知觉与记忆特异化元认知的行为学与神经基础研究

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元认知,是一种自我监控、评价、反省的高级认知功能,也是自我意识(selfconsciousness)的一种直接体现。大量证据表明,人类的元认知与认知高度分离,并且还可能是领域特异化的,比如知觉的元认知与记忆的元认知互相独立。但是,无论是行为学上还是神经学上,从未有研究在动物上验证过这种元认知的专门化与特异化。在行为学上,有研究指出了猕猴可能拥有类人的元认知能力,但是这种元认知可能受到大量混淆变量的影响(由简单的联结导致),从而不一定指向于内省过程。而更深层次的动物元认知专门化和特异化都是未经涉足的领域。在神经学上,由于在人类被试上研究方法的限制,无法采取侵入式的手段(比如脑损毁),因此元认知能力的脑基础研究仍存在瓶颈。此外,由于目前的动物元认知范式大多采用二分类的方式,无法研究其量化的元认知能力,且缺少通用性,无法在人类被试上验证,所以猕猴与人类的元认知能力从未被放在统一尺度下对比。更重要的是,由于大多数动物的元认知研究,集中在元认知的自信力表达上,并没有放在元认知的理论模型下进行研究,因此动物的元认知研究也缺乏一个合理的元认知模型框架。本论文基于猕猴与人类通用的元认知量化测量范式(猕猴的时间自信力表达)和二阶元认知计算模型(分层贝叶斯meta d’和信号检测论模型下的meta d’),在行为学上去寻找猕猴元认知特异化的证据,并对比猕猴与人类在元认知上的异同。在神经学上,结合纵向的磁共振结构像,探索元认知的脑基础和神经可塑性。最后通过定向脑损毁和神经调控(抑制性单脉冲经颅磁刺激),探索前额叶(框额皮层和背外侧皮层)对于猕猴元知觉、元记忆的因果性作用。论文的主要结果如下:一、本论文通过时间自信力表达范式,首次获取了猕猴的量化自信力表达(猕猴的时间自信力表达:让猕猴以时间为赌注进行基于一阶任务表现的自我评估)。在信号检测论和分层贝叶斯的框架下,证实了猕猴拥有指向于内省的元认知,并且首次发现了猕猴元认知的领域特异性(元知觉与元记忆的分离)。本论文首次在统一尺度下对比了猕猴与人类的元认知能力,发现了人类与猕猴在元认知能力上的差异性。同时在猕猴元认知的训练前后,我们还进行了纵向的结构像核磁共振扫描。利用双领域的元认知密集训练并结合磁共振结构像,进行单被试的全脑皮质结构变化分析,发现了猕猴在元认知训练前后,前额叶中的子区域发生了明显的形态学变化。二、基于猕猴在行为学上展示出的领域特异性和元认知训练前后形态结构变化,我们分开验证了前额叶在猕猴元知觉和元记忆中的关键作用。我们采用的因果性手段(经颅磁刺激和脑损毁),明确了前额叶在元知觉(第三章)和元记忆(第四章)上均有着关键的作用。而且在前额叶的抑制、损毁后,均观察到了元认知的缺陷,而非认知的缺陷(认知与元认知的分离)。三、通过在元知觉行为任务中的不同阶段对前额叶中子区域46d进行经颅磁单脉冲刺激,我们确立了元认知信息的处理具有不同的阶段。同时我们也锁定了元知觉信息计算的关键时间节点为决策之前,而非决策之后。四、通过建立时间变化和空间变化的记忆范式和针对OFC和sdl PFC的定向脑损毁,我们进一步探索了更细化的元记忆结构。我们发现,前额叶的脑损毁仅仅损伤了空间变化的元记忆能力,并不影响时间变化的元记忆能力(元记忆下的时空分离)。我们首次观察到这种专门的元记忆能力,更加明确了元认知的特异性。围绕三种分离(元知觉与元记忆的分离、元认知与认知的分离、元记忆下的时空分离),本论文确立了猕猴具有高度特异化专门化的类人元认知能力,明确了背外侧前额叶在元记忆和元知觉中的重要作用。
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