認知控制腦電成分N450的特征與心理功能*

(華南師范大學心理學院，廣東 廣州 510631)

1 N450的電生理特征

1.1 N450的波形特點

N450是一種峰值約為450毫秒，分布于額頂部的刺激鎖相(stimulus-locked)腦電負波。它主要在Stroop干擾任務中出現，約于刺激呈現后350-500毫秒之間達到峰值，波幅隨刺激干擾效應增加而增大(Chouiter,Dieguez,Annoni,& Spierer,2014)。一般認為，其發生源主要位于額頂中部(Stock,Steenbergen,Colzato,& Beste,2016;Yi,& Friedman,2011；Szucs & Soltész,2008)。其波形圖和地形圖如圖1所示。

圖1 N450的波形圖與地形圖(Larson et al.，2014)

注：(A)為健康被試在傳統Stroop色詞任務中的ERP波形；(B)為不一致減一致條件的N450差異波的地形圖。

N450和經典N400有相似，但也有明顯差異。它們一定程度上都在沖突環境中產生，是額頂區域的負波，但N400的潛伏期約在刺激呈現后200-500毫秒，波峰在400毫秒左右(Kutas,& Hillyard,1982,1980)，皮層定位比較廣泛，研究爭議較大。且N400和語言認知加工有關，對異常刺激敏感，常用實驗范式包括語義啟動范式和包含異常刺激的語言任務，而N450產生于目標刺激和干擾刺激的競爭，主要在Stroop任務中出現。可見，N450是一種獨立的與沖突加工有關的ERP成分。

Stroop任務中，相對于詞的顏色與詞義一致條件，不一致時產生的N450波幅更大。且很多研究證明，不一致條件比例減小時，N450波幅增大(Killikelly & Szucs,2013;West & Bailey,2012;Tillman & Wiens,2011)。不同年齡段所表現的N450波幅和潛伏期有顯著差異，隨著年齡增長，潛伏期變長，波幅變大(Mager,Bullinger,Brand et al,2007)。學習困難者的N450沖突效應顯著大于正常群體(Liu,Yao,Wang,& Zhou,2014)。

1.2 N450的源定位

研究發現，經典Stroop實驗中N450發生源位于前扣帶回(Zhu et al.,2018;Hanslmayr et al.,2008;Liotti,Woldorff,Perez,& Mayberg,2000)。West,Bowry,& McConville(2004)通過偶極子分析發現N450產生于前扣帶回和前額葉。不同前扣帶回結構可能反映了不同的沖突機制。Kim,Kroger & Kim(2011)發現，尾部背側扣帶皮層和知覺沖突加工有關，而前部背側扣帶皮層和反應沖突加工有關。

此外，不少研究表明N450又可細分成兩個子成分，涉及的腦區不一樣。如，West和Bailey(2012)發現額葉和頂葉的N450和P450效應；Piai等發現N450效應在左半球額中央，在右半球則延伸到中央頂葉(Piai,Roelofs & van der Meij,2012)；Sun等(2013)發現，左前額葉的血動力學信號Stroop效應和中頂葉N450早成分相關，而雙側前額葉Stroop效應和頂葉N450晚成分有關。這些研究結果說明，N450產生于額頂區域，但可能并不只是一個涉及某個大腦結構的簡單成分，也提示沖突加工的皮層定位可能不是某個具體的大腦結構，而是復雜的網絡系統。

2 N450的心理功能

早期研究認為Stroop任務中N450效應與個體對語義信息的抑制加工有關(Liotti et al.,2000;West & Alain,2000)。隨著沖突監控理論的發展，目前大部分研究傾向于認為N450涉及沖突加工。該理論認為，前額葉在認知控制中起著自上而下地調控信息和監控沖突的作用，皮層分布對應內外側額葉和前扣帶回(Botvinick,Cohen & Carter,2004)。當出現沖突信息時，前扣帶回所產生的N450代表沖突監控。但有關N450具體體現了知覺沖突還是反應沖突，沖突監測還是沖突解決，仍存在爭議。

2.1 研究N450的實驗范式

經典Stroop任務中，通過比較色詞與顏色不一致與一致條件的差異可獲得典型的N450干擾效應。研究者還可采用各種Stroop變式來研究N450。這里重點述評可分離知覺沖突與反應沖突的實驗范式。

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2.1.1 旋轉判斷任務。該任務除包括Stroop顏色和詞義一致、不一致、中性條件外，還包含對刺激進行一定角度的左右旋轉，及刺激不旋轉特征。由于實驗只要求根據刺激向左或右旋轉作按鍵反應，因此如果不一致條件下N450波幅仍大于一致條件，就反映了知覺沖突(Li,Wang,Duan,& Zhu,2013)。而該任務雖可區分出知覺水平和反應水平，能否保證實驗過程中刺激顏色和詞義信息得到知覺加工還有待考慮。

2.1.2 語義Stroop范式。該范式干擾效應源自單詞的顏色和聯想意義(Schmidt,& Cheesman,2005)，即當單詞顏色和單詞本身產生的聯想意義不一致時，就產生干擾效應。和經典Stroop范式相比，該范式只存在知覺沖突，而不含反應沖突。

2.1.3 2-1反應映射范式。此范式試圖從操作水平上分離出兩種沖突類型(De houwer,2003)。任務要求對詞的顏色作反應，如紅色和綠色按左鍵，黃色和藍色按右鍵。任務有三種實驗條件，一致條件即顏色和詞義一致；知覺不一致條件下顏色和詞義不同但兩維度的反應鍵相同(如紅色的“綠”)，即知覺水平不一致，但反應水平一致；反應不一致條件下顏色和詞與兩維度的反應鍵都不同(如紅色的“藍”)，即知覺和反應水平都不一致。相對于前兩種范式，該范式雖可同時分離知覺沖突和反應沖突，但知覺不一致條件的反應設置可能會把錯誤反應當成正確反應而發生混淆，且近年研究表明，知覺不一致條件是否只有單純的知覺沖突仍需進一步驗證(Hasshim & Parris,2014)。

2.1.4 不一致-重疊范式。此范式要求對單詞顏色進行按鍵反應，如藍、綠和黃。中性條件為不同顏色的中性詞；不一致-不重疊條件下，如黃色的“紅”，由于紅色沒有對應的按鍵要求，這時有知覺沖突而無反應沖突；不一致-重疊條件下，如黃色的“綠”，黃色和綠色不僅產生知覺沖突，也因都有按鍵反應而產生反應沖突，因此既包含知覺沖突也包含反應沖突(West,Bowry & McConville,2004)。通過相減法可以實現兩種沖突效應的分離。

考慮到各種范式多少有些不足，利用Stroop范式研究N450時，最好增加其他條件或技術，如用肌電圖(Electromyography，EMG)同時記錄錯誤反應手和正確反應手的活動，用單側化準備電位(Lateralized Readiness Potential，LRP)記錄與運動準備有關的腦電成分，從而排除其他可能的加工成分。

2.2 N450所反映的心理功能

2.2.1 知覺沖突還是反應沖突

研究表明，Stroop干擾效應包含知覺沖突和反應沖突(Szucs & Soltész,2010;West,Bowry & McConville,2004;De Houwer,2003)。知覺沖突指Stroop任務中顏色維度和字義維度的沖突(Klopfer,1996)；反應沖突指任務反應前，顏色維度和字義維度的反應趨勢相互競爭產生的沖突(de Houwer,2003)。關于N450代表知覺沖突還是反應沖突，是N450的心理功能研究的一個焦點。

有研究認為N450反映知覺沖突。Mager等人(2007)要求被試只對Stroop刺激是否一致作按鍵反應來排除反應沖突，發現任務條件的N450效應顯著，說明N450與知覺沖突有關。Szucs和Soltész(2010)結合EMG和erp技術探究色-詞Stroop干擾效應時發現，由于一致、不一致和中性條件下都可測得不正確的手動反應活動，而僅在不一致條件下出現N450，因此反應沖突并非只發生在不一致條件中，不一致條件下發生的N450反映的是知覺沖突而非反應沖突。后來很多研究通過不同實驗范式也證明了N450與知覺沖突有關(Augustinova,Silvert,Ferrand,Llorca & Flaudias,2014;Killikelly & Szucs，2013;Caldas et al.,2012;Szucs & Soltész,2012)。

而Piai等(2012)認為，從N450出現的時間上看，不管是讓被試對圖的名稱進行口頭報告還是按鍵反應，都在刺激呈現250毫秒后出現類似的N450效應，說明N450效應發生在反應階段，可能與反應沖突有關。Zhao等人(2015)則通過利用2-1反應映射范式研究發現，N450和反應沖突有關(Zhao,Liang,Juan,Wang,Wang & Zhu,2015)，與以往相同實驗范式下的研究結果一致(Chen et al.,2011)。

綜合以上兩個系列的證據，有關N450到底代表知覺沖突還是反應沖突仍有爭議。值得注意的是，沖突可能會有類型上的區別，也可能只是大小的區別，現有的任務范式可能在體現這些沖突類型或沖突大小時有一定局限，使得可能既反映知覺沖突也代表反應沖突的N450未能完全被觀察到。為此，我們認為可通過轉換研究角度深入研究這個問題，如通過心理功能的有效性檢驗來確認N450反映知覺水平還是反應水平的加工。Forster和Lavie(2014)發現與任務反應相關的干擾效應和與反應無關的干擾效應是分離的。這兩種干擾效應分別設計反應水平的加工和知覺水平的加工。二者對N450心理功能的檢驗具有建設性意義。

2.2.2 沖突監測還是沖突解決

除了加工類型，也有不少研究從加工階段的角度探討N450效應反映沖突監測還是沖突解決。Coderre等通過操縱Stroop任務中單詞和顏色信息的時間間隔(Stimulus Onset Asynchrony，SOA)分離沖突監測和沖突解決過程(Coderre,Conklin,& van Heuven,2011)。結果顯示，在三種SOA條件下都出現了N450。他們認為，在-400毫秒SOA(單詞比色塊早出現400毫秒)和0毫秒SOA(單詞和色塊同時出現)時產生的N450不能區分出它和沖突監測還是沖突解決有關，但在+400毫秒SOA(單詞比色塊晚出現400毫秒)時，行為反應已經完成，沖突解決也就消失了，因此所產生的成分和沖突監測有關。雖然他們的研究通過SOA的操縱很好地實現了兩種沖突階段的分離，但在-400毫秒和0毫秒SOA時也能觀察到N450，從整體上看，N450只和沖突監測有關的結論仍值得商榷。

也有一些研究者認為N450反映了沖突解決。如，Shen等人(2013)通過情緒Stroop任務發現N450的神經發生源在前扣帶回，而前扣帶回涉及情緒加工并能在情緒環境中促進沖突的解決，因此認為N450和沖突解決有關。如果N450負責監控沖突，那么沖突環境不同時，N450將會發生變化，而研究顯示，不管前一試次是否為不一致試次，當前的不一致試次產生的N450波幅都沒有顯著差異(Larson,Kaufman,& Perlstein,2009)。Ma等(2014)在情緒Stroop任務中發現不一致條件的N450波幅較大，且中央-頂葉的激活更強，因此他們認為N450同時反映了沖突監測與沖突解決。

綜上所述，目前有關N450心理功能的研究結果還存在一定爭議。造成研究結果不一致的原因可能不僅是實驗范式特點不同，還包括對知覺沖突和反應沖突的操作定義不夠清晰、兩種沖突類型加工過程的同一性和時間上的動態特征不夠明確。在探究Stroop的N450效應反映沖突監測還是沖突解決時，大多數研究只通過使用單一Stroop變式對N450所激活的相關腦區功能來區分。今后可通過沖突適應的操縱來進一步探討此問題。此外，不管哪種沖突，沖突加工的實質是什么？這些問題都需要進一步研究。

2.3 N450的應用

盡管有關N450具體反映何種沖突類型和沖突階段仍有爭議，但N450效應可以作為沖突加工效率的電生理指標，獲得了共識。這使N450在特殊人群和個體差異研究中得到應用(Strommer-Davidovich et al.,2018)。Liu等人(2014)在數字Stroop任務中發現，學習困難兒童在額區出現比正常兒童更大的N450波幅。Mangina和Beuzeron-Mangina(2004)曾對多動癥兒童和學習困難兒童進行為期8個月的訓練，訓練后，這些兒童在記憶負荷任務中產生的N450波幅增加，且和正常兒童的波幅無顯著差異。可見，特殊兒童和正常兒童在干擾任務中的N450波幅有不同的表現，但經過一定的訓練這種差異會消失。這可能反映了特殊兒童在面臨干擾時對沖突的監控能力較弱，而這種能力缺陷可以通過訓練來彌補。因此，N450或許能作為區別正常兒童和學習困難兒童，以及檢驗學習困難兒童訓練效果的電生理指標。

在認知發展和老化方面，Mager等(2007)發現，中年組在中頂葉上的N450波幅大于青年組，且潛伏期更長。Czernochowski等(2010)發現，中高任務難度下，老年組的N450波幅比年輕組的更大。但也有研究顯示老年組在沖突任務中的N450波幅減小(West & Schwarb,2006;West & Alain,2000)。Jongen和Jonkman(2008)的研究結果則顯示，知覺沖突水平上，N450的波幅隨年齡增大而降低，反應沖突水平上，P450波幅在隨年齡增加上呈非線性變化。近年研究發現，不同年齡段在2-1反應映射范式中表現出的N450波幅沒有顯著差異，但RI條件下，青少年的N450集中在右半球，青年組集中在左半球(Killikelly,& Sz?cs,2013)。可見，N450與認知發展和認知老化有關，且可能在不同沖突類型上有不同的變化模式和單側化效應。

3 小結與展望

綜上，研究者用不同范式從不同視角對N450的特點和心理功能進行了研究。明確的是，刺激呈現后300-500毫米左右，沖突條件下的N450波幅大于一致條件，波幅出現在額頂區域；它反映了沖突加工的能力，對學習困難、ADHD等臨床群體的認知控制能力測量具有指標性意義。但其所反映的具體心理功能，即反映知覺沖突還是反應沖突，沖突監測還是沖突解決，仍存在爭議。

首先，N450心理功能的研究中，對知覺沖突和反應沖突、沖突監測和沖突解決的界定模糊，對結果解釋存在過于主觀的現象，并且缺乏能更有效分離兩種沖突類型的實驗范式、技術手段或統計分析方法，造成結論爭議較大。或許正是實驗方法的局限，導致難以全面地發現N450的心理功能，今后的研究需要找到更有效的范式，驗證N450是否和知覺沖突與反應沖突或沖突監測與沖突解決都有關。而且，目前的N450都聚焦在同一感覺通道的干擾效應上，未來有必要多從不同感覺通道的干擾上展開研究，從一個更整體和全面的角度對該成分作進一步探討并提出相應的理論解釋。

其次，N450沖突效應背后的內在心理機制還需進一步探究。哪怕確定了N450的具體心理功能，這種沖突背后的加工機制又是什么？這是當前研究還很少觸及的問題。Fan(2014)認為，認知控制的本質并非沖突的監測和解決，也不是對無關信息的抑制，而是對刺激情境中不確定性的解決以及對任務優先性的確定。那么，N450又是如何體現不確定的解決和優先性的確定的？N450在不一致條件下波幅更大，反映了什么樣的潛在加工機制，是個體在完成任務過程中的抑制效率問題，加工速度問題，還是不確定性運算的問題？明確這些問題也可以為相應的鑒別和康復訓練帶來重要的參考價值。

最后，需進一步深化和擴展N450的應用研究。目前N450已經有了初步的應用研究成果，需深入和擴展應用研究，為以N450作為不同群體的認知控制能力指標和不同應用領域的參考標準積累證據，并明確其在應用上的普遍性和特殊性。和其他腦電成分類似，N450存在共識，但在反映具體層面上的心理功能有爭議。隨著應用研究的深入和擴展，反過來也可檢驗N450的心理功能，促進對該腦電成分有更深入和全面的理解。未來應進一步探討N450波幅的增大或減小和不同特殊群體的認知功能是什么樣的關系，這些關系模式具有普遍性還是特殊性，可否用N450來做臨床診斷或行為績效的預測。此外，目前N450在學習困難，多動癥及認知老化之外的領域應用還不多。在其他與認知控制關系密切的臨床領域，如網絡成癮、手機過度使用、沖動控制障礙、強迫癥等領域，N450應該有廣闊的應用前景。