关于大脑皮层控制作用的论文文献

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MRI 采集和分析 扫描获取被试的全脑高分辨率T1像后按照标准程序（Fischl B, DaleAM (2000) Measuring the thickness of the human cerebral cortex from magneticresonance images. Proc Natl Acad Sci USA 97:11050–11055.）使用Freesurfer 5.3进行重建。基于Destrieux atlas（Destrieux C, Fischl B, Dale A, Halgren E (2010)Automatic parcellation of human cortical gyri and sulci using standardanatomical nomenclature. Neuroimage 53:1–15.）提取以下ROIs的皮质厚度：vmPFC，insula, APFC和dACC。4. 统计分析 T1横向分析包括按中位数将145名儿童分为幼龄组（7.41-9.59岁，n = 72）和大龄组（9.61-12.04岁，n =73），此外还有一组成年人。正确判定和错误判定的差值作为被试的认知准确率，AUC值作为元记忆分辨率。这一措施描述了观察者在自信判断中如何区分正确和不正确的反应，并通过绘制不同级别的累积置信对确定正确与不正确的响应计算AUC。然后使用lme4中实现的多级模型进行纵向分析：首先计算了认知准确率，AUCROC2和皮层厚度随时间的线性或非线性变化。其次计算了不同ROI的皮层变化与AUCROC2随时间变化的相关分析。为了确保我们的结果不依赖于元记忆的精确测量，我们还将meta d'作为基于模型的元记忆监测。 lme4多级模型： 是感兴趣的结果， 是随机截距（对于个体i的初始评估的预测得分）， 是随机斜率（个体i的预测变化率）， 是自初始评估以来的时间量， 是残差。在第2级模型中， 是个体i第一次参与实验的年龄， 表示T1阶段的9.6岁小孩的预测得分。 2级回归系数 表示截距的横向差异。第二个模型测试了二次关系，并且包括随时间变化的二次效应。在第三个模型中，将 作为线性斜率和二次斜率的预测因子（当需要二次斜率时），以测试个体随时间的变化率是否取决于T1的年龄。我们使用似然比检验来测试模型拟合的差异。性别作为所有模型中level 2的协变量，如果不重要，则从进一步分析中除去。报告的最终模型仅包括显着增加模型稳定性的预测因子。level2的协变量包括每个ROI在T1年龄段的皮层厚度和T1之后的皮质厚度变化。首先，由ROIs在T1的皮层厚度和随时间的厚度变化预测了随机截距。然后测试了每个ROI中的初始厚度和厚度变化是否预测随时间变化的速率（即斜率）。为了排除半脑差异，对左半脑和右半脑分别分析。 Bonferroni校正多重比较应用于ROI和posthoc比较（labeled PBonf）。 1. Age Differences and Change in Recognition Accuracy over Time 使用包含以9.6岁的截距为中心的线性和二次模型来研究被试识别精度的纵向提高，研究发现了时间变化显著的线性（b = 0.061，P <0.05）和二次（b = 0.014，P <0.05）影响，被试认知识别的准确度随时间提高，但与后期相比，前期的提高更显著（图S1）。此外还评估了操作任务难度导致识别精度的差异，在所有儿童和时间点上，识别假想参与场景的准确率高于忽视场景[b = 0.124，P <0.05，Bonferroni校正P（PBonf）<0.05]，且高于passive blocks（b = 0.050，P <0.05，PBonf <0.05）（图S1）。假想参与场景相对于被动状态的纵向提高较大（b = 0.020，P <0.05，PBonf = 0.09），但是忽略场景条件相对于被动状态的纵向提高不明显（P> 0.54），彼此没有显著差异（P> 0.13）。在P <0.05水平上相互作用不显着（所有P> 0.08）。总体而言，随着时间的推移，识别准确度得到改善，假想参与场景的识别准确度有最大提高。2. Age Differences and Change in Metamemory Monitoring over Time 对于T1期间记忆监测的年龄差异的初步评估，本文首先比较了儿童和成人之间正确和不正确反应的平均信心（图2A）。有效的记忆监测反映在对正确反应比对错误反应有更高的判断信心。通过年龄组（年龄较小的儿童与较大的儿童与成年人）×条件（参加与，忽略，被动）×识别准确度（正确与不正确）混合方差分析来检查T1中的信心判断的年龄差异。 研究发现一个显着的年龄组×精度相互作用[F（2,169）= 11.32，P <0.05，partial η2（ηp2）= 0.12]，使得参与者在认知测试中正确反应比不正确反应的信心更高。成年人相对于幼童（P <0.05，PBonf <0.05）和较大龄儿童（P <0.05，PBonf <0.05）都表现出显著差异。两组儿童间没有显著差异（P = 0.10，PBonf = 0.30）。与两组儿童相比，成年人元记忆准确性内省能力的年龄差异是由于成年人对错误反应的信心较低[F（2,169）= 5.90，P <0.05，ηp2 = 0.07]。相比之下，正确反应的信心没有年龄差异[F（2,169）= 0.34，P = 0.71，ηp2 = 0.00]。严格来说，当识别精度被包括为协变量[F（2,168）= 9.78，P <0.05，ηp2 = 0.10]时，这个年龄组×准确度相互作用在置信判断中保持显着。 将条件（参与，忽略，被动）作为方差分析中的一个因素以评估编码时的注意力变化是否会导致T1阶段记忆监测的年龄差异。状态×精度有显著相互作用[F（2,338）= 9.96，P <0.05，ηp2 = 0.06]。参与比忽略对正确反应的信心要高（P <0.05，PBonf <0.05），反之忽略高于被动状态（P <0.05，PBonf <0.05）。对错误反应的置信度在不同条件下没有差异（P> 0.47）。在所有年龄组均观察到这种情况，而年龄组间差异无统计学意义（P = 0.37）。其余的相互作用均不显着（Ps> 0.24）。 总之，虽然对正确反应的信心受到条件的影响，但这些影响并不依赖于年龄。因此所有后续分析混合了各种情况下元记忆监测能力的变化。使用以9.6岁为中心的截距和随时间线性变化的模型研究了元记忆分辨率的纵向变化。T1阶段的结果表明大龄组较幼龄组的元记忆分辨率高[b = 0.010，P <0.05;图2B提供了与成年人的横向比较]。时间的线性效应也是显着的（b = 0.014，P <0.05），表明元记忆分辨率随时间变化递增（图2C，D）。当识别精度包含在模型中时，元记忆分辨率与时间的相关任然存在（b = 0.012，P <0.05），这表明元记忆监测能力的纵向提高不仅仅反应在识别精度的提高。这些结果用替代的元记忆敏感性测量法（ meta d’）进行了复制，该方法基于信号检测理论（图S2）。3. Age Differences and Change in CorticalThickness over Time 从先验的ROIs提取皮层厚度，即左右半脑的anterior insula，vmPFC，APFC和dACC。首先研究了T1阶段两组儿童和成人横向的皮层厚度差异（图3）。所有的ROI的皮层厚度都有显著年龄差异（PsBonf <0.05），此外成年人的所有ROI的皮层厚度都比两组儿童的低（PsBonf <0.05），但两组儿童间没有差异（PsBonf> 0.05）。这表明支持元记忆监测的脑区均随年龄增长产生了皮层发育。 其次，使用以9.6岁为中心的截距和随时间线性变化的模型来研究儿童皮层厚度的纵向变化。每个ROI的参数估计和统计分析如图3和表1所示（各个数据点如图S3所示）。在左半球，T1阶段脑岛有显着主效应，在多次比较校正后vmPFC尽管不显著但有主效应趋势。在这脑区，年龄较大的儿童初次评估时的皮层厚度比年龄小的儿童低。时间的线性效应在脑岛中显着，但在APFC，vmPFC或dACC中不显着（图3）。左脑ROI的后续分析表明，脑岛的皮层厚度变薄显着大于dACC（P<0.05，PBonf <0.05）和vmPFC（P <0.05，PBonf <0.05）的皮层厚度变化，比APFC（P<0.05，PBonf = 0.09）的皮层厚度变化有显著趋势。 在右半球，时间的线性效应在脑岛和vmPFC中显着，但在dACC和APFC中不显著（图3和表1）。而随着时间的推移，脑岛的皮层厚度变薄显著，但vmPFC中皮层厚度反而增加了，此外，在APFC中观察到变薄的趋势（P= 0.05，在多次比较校正之前）。对右脑ROIs的组间比较证明脑岛与vmPFC（P <0.05，PBonf <0.05），vmPFC与APFC（P<0.05，PBonf <0.05）之间的发育轨迹有显著异常，而vmPFC和dACC（P= 0.07，PBonf = 0.21）并无显著异常。在左半球或右半球的任何ROI中，时间和高阶相互作用的二次效应不可靠。 总之，这些纵向分析显示了ROIs皮层厚度的不同发育轨迹，脑岛皮层变薄，vmPFC皮层变厚，在研究时间段内dACC或APFC无显著变化。4. CorticalChanges Predict Metamemory Monitoring Improvement over Time 本研究不仅提供了儿童皮层发育的证据，还研究了这些皮层变化是否预测了记忆监测能力的变化，即ROIs中的初始厚度和厚度变化是否能够预测元记忆分辨率的改善。在左半球，随时间增加脑岛皮层显著变薄的儿童（b = -0.160，P<0.05;图4A），以及随时间增加vmPFC皮层显着变厚的儿童（b =0.158，P< 0.05;图4B），均随时间的推移显示出更高的记忆监测改善率。APFC（b =0.023，P =0.63）和dACC（b =0.017，P =0.68）的变化不能预测元记忆分辨率的变化。此外，对照分析表明，在控制识别准确率后，记忆分辨率的增加率仍然与左侧vmPFC（b =0.13，P =0.02）和左前脑岛（b =-0.14，P =0.01）的变化相关。在右半球，随时间增加脑岛皮层变薄只能大致作为总体记忆分辨率的预测因子（b =-0.090，P =0.05），且与元记忆分辨率的改变不相关。跨半球的模型与左半球观察到的结果类似。 总之，这些结果表明额叶亚区域的皮层发育有助于提高儿童对记忆准确性的内省能力。然而，不同皮层区域有助于记忆监测的方式取决于它们独特的皮层变化模式。研究结果表明，儿童过渡到青春期的元记忆监测能力的增加与脑岛皮层变薄和vmPFC皮层变后有关。5. Relation of Metamemory Monitoring to Intellectual Ability 元记忆监测能力对规范大脑学习有重要作用，因此这一能力的提高可能也会与智商变化相关。仅在T1和T3两个时间点测量被试的 IQ。因此，使用路径建模（图S4）来研究元记忆分辨率（AUCROC2），识别精度和IQ之间的并发关系以及它们的纵向关系。该模型显示出良好的拟合[χ2（6）=3.46，比较拟合指数（CFI）=1.00，近似均方根误差（RMSEA）=0.00，90％置信区间=0.00-0.09]。T1（r = 0.19，P =0.05）和T3（r =0.17，P =0.07）的IQ和元记忆分辨率之间存在趋势相关。此外T1阶段的IQ可以预测T3阶段的元记忆分辨率（β=0.24，P<0.05），T3时T1预测IQ的记忆分辨率（β=0.26，P<0.05）。因此，元记忆分辨率和智商不仅同时相关，而且在横向和纵向都表现出相互影响。但是记忆监测与智力能力之间的关系不太可能反映与记忆能力的共同关系，因为横向纵向两种分析所用的模型均包含了记忆准确率（图S4）。总之，本文代表了对理解支持元记忆发展的神经机制研究的第一步，因为元记忆监测能力对学习和决策至关重要。研究结果表明，元记忆监测能力的发育远超儿童中期，并表现为前脑岛和vmPFC的结构变化，而且元记忆监测能力的发育与儿童智力的变化显著相关。因此，对于支持元记忆和元认知的神经认知机制的更好理解对当前的教育发展尤为重要。在这种情况下，寻找提高元认知监测能力的有效途径及其对元认知控制的应用必然有助于指导和改善个体自我管理学习的能力。 参考文献：Yana Fandakova,Diana Selmeczy, Sarah Leckey, Kevin J. Grimm,et al. Changes in ventromedialprefrontal and insular cortex support the development of metamemory fromchildhood into adolescence. PNAS. 2017 网址：