基于经颅直流电刺激技术的任务转换脑机制和训练研究

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cet1979
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任务转换(Task-Switching)是人类认知活动最基本的方式之一。在日常的学习、工作、生活中需要同时或连续处理多种任务,这就要求人脑在不同的任务之间快速且灵活的进行任务转换。在民航飞行活动中,包括任务转换在内的多任务操作更是随处可见。比如进近着陆、观察仪表数据、监控机舱内外环境以及飞行状态的变化等多任务处理。同时,超出常人的认知能力还能够最大程度上弱化疲劳和缺氧等极端环境带来的反应迟钝等负面问题。因此,无论是日常的多任务处理还是极端环境下的飞行活动均需要飞行员具有较强的转换能力。对于飞行学员而言,飞行训练是一个非常漫长的过程,很可能遭遇延期甚至被淘汰的风险,这对飞行学员自身、学校以及社会都得不偿失。因此,如何在日常行为训练的基础之上,更为高效地提高个体的转换能力成为当前亟需解决的问题。近年来,经颅直流电刺激技术(transcranial direct current stimulation,简称tDCS)也被运用于认知可塑性研究中。但是,对于特定脑区和影响因素的研究不足,且很少有学者分析长期的tDCS和任务转换训练相结合的联合训练模式的训练效果和迁移效果,并将其与单纯的行为训练进行对比,分析这两者在训练效果和迁移效果上的差异。基于此,当前研究采用不同的任务转换范式,通过四部分的实验研究,全面考查了特定脑区与任务转换的关系和影响因素以及联合模式的训练效果。研究一通过1个实验(即实验1)对飞行学员和普通大学生转换能力的进行对比研究。结果发现在新生阶段,飞行学员和普通大学生的转换能力差异不显著。但是,在毕业生阶段,飞行学员的转换能力显著高于普通大学生。实验1的研究结果表明了飞行学员经过飞行训练后能够获得优于常人的转换能力,为后续的任务转换脑机制和训练研究奠定了基础。研究二通过2个实验,探究在阳性tDCS刺激下特定脑区与任务转换的关系。实验2发现右侧背外侧前额叶皮层的阳性tDCS激活显著改善了不可预测的任务转换绩效,但是对可预测任务转换绩效影响不显著。实验3发现阳性tDCS激活右侧顶叶皮层显著损害了可预测任务的转换绩效,但是对不可预测任务转换绩效影响不显著。实验2研究结果暗示右侧背外侧前额叶皮层通过改善个体对无关信息的主动抑制过程,进而改善不可预测任务转换绩效。实验3研究结果暗示右侧阳性激活顶叶皮层损害了可预测任务转换时的内源性准备过程,进而表现为任务转换绩效的下降。研究三通过2个实验,进一步探究任务类型和任务线索分离对背外侧前额叶皮层与任务转换关系的影响。实验4发现a-tDCS在不同类型的转换任务上产生了明显相反的诱导效应,即积极影响数字大小/奇偶判断任务的转换绩效,但是消极影响数字奇偶/字母元辅判断任务的转换绩效。该结果再次暗示了右侧背外侧前额叶皮层与无关信息的主动抑制过程的关系。实验5研究发现与不分离的任务转换相比,分离的任务转换具有较高的混合代价和较低的转换代价。同时,只有在排除任务线索不一致试次后组别主效应才显著,右侧阳性刺激组的转换代价显著低于伪刺激组和左侧阳性刺激组。该研究结果表明任务线索分离在右侧背外侧前额叶皮层和任务转换的关系中起消极作用。研究三的研究结果表明,包括任务类型和任务线索分离在内的任务特征均在额叶皮层与任务转换的关系中起到负面作用。研究四通过1个实验(即实验6)考查不同组别(行为训练、联合训练、行为对照和a-tDCS对照组)在任务转换训练的训练效果和迁移效果上的差异。结果发现,无论是行为训练组还是联合训练组的个体的任务转换绩效均随着训练次数的增加而不断改善。同时,联合训练组转换代价第一次增长率显著高于行为训练组。该结果表明a-tDCS联合训练模式能够显著提高任务转换训练前期的训练效果。此外,实验6未发现被试在抑制、更新以及新的转换任务上存在显著的迁移效果。综上所述,本研究在确认了毕业后的飞行学员具有转换能力优势的基础上,通过考查背外侧前额叶皮层和顶叶皮层等特定脑区与任务转换的关系,在排除任务可预测性、任务类型以及任务线索分离等影响因素对a-tDCS诱导效应的干扰之后,采用a-tDCS与行为训练相结合的联合训练模式有效改善了个体任务转换训练前期的训练效果,为未来应用性研究提供新的实验证据和思路。
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