工作记忆与感知交互中的灵活自上而下控制机制研究

作者及发表信息
本研究由Chunyue Teng（威斯康星大学麦迪逊分校精神病学系）、Jacqueline M. Fulvio（威斯康星大学麦迪逊分校心理学系）、Jiefeng Jiang（爱荷华大学心理与脑科学系）和Bradley R. Postle（威斯康星大学麦迪逊分校精神病学系与心理学系）合作完成，发表于2022年10月的《Journal of Vision》第22卷第11期。

学术背景

科学领域与背景知识
研究聚焦于认知神经科学中的工作记忆（Working Memory, WM）与感知（Perception）的交互机制。已有理论认为，WM与感知共享认知与神经资源（如视觉皮层中的重叠表征），且WM内容会自动影响感知加工（如注意捕获），但这种交互是否受自上而下控制（Top-Down Control）调控尚不明确。经典冲突任务（如Stroop、Flanker任务）表明，认知控制可分为主动性控制（Proactive Control，预期性调整）和反应性控制（Reactive Control，冲突后抑制），但此类研究多关注反应选择冲突，而非WM与感知的刺激表征冲突。

研究目标
本研究旨在验证：(1) WM-感知交互是否受双重控制模式调控；(2) 冲突是否引发类似经典任务的适应性调整；(3) 反应性控制是否通过抑制干扰刺激的表征来优化WM回忆。研究通过双任务范式（WM定向回忆任务+感知定向辨别任务），结合计算建模（基于强化学习的灵活控制模型，FCM），为WM-感知交互的控制机制提供统一框架。

研究流程

实验设计
研究包含两个实验，核心范式为延迟回忆-感知双任务：
1. 实验1：
- 对象：46名健康成人（平均年龄38.5±9.4岁），通过亚马逊Mechanical Turk招募。
- 任务流程：
- WM任务：记忆中央呈现的Gabor斑块（备忘录，Memorandum），延迟后通过鼠标拨盘回忆其朝向。
- 感知任务：在WM延迟期间呈现另一Gabor（辨别刺激，Discriminandum），要求快速判断其倾斜方向（左/右按键）。
- 关键操纵：备忘录与辨别刺激的朝向一致性（Congruity）（50%一致，50%不一致，不一致时相差35°或75°）。
- 数据分析：
- 主动性控制：通过Gratton效应（前一试次一致性对当前试次表现的影响）评估。
- 反应性控制：通过序列依赖性（Serial Dependence）分析（前一试次辨别刺激对当前试次WM回忆的吸引/排斥效应）及回忆精度变化评估。
- 计算模型：采用FCM量化控制预测误差（Control PE）和预期冲突（Predicted Conflict），分别对应反应性与主动性控制强度。

1. 实验2：
   
   • 对象：47名成人，任务修改为形状辨别（圆形/方形覆盖Gabor），使Gabor朝向与任务无关。
     
   • 目的：验证实验1的排斥性偏差是否源于任务相关的反应性抑制，而非被动感知适应。
     

主要结果

1. 主动性控制的证据：

   • Gratton效应：不一致试次后，当前试次的一致性效应（一致vs不一致的反应时差异）显著减小（p=0.001），表明冲突引发更高的主动性控制（图2a）。
     
   • FCM拟合：高预期冲突试次中，一致性效应消失（p=0.038），支持主动性控制通过调整冲突预期实现（图7）。
     

2. 反应性控制的证据：

   • 排斥性序列偏差：不一致辨别刺激对后续WM回忆产生排斥效应（振幅a=-1.1°，p=0.028），而一致刺激产生吸引效应（a=1.51°，p=0.006）（图3b）。
     
   • 回忆精度下降：当前备忘录与前一试次不一致辨别刺激相似时，回忆精度显著降低（p<0.001），符合抑制导致表征衰减的假设（图3a）。
     
   • FCM验证：高Control PE试次的排斥效应更强（a=-1.19°，p=0.005），低PE试次无显著效应（图8）。
     

3. 任务特异性控制：

   • 实验2中，无关朝向的辨别刺激未引发排斥效应（p=0.45），表明反应性抑制需主动加工冲突特征（图5b）。
     

结论与意义

1. 理论贡献：

   • 首次证明WM-感知交互受双重控制模式调控，且机制与经典冲突任务共享（如FCM的普适性）。
     
   • 提出“反应性抑制”通过抑制干扰刺激的表征减少WM干扰，其神经机制可能涉及感觉皮层的增益调控。
     

2. 应用价值：

   • 为WM障碍（如ADHD、精神分裂症）的干预提供新靶点（如增强冲突监测或抑制训练）。
     
   • 启发多任务交互设计（如人机界面中减少感知-WM冲突的优化策略）。
     

研究亮点

1. 范式创新：双任务设计分离了刺激表征冲突与反应冲突，首次在WM-感知交互中验证Gratton效应。
   
2. 计算建模整合：FCM将行为数据与认知控制理论定量关联，证实Control PE驱动排斥性偏差。
   
3. 跨领域启示：揭示WM控制机制的领域通用性，为统一认知控制理论提供证据。
   

其他发现
- 补充分析显示，WM回忆精度与序列偏差存在共变（如吸引效应伴随精度提升），可能反映贝叶斯最优整合策略（见原文补充材料）。
- 实验2中主动性控制仍存在（一致性效应减弱），提示冲突监控可独立于任务需求自动启动。

（全文完）