超重和肥胖人数的迅速增长已经成为21世纪公共健康的最大威胁之一。据世界卫生组织统计报道,全球范围内现有22亿超重和肥胖的成年人,占比高达40%（WHO,2021a,2021b）。中国的超重和肥胖群体数量也正以全球最快的速度增加,据柳叶刀调查报告显示,截至2016年中国肥胖人口已增长至8960万,超过美国位居世界首位（Collaboration,2016）。超重和肥胖率的增加给公众健康带来了巨大的压力,增加心脏病、代谢综合征和免疫系统疾病的患病风险,对大脑和认知功能产生负面影响。随着认知心理学的发展,越来越多的研究者关注超重和肥胖对认知功能和神经系统的消极影响以及成因。此前证据主要发现了超重和肥胖者的抑制控制和工作记忆的不足,而对认知灵活性的影响证据较少且结论并不一致,部分研究者发现超重和肥胖者认知灵活性更差,但在部分研究中却没有发现超重与正常体重者之间的差异（Alberti,Zimmet,＆Shaw,2005;Lu et al,2013;Kobel,2014;Raine,2016;Yang et al.,2018）。认知灵活性是认知控制的核心成分之一,反映了个体在多种不同任务或不同心理定势之间,根据任务规则的变化,灵活的转换反应的能力（Diamond,2013）。根据是否预知转换条件,认知灵活性的加工过程可以分为内源性准备（endogenous preparation）和外源性调节（exogenous adjustment）两种（Rogers＆Monsell,1995;Meiran,1996;Collette＆Linden,2002）。内源性准备加工需要根据提示线索进行任务设置重建（task-set reconfiguration）,主要依赖于自上而下的主动性控制的过程。而外源性调节加工受外部刺激线索驱动,是自下而上的被动的加工过程。本研究基于双重认知控制理论（dual mechanisms of cognitive control account,DMC）的新视角,考察超重对认知灵活性的消极影响是否在内外源两种加工路径中均有体现。同时探讨了不同刺激线索（食物和非食物线索）任务中超重者的认知灵活性表现是否存在差异。并采用事件相关电位技术（event-related potentials,ERPs）和磁共振成像技术（magnetic resonance imaging,MRI）进一步提供神经电生理层面的证据。最后,通过追踪设计发现超重通过影响认知灵活性可以预测不可控进食的风险。本研究包括四个研究和八个实验。研究一采用单路径和双路径加工的实验范式探讨超重影响认知灵活性的行为表现。实验1基于单路径加工视角,采用改编的食物和非食物刺激线索的任务转换范式,探讨超重者与正常体重者的认知灵活性行为表现差异。发现在食物线索任务中,超重者表现出显著大于正常体重者的反应时和转换代价,但在非食物线索任务中并未发现显著的组间差异。此外比较两种不同刺激线索的任务发现,两组被试在食物线索任务中都表现出更大的转换代价。这说明食物图片作为刺激线索时,影响了个体尤其是超重者的转换任务表现。实验2基于内外源双路径加工视角,采用改编的食物和非食物图片作为刺激线索的AX型持续性操作范式（AX-continuous performance test;AX-CPT）,分别探讨在不同类型刺激线索下,超重者与正常体重者认知灵活性的内源性准备和外源性调节加工的行为表现差异。结果发现在食物刺激线索任务中,相较于正常体重者,超重者在内源性准备和外源性调节加工中反应时均更长。基于信号检测论计算辨别指数,发现超重组线索辨别力指数（内源性准备加工）和目标辨别力指数（外源性调节加工）均显著低于正常体重组。但在非食物刺激线索任务中并未发现组间差异。这些结果表明食物刺激线索对超重者的特异性影响,使其认知灵活性内源性准备和外源性调节加工能力均受到损害。研究二旨在探讨不同刺激线索（非食物刺激和食物刺激）AX-CPT任务中,超重者与正常体重者在内源性准备和外源性调节过程的神经电生理活动差异。实验3采用非食物刺激的AX-CPT任务,发现在内源性准备阶段,超重者相较于正常体重者诱发较小的N1和较大的P2振幅,在外源性调节过程中发现超重者诱发较小的N1振幅。实验4采用食物刺激的AX-CPT任务,发现在内源性准备阶段,超重者相较于正常体重者诱发较小的N1振幅。此外相较于基线线索,提示转换的线索诱发了超重者更大的P2振幅和LPC振幅。在外源性调节过程中,发现超重者相较与正常体重者诱发较小的N1和N2振幅。此外我们还发现正常体重者在外源性加工的试次中（AY试次）,LPC振幅显著高于基线试次（AX试次）,但这一差异并未在超重组发现,这说明超重者难以像正常体重者一样灵活的调用认知资源加工刺激线索。ERPs结果表明,尽管在两个任务中,超重者在注意阶段均表现出更低的反应（N1振幅）,但仅在食物刺激的任务中表现出了更差的冲突监控和反应性控制（N2振幅）,以及更差的认知重评能力（LPC振幅）。这一研究结果表明,超重者在与食物相关的刺激线索下表现出更差的冲突监测和任务设置重建能力。研究三旨在探讨超重影响认知灵活性的脑自发活动和功能连接证据。实验5基于静息态脑影像数据,采用静态和动态的功能连接分析,通过食物刺激线索的AXCPT任务,探讨与认知灵活性的内外源加工相关的脑局部一致性（Re Ho）及功能连接特征。结果发现内源性准备与右侧小脑的Re Ho水平呈正相关,外源性调节与右侧海马旁回以及双侧脑岛区域的Re Ho水平呈负相关。基于以上兴趣区探讨到全脑的功能连接特征与认知灵活性的内外源加工的关系。实验6基于实验5发现的脑Re Ho水平和功能连接,探讨超重影响认知灵活性的神经基础。经分析发现,右侧小脑与右侧颞上回间的动态功能连接可以中介超重与认知灵活性的内源性准备加工的关系。在外源性调节阶段,发现左侧脑岛局部一致性自发活动,双侧脑岛到左侧楔前叶的静态功能连接,以及左侧脑岛到右内侧前额叶,右侧海马旁回到左内侧前额叶的动态功能连接均能中介超重与认知灵活性外源性调节加工的关系。以上研究说明个体在食物刺激的AX-CPT任务中,内源性和外源性的加工涉及不同的大脑活动和功能连接,并分别能够中介超重与认知灵活性内外源加工的关系。尤其是在外源性调节阶段,超重通过情绪奖赏加工相关脑区（脑岛）与认知加工相关脑区（内侧前额叶、楔前叶）间的功能连接影响认知灵活性的加工。研究四旨在探讨超重导致的脑自发活动和灰质体积的改变能否通过认知灵活性的内外源加工过程间接预测半年后的不可控进食行为。认知灵活性指标基于食物刺激的AX-CPT任务。实验7探讨了超重者与正常体重者的脑自发活动及功能连接差异能否预测半年后的不可控进食风险。结果发现相较与正常体重者,超重组在右侧额中回、颞上回和左侧额上回眶部脑区表现较强的活动水平,而右侧背外侧前额叶表现出较弱的活动水平。以此为种子点,发现两组间的静态和动态功能连接都存在差异。其中背外侧前额叶到中央后回的动态功能连接可以通过被试的内源性准备加工间接的预测六个月后的不可控进食倾向。但未发现外源性调节在模型中的间接效应。实验8采用基于体素的形态学（voxel-based morphometry,VBM）分析方法探讨超重者与正常体重者大脑灰质体积（gray matter volume,GMV）的差异。结果发现超重者右侧丘脑GMV显著低于正常体重组,这一结果说明与正常体重者相比,超重者在涉及与食欲和奖赏加工相关脑区的结构上受损。随后,本文进一步探讨右侧丘脑GMV对半年后的不可控进食风险的预测作用,结果发现右侧丘脑GMV可以通过内源性准备加工预测半年后的不可控进食倾向。同样未发现外源性调节在模型中的间接效应。综上所述,本文主要在食物刺激线索任务中发现了超重者的认知灵活性及内外源加工能力的受损,这一结果说明超重者对食物刺激信息具有特殊的加工模式。因此,在食物刺激环境中,超重者认知灵活性的受损可能导致他们难以抵制食物诱惑并表现出饮食失调倾向,这将进一步导致超重者体重管理失败。本研究主要创新:从认知灵活性的双路径加工这一新视角切入,探究超重对认知灵活性的内外源加工的作用机制。同时根据改编的实验任务揭示了食物和非食物线索下超重者与正常体重者认知灵活性的差异。结合ERPs和MRI技术分别考察超重者认知灵活性减弱的潜在神经机制,考察认知灵活性相关的大脑空间自发活动模式以及神经电生理动态时程变化。纵向追踪设计揭示超重者脑静息态功能连接特征和灰质体积变化对未来不可控进食风险的预测作用,以及认知灵活性对这一关系的中介作用。本文的发现丰富、拓展了超重与控制-奖赏系统间的双向交互的实证证据,进一步构建了超重影响认知灵活性的双路径交互模型,推动了该领域理论基础的发展,并为今后进一步干预研究提供了理论支持。