在前不久举行的“TCCI-neurochat神聊2022”会议上,西达赛奈医学中心的付钟正博士跟大家分享了自己近期发表在《科学》上的一篇文章,主要关于自我检测和自我控制的神经机制。在会议期间,观众留下了针对该报道的一系列精彩的问题。对此,追问编辑团队精选了有待回答的问题,并对相关问题进行了进一步的追问。以下为具体文字内容,欢迎阅读转发。

付钟正：本科毕业于香港大学物理系,并于加州理工学院获得控制与动力系统博士学位。目前以博士后研究员身份就职于美国洛杉矶西达赛奈医学中心,兼任加州理工陈天桥神经科学访问研究员。主要研究方向为认知控制的神经回路,计算学基础,长期致力于研究认知控制的表征逻辑,学习调控,以及在不同任务之间泛化的机制。其成果以第一和通讯作者身份发表在《Neuron》、《Science》等杂志。

Q:请简单介绍下您目前的研究领域,以及您选择该领域的原因。

付钟正:我们每个人都有目标,但是把抽象的目标变成具体行动,这个过程不简单。认知控制,也叫执行控制,是指一套把目标变成行动的高级认知机能。涉及到认知系统如何去处理和管理其他认知过程,以及管理我们的情绪。

认知控制包括三大部分,第一,目标的选择(selection),代表(representation)还有维持(maintenance)。第二,动作选择。当我们要完成一个任务达到一个目标时,需要选择能够将抽象的目标完成的具体动作,然后把这些动作排序,按部就班完成以达到目标。一个目标可以由多个不同的动作组合起来完成。第三,行为监测。我们需要实时监测目标完成好坏或完成与否。举个例子来说,如果目标是泡一杯咖啡,那相对应的动作是磨咖啡、烧开水加水、加糖、加牛奶这几个动作的顺序和组合,需要互相协调,同时我们必须实时检测动作是否完成,因为后一个动作往往取决于前一个动作的执行情况。当你检测到错误,也就是目标没有被执行,执行失败,你才能改进。这三个部分缺一不可。

目标执行过程中,我们常常会受到各种各样的干扰。这些干扰可能是内部的,比方说我们以前形成的习惯,侵入式思维,等等;也有可能是来自外部的干扰,比方说旁边的人在打电话、环境噪音等等。我觉得大家可能都会有这样的经历,就是特别习惯于刷手机、刷朋友圈、抖音。这样的习惯,就很容易干扰我们的思绪。

为了我们能够完成手头要干的事情,我们需要克服所有以上的干扰。这个克服干扰的机制,也是认知控制很重要的一部分。我们的大脑能够去检测这些干扰,检测到干扰和冲突以后,就能够把注意力更好地集中到手头工作,或者去抑制干扰的源头。当干扰太强实在抑制不住,那我们可能就会出错。如果我们在路上开车副驾突然大声尖叫,可能会导致我们对方向失去控制酿成车祸,这也是我们对自己的行为控制被外界干扰产生严重错误的一个案例。

然有目标就去执行看似简单平时几乎感觉不到这个重要技能的存在,但如果这个机能因为脑损伤或者其他原因被损坏,会对日常生活造成很大的影响。神经科学里很多认识发现都是研究脑损伤病人的大脑发现的。比如有些病人额叶某些部分损伤,尽管可以理解你让他做什么,甚至可以复述你让他做的事情从而形成抽象的目标,但是他目标和具体行为出现了严重的脱节,导致他的行为很容易被习惯所垄断。小孩子的认知控制机能还没有成熟,目标和行为失控出现的情况较为普遍。你和孩童说不能把玩具乱扔,他们可以很好地重复这个命令,但是,具体能不能做到则是另一回事。

我选择这个领域的最主要原因是觉得这个领域很有意思、很有挑战性,同时和我们现代人生活方方面面有关,另外也和很多精神类疾病有联系。我们这个时代,每个人都被信息轰炸,有各种各样的信息干扰——尽管信息丰富,使我们懂得更多是个好事;但太多干扰会让我们完成目标和工作的质量下降,时间上升,也会让大家很容易处在一种焦虑感当中。我自己也有这方面的经历,所以我想研究和搞清楚背后的机制。

Q:目前我们对于认知控制有哪些理论依据?哪些大脑脑区参与到认知控制?

付钟正:提到认知控制,不得不提到的一个脑区就是扣带回。这个脑区表征了很多不同的信号,包括冲突、错误、奖赏、决策等,都能找到对应的信号,这些信号和认知控制息息相关。

很多神经科学家致力于提出理论框架整合这些不同的信号。Jonathan Cohen、 Matthew Botvinick等人提出一个比较出名的理论,这个理论认为扣带回监测动作选择当中产生的冲突状态,如果冲突超过一定水平,扣带回会召集其他脑区,包括背外侧前额叶皮层、运动皮层等,参与到降低反应冲突。这个理论进而认为,扣带回的各种信号其实本质都反映的是选择和信息的冲突。这个“冲突监测理论” (conflict monitoring theory)的优势是提供了很确切的计算原理 (computational principles),所以比较容易证伪。我们的人单神经元数据,提供了很好的支持,我们可以找到冲突代表的神经元。但是我们的数据也表明,至少错误信号是和代表冲突的神经元是分开的。所以,冲突监测作为一个广义理论是不足的。

这个理论的升级版是“期望控制价值”理论,这个理论承认冲突只是扣带回监测的一种信号。扣带回的运算更广义的来说是学习、决策什么行为值得使用自我控制。自我控制是有一个内在的成本函数——思考是一个费心力的事情,一个行为必须要带来收益、奖赏,才能去抵消这个成本。扣带回则是通过对奖赏的监测去做一个“成本效益分析”。不过目前来说我们还不清楚这个成本控制的具体机制。

还有个方向是从控制理论的角度出发去理解认知控制。控制理论提供了丰富的工程学上的知识,去设计控制器和控制的机制让被控制的物理系统能够高效稳定的达到我们想要的状态。其实认知控制也可以这么被理解,只不过,对象不是物理动力系统而是神经动力系统。我接下来会发表的一篇综述将更具体的总结这些概念。

另一个方向是第一个理论更具体的延申,就是从脑网络的层面去研究理解控制。毕竟,神经系统的计算单元是单神经元,控制可以理解成改变单神经元的活动,通过其他神经元或者神经调节。

目前来说,研究证实主要是prefrontal cortex,basal ganglia,thalamus等脑区参与到认知控制的过程。

Q:我们如何选择适合自己的目标?

付钟正:首先,目标肯定需要自己能够“够到”——如果目标定的太高无法完成自然不好,但是定得太低轻而易举就完成也不好,所以需要结合实际和自己能力去制定目标。每个人的能力不一样,所需要的策略也不一样。

最好是能够超越自己舒适区一点,然后循序渐进,做好计划,按部就班执行以达到目标。同时,可以借助现代科技,比方说打开手机提醒,把自己的目标写下来让软件去提醒我们,让目标变成习惯,借助习惯的力量来完成目标。

尽管这个过程可能有痛苦,但是往往能让我们发展变好的目标,都是在舒适区之外。

Q:在我们制定目标后,我们如何确定并坚定执行行动促使自己达到指定的目标?

付钟正:我觉得主要的因素就是不要让情绪过多地影响自己。目标执行过程中往往容易出错或让人产生畏难情绪。出错以后会很自责,但这样的情绪会干扰我们进行下一次的尝试。我感觉情绪是最大的敌人,所以要时刻提醒自己这一点。

Q:有哪些影响认知控制的因素?游戏、电影等是否会降低我们认知控制的能力?“奶头乐”战略有可能削弱人类的认知控制吗?

付钟正:这个问题问得很好,也比较有争议性。其实我们为什么会分心?因为我们手头处理的工作他不能马上带来奖赏,不能带来及时愉快的体验。

比如我们写论文,文章需要修改润色,还需要将审稿人的意见完满回答,最后才到付印见刊,这个过程很漫长,尽管最后的奖赏很大,但是其中很多环节是很痛苦的,从而会削弱我们的认知控制。

游戏、朋友圈等等,他们提供的奖赏是非常强烈而且即时的,满足了我们好奇心,也让我们感官上得到很大的冲击和满足。所以我们往往是被这些能够提供即时奖赏的行为所干扰。如果经常去执行这些即时奖赏行为,可能会让我们越来越习惯于这种行为带来的奖赏,从而更难去处理和完成奖赏延迟的行为。

但是,对于人类来说,娱乐还是需要的,很多游戏也可以帮助锻炼人的反应能力和应变能力。我觉得游戏本身可能不会降低认知控制,但游戏可能会让我们上瘾。认知控制存在个体差异性,如果控制不住自己就可能被游戏控制。对于本身认知控制很强的人,游戏可能就是一个娱乐放松的机会,和平常的工作相得益彰。

在现在这个时代,资讯泛滥同时移动数据的发展使得信息触手可及,使得我们时时刻刻都受到干扰,另外加之很多广告商用算法的方式,让信息最大化地给人带来感官刺激,夺取我们对自己注意力的控制,这就使得我们的注意力往往被夺走。而每次我们注意力被夺走,重新转移回我们手头的工作都需要反应时间,我们需要重新去整理思绪,把要处理的信息挪回我们的工作记忆,这个本身需要消耗精力也耗费时间,这个心理学上称之为“switch cost”。当我们手头的工作做不完肯定也会产生焦虑的情绪,然后又继续娱乐逃避工作,这就形成了恶性循环。

Q:有没有一些建议给到正在经历重要事件的人们,有哪些方法可以提高人们的认知控制能力?

付钟正:我觉得可能比较有效的方法是借助外部力量。比如手机可以安装软件记录玩游戏的时间,同时也可以后台限制某些软件的使用等等。

另外就是,从更高的层面观察自己。需要我们认知控制的事情,往往让我们感觉到“难”——但是难仅仅是一种感觉,感觉“难”其实是一个好事,越难,说明我们越有可能在克服自己,让自己变好。

Q:认知控制可以为哪些精神障碍类患者带来治疗的契机?

付钟正:很多精神疾病都涉及认知控制机能损坏。强迫症,就是个很典型的例子。患者明明从知识层面知道自己的手已经洗干净,并且尽管知道洗手这个行为很累带来的不是愉悦感而是痛苦,但是患者还是会不停洗手。有一种观点认为,强迫症可能涉及到错误信号的过度激活,和扣带回神经机制异常有关系。在现代医术里,非常严重的强迫症可以通过手术破坏扣带回而得到缓解,但这种方式毕竟破坏了脑区所以也损坏了大脑其他的一些功能。

另外认知控制也和多动症有关。多动也是一个很普遍的疾病,多动孩童学业很难很好完成,孩子的潜力也很难完全发挥,这也和自我控制机制失调有关系。

深刻地发掘出自我控制的机制,可以让我们研发出更有针对性的药物帮助进行神经调节,还可以通过行为学疗法,帮助这些患者。

Q:您未来的研究重点是什么?

付钟正:未来我会将研究重点放在神经元活动的层面上以及人自我控制能力的体现,包括人与人的自我控制差异到底在哪里?另外我也想寻找神经调节的方法从而提高人的自我控制能力。

（责编：张扬）