自然刺激下的儿童神经状态切分及其行为学意义

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为了理解不断变化的世界,人们需要在脑中保持对当前情境的稳定表征,并且及时抽离已经过去的无关情境而迅速进入下一情境。学龄儿童尤其需要如此——典型的学龄儿童的一天包括完成各种课程任务和课后休闲,这要求他们能够在课程任务之间自如切换,完成多任务的日常安排。由此,这种在情境间切换、切分信息的能力,即事件边界切分能力对于发展中的儿童来说尤为重要,可能体现在儿童的学业成绩或一般认知水平上。这种状态切分水平可能与执行功能和智力发展有关,执行功能指个体意识和控制思维与行为的一系列高级认知功能,而额顶控制网络是这些能力对应的关键脑区。以往的相关实验范式缺乏生态性,难以吸引儿童注意确保顺利完成;缺少注意的情况下,儿童在扫描仪中移动头部和躯干,易造成数据伪影。本研究试图通过新兴的基于自然刺激的功能性磁共振技术,以更适于儿童的自然范式探索儿童发展中信息切分等认知能力的群体共性与个体差异,及其动态变化。基于前人研究,本研究提出假设,儿童的神经状态切分水平,即在不同状态时的神经活动区分程度,存在个体差异且与一般认知水平有关,会随着年龄发展而变化;神经状态切分水平确实能表征执行功能,使用自然刺激材料能挖掘这种差异。本研究试图解决的关键问题有:一、神经状态切分水平的个体差异是否存在,是否与一般认知水平相关;二、神经切分水平是否会随年龄发展变化;三、何种指标能最大程度上表征儿童观看自然刺激动画时所展现的一般认知水平;四、自然刺激所对应神经切分水平能否表征执行功能;与执行功能的传统范式是否有一致性结果?为回答上述问题,本研究设计制作了两段短片,将阅读、计算、视空间加工、心理理论等认知任务穿插在自然情境动画之中,并使用功能性磁共振成像技术观察儿童观看动画时的脑活动。与传统实验范式导致更多的头动甚至更高的实验失败率不同,自然刺激材料以相当高的成功率地获得了儿童的有效数据。经计算发现额顶控制网络的神经状态切分指数在所有脑网络中较高,存在个体差异,并且神经状态切分水平越高的个体智商更高。本研究也用一般线性模型分析方法对影像数据进行分析,发现进行视空间加工任务时的脑激活变化值也能预测智商,但效果不如神经状态切分指数。为了研究这种神经状态切分的纵向发展,本研究还在一年后继续收取同一批次儿童数据。分析发现额顶控制网络的神经状态切分水平确实会随着年龄发展而变化,三年级儿童被试额顶控制网络上平均神经状态切分水平分数在所有脑网络中依然最高;但与一年级相比,额顶控制网络神经切分指数降低。最后本研究还使用了两个传统认知控制能力研究的行为范式任务切换范式和“Go/no-Go”范式,发现相关指标与神经状态切分指标未出现显著相关,额顶控制网络神经状态切分指数表征了执行功能中的何种成分还有待进一步考察。综上,本研究得出结论:自然刺激动画方法能成功考察儿童个体在任务切换中的神经活动情况;儿童观看自然刺激动画时额顶控制网络上的神经状态切分水平能表征其一般认知水平;观看动画时儿童额顶控制网络上的神经状态切分水平存在个体差异,与一般认知水平相关,并且会随年龄发展而变化。
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