論文概要

2025年8月26日，深圳大學(xué)心理學(xué)院何振宏助理教授（第一作者）課題組聯(lián)合曼徹斯特大學(xué)Rebecca Elliott教授（通訊作者）、劍橋大學(xué)Barbara Sahakian教授等國內(nèi)外學(xué)者，在Advanced Science上發(fā)表了題為“Dynamic Neural Deactivation Bridges Direct and Competitive Inhibition Processes”的研究論文。

一、研究背景

你是否有過這樣的經(jīng)歷：身處嘈雜的派對，卻能專注于朋友的交談，對周圍的喧囂“聽而不聞”；或者在繁忙的街頭，能夠?qū)⒛抗怄i定在目標(biāo)店鋪，對紛繁的景象“視而不見”。這種能力被稱為“抑制控制”（inhibition）， 是認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中的一個基本概念，它通過篩選或抑制無關(guān)信息，幫助人類在復(fù)雜環(huán)境中高效處理信息。

抑制功能通常被分為兩大系統(tǒng)：一是競爭性抑制（competition-induced inhibition），即優(yōu)先處理目標(biāo)信息而忽略干擾（如在嘈雜環(huán)境中專注于某個人的講話） ；二是直接抑制（direct inhibition），即主動阻止對特定刺激的處理（如壓抑不想要的想法）。傳統(tǒng)上，學(xué)界將這兩種抑制機(jī)制視為功能獨(dú)立的過程，并分別研究其神經(jīng)基礎(chǔ)。然而，新興證據(jù)表明兩者在認(rèn)知控制機(jī)制和結(jié)果上存在重疊[1-3]，暗示其可能共享一個通用的神經(jīng)架構(gòu) 。盡管已有研究描繪了其重疊的神經(jīng)空間模式[4-5]，但其時間動態(tài)——即抑制過程中的神經(jīng)活動如何隨時間演變——仍然是一個尚未探索的關(guān)鍵科學(xué)問題。

二、研究方法

本研究通過四個環(huán)環(huán)相扣的實(shí)驗(yàn)，對272名健康成年人的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

實(shí)驗(yàn)一 fMRI

采用功能磁共振成像技術(shù)，設(shè)計(jì)了平行的聽覺與視覺抑制任務(wù)，并使用共同激活分析（Conjunction Analysis）來識別不同抑制策略（直接抑制、分心、抽離）在跨感覺模態(tài)下的共同神經(jīng)基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)二 EEG

采用高時間分辨率的腦電圖技術(shù)（64通道的actiCHamp plus 放大器，德國Brain Products公司生產(chǎn)，深圳瀚翔腦科學(xué)技術(shù)股份有限公司全國總代理），通過變化點(diǎn)分析（Change-point analysis）等方法，精準(zhǔn)描繪抑制狀態(tài)下的神經(jīng)振蕩特征，并定位神經(jīng)動態(tài)模式發(fā)生轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時間邊界。

實(shí)驗(yàn)三 fMRI

通過對比主動抑制、主動專注以及被動信息剝奪（如聽取雜亂音頻、閉眼）三種狀態(tài)，檢驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)動態(tài)模式的特異性與普遍性。

實(shí)驗(yàn)四 cTBS-fMRI

采用經(jīng)顱磁刺激設(shè)備進(jìn)行連續(xù)θ脈沖刺激（cTBS）(M-100 Ultimate，深圳英智科技有限公司) 這一神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，對抑制控制的關(guān)鍵腦區(qū)——背外側(cè)前額葉皮層（DLPFC）進(jìn)行暫時性干擾，以直接檢驗(yàn)“動態(tài)神經(jīng)失活”在抑制行為中的因果作用。

研究綜合運(yùn)用了動態(tài)因果模型（DCM）、多變量模式分析（MVPA）和表征相似性分析（RSA）等多種計(jì)算方法，從不同維度對數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入挖掘（圖1）。

圖1. 本研究的整體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與概念框架

三、研究結(jié)果

研究發(fā)現(xiàn)，直接抑制與競爭性抑制共享一個“以失活為主導(dǎo)”的時間動態(tài)模式。

“先激活，后失活”的動態(tài)特征：在抑制的早期階段（約0-3秒），額頂葉控制網(wǎng)絡(luò)（DLPFC/PPC）被激活；而在后期階段（約3-6秒），該網(wǎng)絡(luò)的激活水平逐漸下降，同時感覺皮層（聽覺/視覺皮層）的失活水平則進(jìn)行性加深。抑制行為表現(xiàn)越好，感覺皮層的這種動態(tài)失活就越顯著（圖2）。

圖2. 抑制過程中的“先激活后失活”神經(jīng)動態(tài)模式

因果關(guān)系驗(yàn)證：cTBS對DLPFC的抑制性刺激，顯著削弱了感覺皮層的動態(tài)失活過程，并直接導(dǎo)致了抑制任務(wù)表現(xiàn)的下降 。中介效應(yīng)分析證實(shí)，DLPFC正是通過驅(qū)動感覺皮層的動態(tài)失活來實(shí)現(xiàn)其抑制功能，證明了該機(jī)制的因果性（圖3）。

圖3. cTBS實(shí)驗(yàn)揭示的因果路徑

機(jī)制的普遍性：該“失活主導(dǎo)”模式不僅跨越聽覺和視覺模態(tài)，并且被證實(shí)是大腦應(yīng)對各類“低加工需求”場景的通用策略。當(dāng)被試被動接受無意義信息時，大腦也呈現(xiàn)出類似的動態(tài)失活模式；而當(dāng)被試高度專注時，大腦則呈現(xiàn)出完全相反的激活模式（圖4）。

圖4. 不同認(rèn)知需求下的神經(jīng)動態(tài)模式對比

核心機(jī)制：抑制如何實(shí)現(xiàn)“信息模糊化”？

以往的研究證實(shí)，持續(xù)的抑制過程會導(dǎo)致信息加工的逐步減弱，最終造成信息內(nèi)容的降解或丟失，這一現(xiàn)象被稱為“信息模糊化”。本研究不僅在行為層面觀察到抑制導(dǎo)致了從感知、理解到記憶的多階段認(rèn)知能力下降，更首次從神經(jīng)表征的層面，直觀地揭示了大腦實(shí)現(xiàn)“信息模糊化”的內(nèi)在機(jī)制。

研究運(yùn)用了表征相似性分析（RSA）這一前沿解碼技術(shù)。RSA分析結(jié)果顯示，在自然狀態(tài)下，大腦對不同刺激特征（如情緒效價、喚醒度、信息量等）會產(chǎn)生清晰、可區(qū)分的神經(jīng)活動模式，在表征矩陣上呈現(xiàn)為高度結(jié)構(gòu)化的彩色圖案。然而，一旦進(jìn)入主動抑制狀態(tài)，這些原本清晰的神經(jīng)表征模式便被顯著“解耦”，結(jié)構(gòu)化的圖案迅速變得混亂無序，趨近于隨機(jī)噪音（圖5）。這表明，大腦通過主動抑制，有效“模糊”了輸入信息的神經(jīng)“指紋”，使其難以被清晰地識別和加工。

圖5. RSA結(jié)果直觀展示抑制導(dǎo)致信息神經(jīng)表征的“模糊化”

神經(jīng)表征的模糊化，直接導(dǎo)致了大腦解碼信息能力的下降。這一點(diǎn)，在多變量模式分析（MVPA）中得到了進(jìn)一步的印證。研究訓(xùn)練了一個機(jī)器學(xué)習(xí)分類器（就像一個“讀心”算法）來區(qū)分高、低強(qiáng)度的信息特征。結(jié)果顯示，在自然狀態(tài)下，分類器可以精準(zhǔn)地從大腦活動模式中解碼出這些信息。然而，在抑制狀態(tài)下，分類器的解碼準(zhǔn)確率顯著下降，幾乎回到了隨機(jī)猜測的水平（圖6）。

這一系列發(fā)現(xiàn)共同揭示了“信息模糊化”的神經(jīng)本質(zhì)：抑制功能并非簡單地在下游“攔截”信息，而是在信息編碼的源頭——感覺皮層，通過主動降低神經(jīng)表征的清晰度和可辨識度來發(fā)揮作用。

圖6. MVPA結(jié)果顯示抑制狀態(tài)下大腦對信息特征的解碼能力顯著下降

四、結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，不同類型的抑制功能最終都通過一個共同的“動態(tài)神經(jīng)失活”機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了將抑制簡單視為“持續(xù)激活控制中樞”的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，將“神經(jīng)失活”重新定位為抑制功能的主導(dǎo)性核心機(jī)制。大腦通過一種前饋式的信號衰減，而非持續(xù)的資源投入，來實(shí)現(xiàn)對信息的有效過濾。該機(jī)制作為一種通用的、高效節(jié)能的神經(jīng)策略，被大腦廣泛應(yīng)用于各種低信息加工需求的場景中。這些發(fā)現(xiàn)不僅為理解認(rèn)知控制的統(tǒng)一神經(jīng)基礎(chǔ)提供了全新的理論視角，也為未來針對相關(guān)精神與神經(jīng)障礙的干預(yù)提供了重要的參考。

綜上所述，本研究為理解大腦抑制功能的通用神經(jīng)機(jī)制提供了統(tǒng)一的理論框架。但任何研究都存在其局限性與可供未來探索的方向。例如，本研究中的跨模態(tài)解碼分析發(fā)現(xiàn)，從聽覺到視覺的抑制狀態(tài)預(yù)測是穩(wěn)健的，而反向預(yù)測的效率則相對較弱，這種解碼效果的不對稱性背后的深層機(jī)制值得未來進(jìn)一步探究 。此外，研究還觀察到，抑制過程對不同信息特征的衰減效應(yīng)存在模態(tài)特異性，即在不同感覺通道中，“模糊化”處理的具體特征有所不同，系統(tǒng)性地解析這些模態(tài)依賴的抑制策略將是未來一個有趣的研究方向 。

最終，本研究揭示的“動態(tài)神經(jīng)失活”作為一種管理低加工需求的通用策略，為統(tǒng)一認(rèn)知控制與感覺剝奪等不同研究領(lǐng)域提供了橋梁，未來的研究可以在此框架下，探索該機(jī)制在更多認(rèn)知過程以及相關(guān)臨床障礙（如注意缺陷、思維反芻等）中的作用。

作者簡介

深圳大學(xué)心理學(xué)院為該論文第一完成單位，深圳大學(xué)心理學(xué)院何振宏助理教授為該論文的第一作者，曼徹斯特大學(xué)Rebecca Elliott教授為通訊作者。劍橋大學(xué)英國皇家科學(xué)院院士Barbara Sahakian教授為該論文重要作者之一。論文的構(gòu)思與研究邏輯得到了同為英國皇家科學(xué)院院士的Trevor Robbins教授的指導(dǎo)。兩名科研助理——杜一帆老師（第二作者）與楊云凱老師均對論文做出了重要貢獻(xiàn)。該研究獲得了國家自然科學(xué)基金，深圳市優(yōu)秀科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)項(xiàng)目，深圳市新引進(jìn)高精尖缺人才科研啟動費(fèi)，以及深港腦課題資助。