青少年及成人在基于反馈的学习任务中的特点及神经过程

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自青少年早期(10-14岁),个体在不少认知任务的行为表现已经趋于成人水平。而与此同时,青春期大脑仍处于同时拥有过度活跃的纹状体与相对不成熟的前额叶的发展状态,它们是构成大脑奖励加工系统的关键组成部分,彼此间功能连接强度也不及成人。该不平衡的发展状态提示了青少年完成基于反馈的规则学习任务所依赖的神经过程可能与成人有所区别。为了探明青少年与成人在反馈加工过程中可能存在的差异,本研究继承前人研究中的“猜测-应用”规则学习范式,此任务中,被试可以根据猜测阶段得到的反馈推断出当前试次的任务规则,并在应用阶段使用该规则正确完成任务。基于此,我们既可以观测到被试对猜测阶段反馈处理的神经过程,又可以通过随后应用阶段的行为表现来判定其学习效果。由于以往研究中“猜测-应用”范式的任务设置往往于成人而言较为简单,其成绩大都表现出天花板效应。本研究期望能增加任务的难度,以提高对青少年和成人在完成任务中可能存在的差异的区分度,为检验青少年和成人在完成任务中的行为特点和神经过程的研究提供条件。因此,首先对“猜测-应用”任务进行了相应改编。被试在猜测阶段对四张备选卡片(红/绿的三角形/正方形)任意抽选一张后,得到包含强度与效价信息(大正、小正、大负、小负)的反馈,对应当前试次所选卡牌的效价及强度属性。被试据此反馈可推知当前试次的奖赏规则。随后的应用阶段四张备选卡牌两两随机组合呈现,构成2种相同效价(如大正、小正)与4种不同效价(如大正、小负)的组合,被试需要根据猜测阶段所学信息择优选择。实验一招募37名成人(25女,12男)进行任务范式的可行性检验,比较应用阶段不同组合任务后的正确率及反应时。结果表明,相比不同效价组合任务,相同效价组合任务的正确率显著较低且反应时较长,完成难度更大;并且难易任务各自包含的子类型试次间难度相当,无极端难度任务出现。因此该实验范式能够有效避免成人成绩的天花板效应并区分了任务的难易度,可用于对青少年和成人群体对反馈加工的异同的考察。实验二应用了实验一所发展的任务,对22名青少年(11女,11男,13-14岁,平均年龄14.11±0.30岁)和34名成人(23女,11男,18-26岁,平均年龄21.20±2.08岁)进行了考察。我们以应用阶段的正确率和反应时为行为指标检验两组被试在任务表现上的不同,与此同时,使用反馈相关负波(FRN),晚期正波以及额中theta活动(FMθ)作为脑电观测指标对猜测阶段反馈出现时的神经过程进行了分析。综合行为及EEG/ERP数据分析,本研究得出:1.总体而言,无论任务难易,两组被试均表现出随任务逐步提高的正确率及加快的反应时,且总体正确率之间没有差异。年龄间的差异仅存在于负反馈后,青少年在随后应用阶段的反应时显著长于成人,尤其是当负反馈是大额时。该结果说明青少年对大额损失更敏感,需要投入较成人更多的认知加工资源以促进学习任务完成。2.我们对脑电的多个指标分析显示,尽管行为表现上青少年和成人水平相当,但是其神经过程在多个指标上均有差异。具体而言:a)在反映早期反馈加工的FRN成分上,成人在负反馈和小额反馈后均在额中电极区引发更大的FRN振幅,尤其在大额反馈后表现出更大的FRN效价效应,但该较早时段未观察到青少年有明显且集中的额叶FRN活动;b)在反馈加工较晚时段,青少年在后部脑区引发了一个振幅比成人显著更大的正波;c)相比成人,青少年FMθ在早期时段中的能量在中央电极区活动更明显,随后青少年FMθ能量激活与成人无差,都表现出在负反馈后前额电极区更明显的活动。这说明青少年与成人对反馈的加工存在时序早晚的区别。综合而言,青少年能和成人一样好地完成规则学习任务,只是在反应时上相对较慢,该差异可能由于两年龄组运用的神经机制有所区别,对反馈加工的时间进程不同。主要体现在成人的反馈加工依赖早期神经加工机制,青少年则更依赖晚期的神经加工成分对反馈信息进行整合。
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