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学习成绩好坏的神经机制

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想像一下,如果高考时考生面对的不是白纸黑字的试卷,而是对着电脑做一些任务,同时脑袋上被贴上电极,记录他们的脑电活动。也许有一天,这样的场景就会成为现实。最新的研究发现,错误相关负波 (ERN),一个与错误监控和认知控制有关的脑电成分,可以预测一个人在大学的学习成绩。

被试要完成的任务很简单,就是以前经常提到的 stroop 任务 -____- 。实验中给被试呈现一系列表示颜色的词语,让被试判断字体颜色。而词语本身表示的颜色与字体颜色可能一致,如红;也可能不一致,如蓝。在不一致条件下,被试需要调动认知资源进行认知控制,抑制自己自动加工语义信息的倾向,而只靠颜色信息进行任务。

实验同时还记录被试的脑电信号。主要关心的脑电成分是在被试犯错误后 100 毫秒左右出现的负向成分,即错误相关负波 (error related negativity, ERN)。ERN通常被认为由前扣带皮层产生,反映了被试对行为表现的监控,以及对错误的检测。之前的一些研究已经发现,47% 的 ERN 的变异是由遗传因素决定的,因此可以把它看作一种人格特质一样的属性来看它是否可以预测个体的行为反应。

实验结果很清楚,学习成绩越高的被试,他犯错误之后的 ERN 反应也越高,两个的相关可以达到-0.4。另外一个相似的行为指标是,在被试犯错误之后的下一次反应中,被试的反应时会显著变慢。在这个研究中,学习成绩越高的人,在犯错误之后的下一次反应中反应时变慢的越多。

这个研究表明学习成绩的好坏与与错误的监控以及认知控制有很大的关系。用实验室中短短1个小时的实验就可以预测一个人在学校里的学习成绩,这是一个很有趣的结果。也许今后的考场上出现的将是各种古怪的认知任务和脑袋贴满电极的被试,而不是面对白纸黑字的试卷俯首狂书的考生。

当然,ERN强度与学习成绩之间的因果关系并不确定。也许是 ERN 强的人,他的错误监控与控制机制比较好,因此容易取得好成绩;但也可能是因为他学习很努力,取得了好成绩,同时努力学习也把 ERN 波形训练得更强。

更要注意的是,ERN 强度高不一定是好事,因为很多病人都会表现出更强的 ERN 反应。仔细想想这个,很有意思 :)

Hirsh, J., & Inzlicht, M. (2009). Error-related negativity predicts acade…

思考时请倒着走路

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Psychological Science 上的最新研究发现,倒着走路时有助于人更清醒的思考。当然,这里说的倒着走,指的是朝背后的方向走,而不是向欧阳峰一样手脚倒立。:)

    研究做的很简单,研究者要求被试向前、或向后、或向左、或向右走4步,随后对着在架子上可以跟着被试移动的电脑上完成 Stroop 任务。Stroop 任务是让被试说出屏幕上的单词的颜色。而单词表示的意义可能与和单词本身的颜色相同,如“蓝”,也可能不同,如“绿”。如果单词本身的颜色与意义表示的颜色不一致,则反应速度会变慢,这通常反应了被试要去抑制自动读出单词语义的趋势。

    结果发现,在读一致的单词时,被试的反应不受运动方向的影响。而在读语义与颜色不一致的单词时,向后走后被试的反应最快。

    为什么朝不同方向走了两步就会影响思维?这涉及到了最近很火的 Embodied cognition 。Embodied cognition 在国内很诡异的被翻译成了具身认知,让人听得一头雾水,实际上就是说人的思维或认知过程会受到身体的影响 (the nature of the human mind is largely determined by the form of the human body)。同时,一个特定的动作也可能与一种认知或情感状态相联系。其中研究最多的是趋向和逃避反应。比如研究已经发现,弯曲或伸展手臂会分别使人更倾向于喜欢或不喜欢的某一个东西。因为弯曲手臂涉及将东西拉向自己的动作,而伸展手臂涉及将东西推离自己。

    而这项研究表明了趋向和回避动作还会影响人的认知控制。因为回避动作通常和危险相联系,因此也就更容易触发认知资源的分配,从而促进思维以解决面临的困境。因此,当你遇到难题时,倒着走也许可以帮助你解决问题。

Koch, S., Holland, R., Hengstler, M., & van Knippenberg, A. (2009). Body Locomotion as Regulatory Process: Stepping Backward Enhances Cognitive Control Psychological Science, 20 (5), 549-550 DOI: 10.1111/j.1467-9280.2009.02342.x

MATLAB Toolbox for Functional Connectivity

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今天NeuroImage刚in press 的一篇文章 (doi),介绍了一个新的研究fMRI数据功能连通性 (functional connectivity)的工具箱 (MATLAB Toolbox for Functional Connectivity)。

    初步的扫了一下文章,这个工具箱针对的是已经定义好的若干区域之间的functional connectivity,不能做voxel-wise的分析,也不关注时间序列和其他因素的交互作用 (比如PPI)。不过在计算几个区域间functional connectivity的时候提供了很多种方法。对于整个时间序列,可以计算cross-correlation, cross-coherence, mutual information。而对于多于两个区域,还可以计算偏Partial cross-correlation/coherence/mutual information。对于事件相关序列,可以计算trial-by-trial的相关。对于有实验设计的fMRI序列,直接做correlation实际上意义不大。文章也提到了可以用残差序列或者低频滤波之后 (滤掉实验设计相关成分)的序列再进行functional connectivity分析。文章中还对各种方法进行了比较,有空要好好研究一下。

工具箱地址:http://groups.google.com/group/fc-toolbox

Zhou, D., Thompson, W., & Siegle, G. (2009). MATLAB toolbox for functional connectivity NeuroImage, 47 (4), 1590-1607 DOI: 10.1016/j.neuroimage.2009.05.089

Mr. Brain

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神经科学日渐流行,这一趋势也在影视剧中体现出来。比如很火的美剧 Lie to Me (别对我撒谎),以情绪研究的大牛 Paul Ekman 为原型。而作为脑科学研究也很发达日本,也出了一部 Mr. Brain (脑神探),也值得一看。

    据说这是一部偶像剧,可惜我对日剧不太熟悉。女主角绫濑遥演过“我的机器人女友”,还算是脸熟。而大神木村拓哉,我只能搜索了他以前的照片,才把他和以前的印象对应起来。

    不说偶像,说说剧里面的脑科学元素。编剧或者顾问似乎比较熟悉记忆方面的研究,剧里出现最多的脑区就是海马或海马旁回。记忆提取时会激活海马旁回,因此剧中一直把海马旁会的激活作为判断嫌疑人是否看过某一图片的证据。可是海马旁回应该是躺着的,可是剧中3维重建出来的海马结构是立起来的,看起来怪怪的。

    剧中看起来很亲切的东西就是MRI。估计是为了拍摄需要,机器做成上下两个圆盘,这样可以拍到演员在机器中的动作。而真实的MRI机器是把人放在圆柱形的洞里边,有幽闭恐惧症的病人还不能进行MRI扫描。MRI可以用来扫大脑结构像,也可以测量大脑的局部血流量,作为大脑神经活动的测量指标。比如刚才说的对比嫌疑人再看熟悉图片和陌生图片时的脑血流差异,就可以发现涉及记忆提取的海马旁会的激活。虽然现在的技术远没有达到让被试看一幅图像就能得到可靠的海马旁会的激活,但是总体的思路还是比较靠谱的。:)

    当然,剧中还有一些小bug。比如第3集中,女医生头部损伤。医生说损伤了威尔尼克区,可是片子显示的是前颞叶。最后给女医生看未婚夫的照片,说是激活了杏仁核,可是片子上显示的红色区域分明是在脑室(见右图)。

    总之这部剧还算比较靠谱,看多了美剧的朋友们可以换换口味了。:)

女人是老虎

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记得去年的一篇文章 (doi)发现男性在见到金发美女时智商会下降。现在又有一篇文章,发现男性在和女性交流后认知能力会下降。看来“女人是老虎”,男士们要小心了......

    在实验一中,40名男性被试被分配与一名男性或女性实验助手交流7分钟。在交流的前后,被试各完成一次 2-back 任务。2-back 任务就是给被试呈现一系列的刺激,比如字母,然后要被试判断当前一个字母与之前第2个字母是否相同。这个任务需要被试在工作记忆中不断更新和保持一定数量的字母,是测试工作记忆的一个常用范式。结果发现,男性被试在与女性助手交流后 2-back 任务的反应时要显著慢于与男性实验助手交流后的反应时。而且根据被试对女性助手吸引力的评分,还发现被试对女性助手吸引力评分越高,则之后的反应越慢。

    在实验二中还包括了女性被试。这样研究者将被试随机分成同性或异性配对进行交流。同样在交流的前后让被试分别完成一种认知任务 (Simon task)。结果如图显示,女性的认知任务成绩不受和同性或异性交流的影响;而男性被试在于异性交流后认知任务会显著变慢。

    研究者认为,男性在于异性交流时需要更多的自我表现,以给对方留下好印象。由于这种高水平的自我表现占用了认知资源,所以就会在接下来的认知任务中成绩下降。有意思的是,不管男性被试是单身还是处于恋爱中,认知功能的下降都是一样的。当然,这样的结果以及解释可能与被试群有关。参加实验的被试是平均年龄20岁的大学生,因此在与陌生女性交往的时候可能更想给对方留下好印象,但如果是成熟的成年人也许就没有这种效应出现了。

    其实对这样的结果,解释也很多。比如也许男性被试与女助手交流得太兴奋了,所以才会在接下来的实验中反应变慢。个人觉得在测量一个人的认知能力时,反应时实在不是一个好的指标。也许需要找到更好的测量指标才能使结果更令人信服。而且只凭一两个简单的任务就下结论认知功能下降这也是不适合的。这就好像被试把手在热水里多放了一会就说被试更能抵御疼痛一样,有点过度解释了实验结果之嫌。不管怎样,对这样的研究就当成娱乐吧。


Karremans, J., Verwijmeren, T., Pronk, T., & Reitsma, M. (2009). Interacting with women can impair men’s cogni…

研客——Research Blogging中文版

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写blog已经5年了,究竟该写点什么我一直在思考。初衷是想记录一些对研究的思考,整理思路。科学松鼠会出现後,也想过写一些科普的文章。但总感觉松鼠会的文章活泼幽默有余,严谨性有些不足。更主要的是,一般科普文章大多是介绍已经公认了的科学理论,而不太可能绘声绘色的讲最新的研究报告。而放眼中文博客圈,真正介绍最新研究进展的博客非常有限,科学新闻里对最新研究的报道大多来自国外报道和博客的翻译。比如我对心理学最新研究进展的了解,大都来自于国外的科学博客,比如 BPS Research Digest
    英文博客圈不仅有很多优秀的科学博客,而且还有很好的博客组织,比如Research Blogging。如果看过 BPS Research Digest ,就会注意到博文上会有一个绿色对号的图标。这就表示这篇博文加入了 Research Blogging 。Research Blogging 的目的是介绍最新的经过同行评审的学术论文。首先是最新的研究,有很强的时效性。其次必须介绍经过同行评议 (peer review)的文章,这就能可靠性。
    现在,Research Blogging 的中文版——研客就要推出了。研客的工作方式可以看这篇文章。对于每个blogger来说,只要你写了一篇介绍最新研究文章的博文,就可以在博文中加上一段代码。研客系统会自动识别文章,并聚合在研客主页上显示。在研客的页面上只会显示博文标题、简介和介绍的文章,点击会自动跳转到你自己的博客。这样通过研客可以向更多的人介绍和分享你的博客。

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