深圳大學(xué)心理學(xué)院何振宏助理教授課題組聯(lián)合曼徹斯特大學(xué)、劍橋大學(xué)等國(guó)內(nèi)外學(xué)者，在國(guó)際權(quán)威期刊Advanced Science（2024年Impact Factor=14.1）發(fā)表了題為“Dynamic Neural Deactivation Bridges Direct and Competitive Inhibition Processes”的研究論文。該論文綜合運(yùn)用多模態(tài)神經(jīng)影像技術(shù)(fMRI與EEG)、神經(jīng)調(diào)控技術(shù)(cTBS)以及動(dòng)態(tài)因果模型等多種前沿分析方法，系統(tǒng)探究了直接抑制與競(jìng)爭(zhēng)性抑制這兩種核心認(rèn)知功能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，并揭示了它們共享一個(gè)以“動(dòng)態(tài)神經(jīng)失活”為特征的通用神經(jīng)機(jī)制。

研究背景

你是否有過(guò)這樣的經(jīng)歷：身處嘈雜的派對(duì)，卻能專(zhuān)注于朋友的交談，對(duì)周?chē)男鷩獭奥?tīng)而不聞”；或者在繁忙的街頭，能夠?qū)⒛抗怄i定在目標(biāo)店鋪，對(duì)紛繁的景象“視而不見(jiàn)”。這種能力被稱(chēng)為“抑制控制”， 是認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中的一個(gè)基本概念，它通過(guò)篩選或抑制無(wú)關(guān)信息，幫助人類(lèi)在復(fù)雜環(huán)境中高效處理信息。抑制功能通常被分為兩大系統(tǒng)：一是競(jìng)爭(zhēng)性抑制，即優(yōu)先處理目標(biāo)信息而忽略干擾（如在嘈雜環(huán)境中專(zhuān)注于某個(gè)人的講話(huà)） ；二是直接抑制，即主動(dòng)阻止對(duì)特定刺激的處理（如壓抑不想要的想法）。傳統(tǒng)上，學(xué)界將這兩種抑制機(jī)制視為功能獨(dú)立的過(guò)程，并分別研究其神經(jīng)基礎(chǔ)。然而，新興證據(jù)表明兩者在認(rèn)知控制機(jī)制和結(jié)果上存在重疊，暗示其可能共享一個(gè)通用的神經(jīng)架構(gòu) 。盡管已有研究描繪了其重疊的神經(jīng)空間模式，但其時(shí)間動(dòng)態(tài)——即抑制過(guò)程中的神經(jīng)活動(dòng)如何隨時(shí)間演變——仍然是一個(gè)尚未探索的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

研究方法

本研究通過(guò)四個(gè)環(huán)環(huán)相扣的實(shí)驗(yàn)，對(duì)272名健康成年人的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)一（fMRI）：采用功能磁共振成像技術(shù)，設(shè)計(jì)了平行的聽(tīng)覺(jué)與視覺(jué)抑制任務(wù)，并使用共同激活分析（Conjunction Analysis）來(lái)識(shí)別不同抑制策略（直接抑制、分心、抽離）在跨感覺(jué)模態(tài)下的共同神經(jīng)基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)二（EEG）：采用高時(shí)間分辨率的腦電圖技術(shù)，通過(guò)變化點(diǎn)分析（Change-point analysis）等方法，精準(zhǔn)描繪抑制狀態(tài)下的神經(jīng)振蕩特征，并定位神經(jīng)動(dòng)態(tài)模式發(fā)生轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)間邊界。

實(shí)驗(yàn)三（fMRI）：通過(guò)對(duì)比主動(dòng)抑制、主動(dòng)專(zhuān)注以及被動(dòng)信息剝奪（如聽(tīng)取雜亂音頻、閉眼）三種狀態(tài)，檢驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)動(dòng)態(tài)模式的特異性與普遍性。

實(shí)驗(yàn)四（cTBS-fMRI）：采用連續(xù)θ脈沖刺激（cTBS）這一神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，對(duì)抑制控制的關(guān)鍵腦區(qū)——背外側(cè)前額葉皮層（DLPFC）進(jìn)行暫時(shí)性干擾，以直接檢驗(yàn)“動(dòng)態(tài)神經(jīng)失活”在抑制行為中的因果作用。

研究綜合運(yùn)用了動(dòng)態(tài)因果模型（DCM）、多變量模式分析（MVPA）和表征相似性分析（RSA）等多種計(jì)算方法，從不同維度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入挖掘。

圖1.本研究的整體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與概念框架

研究結(jié)果

研究發(fā)現(xiàn)，直接抑制與競(jìng)爭(zhēng)性抑制共享一個(gè)“以失活為主導(dǎo)”的時(shí)間動(dòng)態(tài)模式。①“先激活，后失活”的動(dòng)態(tài)特征：在抑制的早期階段（約0-3秒），額頂葉控制網(wǎng)絡(luò)（DLPFC/PPC）被激活；而在后期階段（約3-6秒），該網(wǎng)絡(luò)的激活水平逐漸下降，同時(shí)感覺(jué)皮層（聽(tīng)覺(jué)/視覺(jué)皮層）的失活水平則進(jìn)行性加深。抑制行為表現(xiàn)越好，感覺(jué)皮層的這種動(dòng)態(tài)失活就越顯著。

②因果關(guān)系驗(yàn)證：cTBS對(duì)DLPFC的抑制性刺激，顯著削弱了感覺(jué)皮層的動(dòng)態(tài)失活過(guò)程，并直接導(dǎo)致了抑制任務(wù)表現(xiàn)的下降 。中介效應(yīng)分析證實(shí)，DLPFC正是通過(guò)驅(qū)動(dòng)感覺(jué)皮層的動(dòng)態(tài)失活來(lái)實(shí)現(xiàn)其抑制功能，證明了該機(jī)制的因果性。

③機(jī)制的普遍性：該“失活主導(dǎo)”模式不僅跨越聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)模態(tài)，并且被證實(shí)是大腦應(yīng)對(duì)各類(lèi)“低加工需求”場(chǎng)景的通用策略。當(dāng)被試被動(dòng)接受無(wú)意義信息時(shí)，大腦也呈現(xiàn)出類(lèi)似的動(dòng)態(tài)失活模式；而當(dāng)被試高度專(zhuān)注時(shí)，大腦則呈現(xiàn)出完全相反的激活模式。

核心機(jī)制：抑制如何實(shí)現(xiàn)“信息模糊化”

以往的研究證實(shí)，持續(xù)的抑制過(guò)程會(huì)導(dǎo)致信息加工的逐步減弱，最終造成信息內(nèi)容的降解或丟失，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為“信息模糊化”。本研究不僅在行為層面觀(guān)察到抑制導(dǎo)致了從感知、理解到記憶的多階段認(rèn)知能力下降，更首次從神經(jīng)表征的層面，直觀(guān)地揭示了大腦實(shí)現(xiàn)“信息模糊化”的內(nèi)在機(jī)制。

研究運(yùn)用了表征相似性分析（RSA）這一前沿解碼技術(shù)。RSA分析結(jié)果顯示，在自然狀態(tài)下，大腦對(duì)不同刺激特征（如情緒效價(jià)、喚醒度、信息量等）會(huì)產(chǎn)生清晰、可區(qū)分的神經(jīng)活動(dòng)模式，在表征矩陣上呈現(xiàn)為高度結(jié)構(gòu)化的彩色圖案。然而，一旦進(jìn)入主動(dòng)抑制狀態(tài)，這些原本清晰的神經(jīng)表征模式便被顯著“解耦”，結(jié)構(gòu)化的圖案迅速變得混亂無(wú)序，趨近于隨機(jī)噪音。這表明，大腦通過(guò)主動(dòng)抑制，有效“模糊”了輸入信息的神經(jīng)“指紋”，使其難以被清晰地識(shí)別和加工。

神經(jīng)表征的模糊化，直接導(dǎo)致了大腦解碼信息能力的下降。這一點(diǎn)，在多變量模式分析（MVPA）中得到了進(jìn)一步的印證。研究訓(xùn)練了一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)分類(lèi)器（就像一個(gè)“讀心”算法）來(lái)區(qū)分高、低強(qiáng)度的信息特征。結(jié)果顯示，在自然狀態(tài)下，分類(lèi)器可以精準(zhǔn)地從大腦活動(dòng)模式中解碼出這些信息。然而，在抑制狀態(tài)下，分類(lèi)器的解碼準(zhǔn)確率顯著下降，幾乎回到了隨機(jī)猜測(cè)的水平。

這一系列發(fā)現(xiàn)共同揭示了“信息模糊化”的神經(jīng)本質(zhì)：抑制功能并非簡(jiǎn)單地在下游“攔截”信息，而是在信息編碼的源頭——感覺(jué)皮層，通過(guò)主動(dòng)降低神經(jīng)表征的清晰度和可辨識(shí)度來(lái)發(fā)揮作用。

研究結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，不同類(lèi)型的抑制功能最終都通過(guò)一個(gè)共同的“動(dòng)態(tài)神經(jīng)失活”機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了將抑制簡(jiǎn)單視為“持續(xù)激活控制中樞”的傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)，將“神經(jīng)失活”重新定位為抑制功能的主導(dǎo)性核心機(jī)制。大腦通過(guò)一種前饋式的信號(hào)衰減，而非持續(xù)的資源投入，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的有效過(guò)濾。該機(jī)制作為一種通用的、高效節(jié)能的神經(jīng)策略，被大腦廣泛應(yīng)用于各種低信息加工需求的場(chǎng)景中。這些發(fā)現(xiàn)不僅為理解認(rèn)知控制的統(tǒng)一神經(jīng)基礎(chǔ)提供了全新的理論視角，也為未來(lái)針對(duì)相關(guān)精神與神經(jīng)障礙的干預(yù)提供了重要的參考。

深圳大學(xué)心理學(xué)院為該論文第一完成單位，我院何振宏助理教授為該論文的第一作者，曼徹斯特大學(xué)Rebecca Elliott教授為通訊作者。劍橋大學(xué)英國(guó)皇家科學(xué)院院士Barbara Sahakian教授為該論文重要作者之一。論文的構(gòu)思與研究邏輯得到了同為英國(guó)皇家科學(xué)院院士的Trevor Robbins教授的指導(dǎo)。兩名科研助理——杜一帆老師（第二作者）與楊云凱老師均對(duì)論文做出了重要貢獻(xiàn)。該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金，深圳市優(yōu)秀科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)項(xiàng)目，深圳市新引進(jìn)高精尖缺人才科研啟動(dòng)費(fèi)，以及深港腦課題資助。

論文鏈接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202506833