同一问题进行第二次决策与自信度的评价。与第一次的决策相比,第二次的决策过程更多地依赖元认知过程,在第一次决策的基础上进行改  正。因此,比较前后两次决策过程能够区分决策与元认知的神经活动过程。让被试在做感知觉的判断(随机点的运动方向)或至于规则(数独)任务时 (图1),通过核磁共振仪扫描大脑的神经活动信号的变化。大脑神经活动的变化会引起核磁图像信号的变化。前额叶的一些脑区更多地在第二次决策的时候激活,并且其激活程度与前面第一次决策的自信度成反比。也就是说前面的决策越不确定,在第二次决策的时候这些前额叶的脑区激活更强。这些前额叶的激活模式在两个任务中完全一致。进一步,前扣带皮层(dorsal anterior cingulate cortex: dACC)的脑区激活强度和被试对不确定性的敏感程度(一种元认知的能力)相关,而额极叶(forntopolar cortex:FPC)的脑区激活强度和被试的正确率的提高(另一种元认知的能力)相关。因此,元认知的神经系统中参与监视功能的脑区(前扣带皮层)与参与控制行为调节的脑区(额极叶)是分离的。

     


    图1. 随机点方向的判断任务(左)与数独(右)任务

            该研究借助新的实验范式,成功地把参与对决策监视与控制的元认知神经系统与参与决策本身的神经系统分离,并且进一步对元认知神经系统的监视神经子系统与控制子系统分离。第一次系统地刻画了人的元认知神经系统 (图2)。进一步对元认知神经系统的理解将帮助在教育中如何提高学生的学习能力;帮助了解对一些不能很好监控自己行为与思维的精神疾病(如精神分裂症,强迫症等)的机理;并且为实现有自我意识的人工智能提供理论参考。
     

    图2. 元认知神经系统结构示意图

            该研究以北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室万小红课题组的邱丽容博士生,苏杰博士生,倪荫梅博士生为共同第一作者,北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室白洋博士和李小俚教授为共同作者。该研究获得基金委面上项目(No. 31471068)和科技部重点研发(No. 2016YFE0129100)等资助。
     
    Lirong Qiu, Jie Su, Yinmei Ni, Yang Bai, Xuesong Zhang, Xiaoli Li, Xiaohong Wan. The neural system of metacognition accompanying decision-making in the prefrontal cortex. PLOS Biology, 2018 16(4):e2004037

    https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2004037