由客座副教授 Chimura、Nakahara 教授和特聘教授 Takeda 组成的研究小组阐明了在困难情况下抑制不当反应的大脑机制。呈现认知控制和感知三部曲

庆应义塾大学理工学院研究生院的硕士生津村佳穗和新泷玲子（研究时分别于 2019 年和 2022 年完成学业），以及科学与工程学院生物信息学系的千村浩二副教授（大学客座副教授）都是该大学研究所的成员脑通讯研究中心的中原清教授、特聘武田真纪教授与Araya Co, Ltd的团队负责人Junichi Chikazoe合作发现，当在外界信息不确定的情况下抑制不当行为时，前额叶皮层和枕颞叶皮层之间通过人脑颞上沟的信号传递会发生逆转。

目前的结果表明，依赖于外部世界感知的反应抑制是通过以颞上沟为中心的前额皮质-颞叶回路实现的。这也说明了人类特有的高级认知功能是通过大规模、精细的神经回路来实现的。
这项研究发表在 5 月 2 日由神经科学学会出版的《神经科学杂志》初版上。

（左一：Kiyoshi Nakahara教授，右：特聘教授Maki Takeda）（第二张照片：访问副教授Koji Chimura）

抑制不当反应是一种认知控制功能，使我们能够适应不断变化的环境。例如，您可以通过在十字路口的交通灯为绿色时继续行驶、为红色时停止来确保您的安全（图A）。已知抑制不适当反应的“反应抑制”是涉及人类右大脑半球前额皮质的重要控制功能。

然而，在我们的日常生活中，我们并不总是能够正确地辨别周围的重要信息。以交通灯为例，颜色可能难以区分。例如，如果交通信号灯是绿色和红色混合的，则很难判断是继续还是停止（图A）。即使交通灯实际上并不发出红光和绿光的混合光，根据阳光的量通常也很难区分颜色。然而，先前关于反应抑制的研究一直基于这样的假设：可以清楚地区分行为发生的情况。

另一方面，在“知觉决策”研究中，通过操纵感知信息的模糊性来检验辨别力如何变化，我们知道枕颞皮层依赖于视觉信息的形态（例如运动）来指导辨别力。因此，该研究小组提出了这样的问题：“在知觉模糊的情况下，大脑前额叶皮层和枕颞叶皮层中的哪些机制实现了反应抑制？”

首先，我们的研究小组创造了视觉刺激来操纵运动的模糊性。在这种刺激中，出现了许多小点，每个点向上、向下或随机移动（图 B）。这种运动的随机性操纵了感知的模糊性。

当人类受试者受到这种刺激时，他们需要根据整体点移动的方向来决定是否按下按钮（即抑制反应）。这些分别称为 GO 试验和 NO-GO 试验（图 B，右）。然后，我们使用功能性 MRI 测量了 GO 和 NO-GO 试验期间的人类大脑活动。
点运动的模糊性越高，感知该运动就越困难，因此产生的错误也就越多。这里重要的是，N0-GO 试验中的错误增加量比 GO 试验中更大（图 B 的右下角；从统计学上讲，这称为交互作用）。这表明随着知觉模糊性的增加，反应抑制本身变得困难。

当我们搜索与“与知觉模糊相关的反应抑制难度增加”（统计相互作用）相关的大脑区域时，我们发现了颞上沟（图 C 中的蓝色区域）。在 NO-GO 试验中，该区域的活动更大，更容易被察觉。此外，在成功的 NO-GO 试验中，该区域也变得更大（图 C 中的绿色区域）。

此外，在 NO-GO 试验中，右侧前额叶皮层的活动较大，当点知觉的模糊性较低时，位于颞上沟后方的枕颞叶皮层中颞区的活动较大（图 D）。当我们研究这两个区域和颞上沟之间的信号传递模式时，我们发现，当知觉模糊度较低时，会出现“自下而上的信号”，其中反应抑制信号从颞中区通过颞上沟传递到前额皮质（图D中的红色箭头）。我们发现，当模糊性增加时，该信号的传输方式会发生逆转，从而产生从前额叶皮层到颞上沟和颞中区的“自上而下的信号”（图D中的绿色箭头）。

这些结果表明，反应抑制依赖于感知决策来从外部世界提取重要信息。这表明颞上沟作为参与反应抑制的右前额叶皮层和参与知觉决策的枕颞叶皮层之间的中继区域，在视觉信息转化为认知控制信息中发挥着重要作用。

2021年和2022年，该研究小组阐明了前额皮质和枕颞区在涉及知觉决策的“行为灵活性”中的机制（参考文献[1, 2]）。本研究中研究的“行为灵活性”和“反应抑制”被称为主要的认知控制功能。该研究小组的“三部曲”起到了路标的作用，表明可以通过测量大脑活动来建立一个测量人类感知决策和认知控制之间关系的框架作为一门科学。

通过这三部曲，我觉得自己已经取得了科学突破，能够对认知和感知决策的执行控制基础的大脑机制提供一致的解释。首先，我想验证一下这个三部曲的再现性和可靠性。我们希望相关领域的研究人员能够跟进这一系列的成果，推动这个领域的进步。另一方面，当我们仔细观察这组结果时，我们意识到出现了新的问题，并且有许多重要的问题需要回答。未来，我要不断地解决这些问题，积累成果，用现代科学方法来解决人类的终极问题：“我是谁？”

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中原教授的前沿研究“利用fMRI可视化大脑活动，探索大脑和记忆机制的奥秘”是点击此处

[原始论文信息]
Tsumura K、Shintaki R、Takeda M、Chikazoe J、Nakahara K、Jimura K (2022) 感知不确定性在反应抑制期间交替自上而下和自下而上的额颞叶网络信号传导。 J Neurosci，doi：101523/JNEUROSCI2537-212022。

[参考文献]
[1] Tsumura K、Aoki R、Takeda M、Nakahara K、Jimura K (2021) 感知不确定性下任务切换期间的跨半球互补前额叶机制。神经科学杂志 41, 2197-2213。
庆应义塾大学新闻稿（2021 年 1 月 26 日）：
“不确定环境中的行为转换 - 认知控制和感知的补充大脑机制”
https://wwwkeioacjp/ja/press-releases/2021/1/26/28-77655/

[2] Tsumura K、Kosugi K、Hattori Y、Aoki R、Takeda M、Chikazoe J、Nakahara K、Jimura K (2022) 可逆额枕颞叶信号传导补充了模糊线索下的任务编码和切换。大脑皮层 32，1911-1931。
庆应义塾大学新闻稿（2021 年 9 月 16 日）：
“阐明在采取行动不明确的情况下的认知灵活性”
https://wwwkeioacjp/ja/press-releases/2021/9/16/28-82518/

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