反馈负波及其理论解释.doc

反馈负波及其理论解释
摘要:反馈负波(feedback related negativity,FRN)是由代表行为错误或失去金钱等负性反馈刺激诱发的一种脑电波成分,出现在刺激呈现后250~300ms左右,偶极子源定位发现这一成分产生于前扣带回附近。对于FRN的功能意义的解释主要有强化学习理论和情绪动机假说,前者认为FRN反映的是神经系统对反馈刺激的认知加工过程,而后者认为FRN反映的是对情绪动机意义的评价过程。两种理论框架下还有一些目前研究仍待解决的问题,可能是未来研究的方向。
关键词:反馈负波,强化学习理论,情绪动机假说,前扣带回,事件相关电位分类号:B841

人们总是在行为的过程中不断地利用外界反馈刺激的信息来监控自己的行为,及时发现自己的错误,然后进行动作调整。近年来,对反馈刺激引发的反应的研究成为认知神经科学研究的热点之一,借助于新的技术手段,可以更加深入地去了解结果反馈刺激引起的内部神经活动及其功能意义,这不仅具有心理学理论意义,同时对于人类工程学及相关学科也有现实的应用价值。事件相关电位
(eventrelated potentials,ERP)的研究发现,反馈负波(feedback related negativity,FRN)是人脑加工反馈刺激最重要的相关脑电成分,附近。与其他的事件相关成分相比,FRN有其自身的特点。已有的理论似乎又不能解释所有的结果反馈刺激诱发的脑电波负向偏转现象。本文在介绍了FRN现象的基础上述评目前相关的理论解释,目的是找到未来研究的方向。

1 FRN现象

FRN的研究是在错误相关负波研究的基础上发展而来的。研究者认为人脑存在一个错误觉察系统,及时发现错误,调整行为。在行为水平上,Rabbitt为人类这种错误觉察纠正系统提供了清楚的实验依据,但其中的脑机制还不清楚。上世纪90年代初,研究者们在快速反应任务中,如Flankers任务,记录被试的脑电波,发现在错误按键反应后100到150ms左右,脑电波会出现明显的负向偏转,于前中部的电极点上达到峰值。这一成分Falkenstein等人称之为(error negativity,Ne),Gehring等称之为(error-related negativity
,ERN),这就是错误相关负波。
在这种快速反应时任务中,被试在按键之前就知道了正确的反应应该是什么,因此,只要被试按键后马上就能察觉到自己是否错误,然而,在有的实验任务中被试不能立刻知道自己是否做出正确的反应,只能依靠外界信息的反馈。Miltner等人在1997年研究了被试在时间估计任务中对结果反馈的事件相关脑电位,发现伴随着不正确结果的反馈,脑电波也产生了负向偏转。Milmer等人认为这一成分跟错误相关负波一样,可能反映的是错误觉察的过程。后来的研究者也称之为ERN或feedbackERN,简称为FRN。在本文中,为了区别起见,由错误按键反应诱发的相关负波,即response-lockedERN都称之为ERN,如图1;凡是由反馈刺激诱发的负波,即feedback-locked ERN都称之为FRN,如图2。
对FRN进行偶极子溯源分析发现,脑电波头皮分布定位在前扣带回(anterior cingulated ),可能包括辅助运动皮质在内的区域。后面的研究也认为是在内侧前额叶部分(medial-frontalcortex,MFC)。

2 FRN研究的实验范式

在FRN的研究中主要用到的任务是时间估计任务和简单赌博任务。时间估计任务的实验过程是首先给被试一个声音的提示表示计时开始,然后让被试来估计一秒钟的时间,如果感觉到了一秒钟就按键停止计时,间隔1秒后呈现反馈刺激告诉被试前面对时间的估计是否正确。一般被试估计的时间在一个时间段内,都算正确,并且正确的标准会根据被试前面试次的表现进行实时的调整。实验证明,不同的感觉通道呈现的负性反馈刺激与正性反馈刺激相比都引起了更大的电位偏转。

简单赌博任务一般是要求被试在电脑程序上进行类似赌博的游戏,每一次的输赢都会累加到被试最后的报酬中去。Gehring和Willoughby记录人们玩赌博游戏时的脑电活动,让被试在屏幕上呈现的一个表示5美分和另一个表示25美分的两个卡片中进行按键选择,随后被试选择的卡片被圈起来,以帮助被试确认自己的选择。一段时间后,反馈刺激出现,卡片变了颜色,红色表示输钱,绿色表示赢钱。简单赌博任务也有其他的变式,例如有的赌博任务是在屏幕中呈现四张扑克牌(不同花色的Ace),被试的任务是进行按键选择,猜测哪张扑克牌接下来会保留在屏幕上,四个不同的按键分别对应四张牌。被试选中的那张牌会突出呈现出来,帮助被试确认自己的选择,紧接着呈现代表