目標導向行為背后是非常復雜的加工過程，我們必須對目標形成一系列計劃，根據(jù)過去的經(jīng)驗總結出當前環(huán)境中可以進行的行動以執(zhí)行計劃完成目標，且一個計劃向另一個計劃轉變還需要監(jiān)控當前行為的成功率，這些操作都會涉及“認知控制”。

Part 1 額葉子區(qū)域

額葉占據(jù)了人類大腦的三分之一，以中央溝為界限與頂葉區(qū)分開來，以外側裂為界與顳葉分開。額葉后部是初級運動皮質以及刺激運動皮質，其余額葉區(qū)域稱為前額葉皮質。人類的前額葉皮質相對于靈長類動物而言，白質的延伸顯著多于灰質。實際上，幾乎所有的皮質和皮質下區(qū)域都通過直接投射或間接地通過幾個突觸中繼站影響前額葉皮質，前額葉皮質也會傳送一些信息到向它投射的區(qū)域，比如前額葉皮質與頂葉顳葉皮質的大部相連。

前額葉的三個部分在認知控制中具有重要作用：外側前額葉皮質、額極、內側額葉皮質（雖然扣帶回是較早發(fā)育的神經(jīng)系統(tǒng)結構，但其也對認知控制有重要影響）。

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Part 2 外側前額葉皮質和工作記憶

我們存儲知識的長時記憶與短時記憶（準確來說是工作記憶）是有區(qū)別的：長時記憶更可能依賴于語義特征網(wǎng)絡，而工作記憶則是對任務相關信息的瞬時表征。工作記憶的表征與當前環(huán)境的事件或最近經(jīng)歷的事物緊密相連。工作記憶使得我們不單單是簡單地對刺激做出反應，還能夠讓我們提取長時記憶中的經(jīng)驗去對刺激做出高效合理的反應。

研究發(fā)現(xiàn)，前額葉皮質對工作記憶是很重要的。實驗中，讓猴子看食物放到兩個食物槽中的一個，然后遮住猴子的視線（用一個擋板），延遲一段時間后拿起擋板讓猴子選擇食物槽以獲得食物（這里食物沒有被調換到另一個槽）。該任務中，由于與選擇食物有一段時間延遲（擋住視野的那段時間），猴子需要在頭腦中保持對食物的表征才能夠讓其在最后做出正確的選擇。而實驗結果是，前額葉皮質受損的猴子的任務成績很差。但神奇的是，前額葉皮質對聯(lián)想記憶沒有損害：還是同樣的實驗設置，只是這次食物要與某個線索建立聯(lián)系（如圓形圖案），圓形圖案出現(xiàn)則說明食物在該食物槽中（該任務中，食物會被隨機調換位置），猴子要獲得食物最優(yōu)策略是根據(jù)線索來判斷。在該實驗中，發(fā)現(xiàn)前額葉皮質損傷的猴子完成任務的成績與未受損的猴子一樣，表明聯(lián)想記憶不會受到前額葉皮質的太大影響。此外，前額葉損傷也不影響再認，在實驗中表現(xiàn)為可以充分識別出一個物體是新的或再認另外一個物體是熟悉的。

額葉參與人類的工作記憶任務，根據(jù)對孩子的觀察，小于一歲的孩子不能夠完成類似猴子實驗一種的任務（在兩個位置上放置糖果，一段時間后讓孩子去尋找糖果），因為這個年紀孩子的額葉還在發(fā)展。

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工作記憶的生理機制。工作記憶系統(tǒng)要滿足兩種條件：一個訪問存儲信息的機制，一種保持信息激活的方法。前額葉皮質能夠完成這兩項操作。

關于工作記憶背后的前額葉皮質機制，有觀點認為：前額葉皮質只是提供了一個暫時的存儲區(qū)域，存儲的是來自其他神經(jīng)區(qū)域的表征。當感知到一個刺激時，暫時的表征通過前額葉皮質與后腦連接的通路呈現(xiàn)在前額葉皮質中，前額葉皮質細胞的持續(xù)性激活可能表明了該網(wǎng)絡內持續(xù)信息的傳遞。

面孔延遲反應任務研究了前額葉皮質和梭狀回面孔區(qū)域的激活。任務在編碼階段呈現(xiàn)一組完整的面孔或是被打散了的面孔，之后呈現(xiàn)“+”作為延遲，最后呈現(xiàn)一張面孔圖讓被試辨認是否是前面呈現(xiàn)過的。在實驗中，編碼階段FFA（梭狀回面孔區(qū)域）的激活比前額葉皮質激活更早達到峰值；而在記憶提取階段（即要被試辨認面孔是否出現(xiàn)過的時候），前額葉皮質的激活更早達到峰值。（考慮刪除……）

Part 3前額葉皮質與其他類型記憶

額葉和記憶的時間組織。額葉損傷的病人在記憶中組織和分離事件的能力受到損傷，表現(xiàn)出近事記憶受損。采用近事辨別任務來研究這類記憶：每次呈現(xiàn)一張卡片，卡片上有兩個圖案，隨后呈現(xiàn)多張卡片，詢問被試之后卡片上的圖案哪個是最近看到的。近事判斷任務中，背外側皮質損傷的病人成績下降得很厲害。

近事辨別任務的變式，自定次序的指向任務也可以做相關研究。在自定次序指向任務中，要求被試辨認卡片上新出現(xiàn)的圖案。實驗結果也與近事辨別任務一樣，額葉損傷病人比控制組被試的錯誤更多。

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源記憶。記憶中，除了存儲的內容，與事件有關的背景或情境也被記憶了，這些與記憶內容有關的情境背景記憶就叫做源記憶。源記憶源于額葉的完整，在實驗中，要求被試識記某個項目，之后讓被試回憶該項目以及相關的情境，發(fā)現(xiàn)在源記憶測驗上成績較低與額葉功能較低有關，項目記憶測驗上成績較低與額葉功能較低有關。

在之前的part中，有假設認為工作記憶只是暫時存儲來自其他腦區(qū)的信息并用這些來進行加工操作，且前額葉皮質對工作記憶來說很重要，而現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)源記憶任務成績會受到前額葉皮質的損傷影響，這暗示著可能源記憶要求不同信息源的整合，表征必須被維持才能夠發(fā)生聯(lián)系。

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Part 4 前額葉皮質的成分分析

基于加工內容對前額葉內功能分化的解釋。在先前提出過兩個復述系統(tǒng)會為了抵達中央執(zhí)行系統(tǒng)而競爭，這兩個系統(tǒng)是視覺空間板和語音環(huán)路。視覺空間板會激活物體以及物體的空間表征（物體在哪個位置）；語音環(huán)路則是將信息以激活狀態(tài)維持在言語工作記憶中的加工過程，通常我們會通過內隱（自動無意識地）復述（默念）來維持這一加工。一種基于內容的假說建立于兩種皮質視覺系統(tǒng)的觀點上：背側的視覺通路在空間信息（視覺空間板）的分析加工中很重要，腹側通路則對于物體信息的分析很重要，將腹側-背側的差異延伸到前額葉皮質。

基于加工過程的前額葉內功能分化的解釋。考察個體按照時間順序加工信息的過程在頭腦中的刺激表征，采用逆序任務，增加個體加工的復雜性。如“n-back”任務，當刺激與第n個項目之前呈現(xiàn)的刺激一致，就需要做反應，例如2-back任務，讓被試在隨后間隔兩個項目出現(xiàn)相同刺激時作反應：A-B-B-A-C-S-D-C-S（紅色加粗為需要反應的刺激）。在n-back任務中，被試不僅要保持記憶，還要在工作記憶中進行操作（對比先前刺激與現(xiàn)在的刺激并計算間隔數(shù)量）。研究發(fā)現(xiàn)，隨著n-back任務難度提升，外側前額葉皮質激活增加。

額葉前部的一些區(qū)域（如背外側前額葉）經(jīng)常得到研究，但同處前部的額極卻少有研究，因為最前端的額極對成像偽跡更敏感使得信噪比很弱。且根據(jù)進化規(guī)律，最晚進化的前部結構的個體差異會更大，所以或許不能夠得出像其他腦區(qū)一樣普遍性的結論。

另外，工作記憶任務中，簡單的可能只會激活后部前額葉皮質區(qū)域或刺激運動區(qū)，如果進行復雜加工，額極可能也會參與。

Part 5 目標導向行為

額葉損傷會影響個體制定條理分明的行動計劃的能力，病人在做目標導向的三個任務時，只拘泥于一項或兩項任務而無法完成三項任務。

成功執(zhí)行一項行為計劃，首先需要確認目標并發(fā)展出子目標；其次考慮目標中可能的結果是什么再進行進一步地更為具體的選擇；最后需要了解為了達成子目標需要哪一些條件。例如，我想要考取心理學研究生（總目標），其下的子目標有：掌握課本知識、學好英語、選定學?！枰臈l件有：專業(yè)課本等。制定行為計劃意味著對可能的子目標同時進行考慮。

目標導向行為，需要認知控制參與：我們要在不同子目標之間轉換注意。復雜行為要求我們保持當前的目標，關注與達成目標有關的信息，忽略無關信息，并且還要以協(xié)調的方式在不同子目標之間轉換。

在對額葉失調的病人進行診斷的過程中，通常會使用威斯康星卡片分類任務。該任務中，給被試呈現(xiàn)卡片，要求被試對卡片分類，但是不會告知被試分類的規(guī)則（實驗者只會告知“對”或“錯”），被試需要在常識錯誤中探索出分類的規(guī)則；而一旦被試掌握了規(guī)則（即連續(xù)十次作出了正確的反應），實驗者又會改變規(guī)則（但不會告訴被試規(guī)則改變了）。于是，在威斯康星卡片分類任務中，被試必須將當前的信息與之前的信息整合起來才能夠推測出規(guī)則，在改變規(guī)則后，被試又需要拋棄原有規(guī)則。額葉損傷的個體在完成這項任務時產(chǎn)生困難，在保留先前反應來推測規(guī)則上存在困難，也在規(guī)則轉換上存在困難（個體會堅持使用舊規(guī)則，即使被告知反應錯誤）。

另一類任務轉換實驗是，要求被試根據(jù)線索來對字母或數(shù)字作出反應：如，顏色線索中，紅色要求被試對K4中的字母反應（即報告“K”），綠色要求被試對數(shù)字作反應；語詞線索中，卡片上直接有詞語提示，“數(shù)字”即報告數(shù)字。在該項任務中，顏色線索提示的需要被試看到顏色線索后提取規(guī)則相關的記憶（如紅色作字母報告），而語詞線索則不需要進行這一操作。結果發(fā)現(xiàn)在顏色線索任務里，病人轉換策略（從紅色到綠色的規(guī)則轉換）要慢得多，說明額葉損傷的個體策略轉換上存在困難。不過任務轉換實驗對于病人成績較低的原因尚不清楚，該任務成績低可能是嘗試錯誤學習的策略失敗，也可能是無法忽略先前策略。

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目標導向行為需要對任務相關信息作出選擇，Art Shimamura認為，前額葉皮質是任務的動態(tài)過濾機制：前額葉皮質負責存儲表征，并且選擇與當前任務要求最為符合的信息。工作記憶中的注意成分會使得與目標相關的信息被凸顯進而更容易得到加工。額葉在選擇任務相關信息中起到很關鍵的作用，額葉損傷的病人則表現(xiàn)出注意某個維度而無法轉移到其他與目標相關的維度上，當病人處于多種信息源競爭的情境中時，注意力也很難集中。

另外，在生成任務（讓被試根據(jù)提示詞聯(lián)想相關的詞，如呈現(xiàn)“剪刀”，讓被試聯(lián)想到相關動詞“剪”）和重復任務（隔一段時間后復述單詞）中，完成生成任務的個體在左側顳葉有明顯激活，說明該區(qū)域可能參與語義信息的存儲。

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Part 6 自上而下的認知控制

結合TMS（經(jīng)顱磁刺激）和fMRI技術，研究額葉內的額葉眼區(qū)（frontal eye fields, FEF），發(fā)現(xiàn)其在保持現(xiàn)有焦點和新出現(xiàn)的干擾刺激的注意的平衡之間有重要作用，也就是說，FEF對于個體將注意集中于當前刺激（或從被暫時奪去注意的新干擾刺激中轉移回來）有重要的作用。

自上而下的控制可以通過一直控制來進行。抑制控制是對某類刺激的抑制，如當我們對某個刺激進行加工時，就需要在注意該刺激的同時抑制先前呈現(xiàn)的刺激。額葉損傷的被試會導致抑制控制的激活產(chǎn)生延遲，更難對當前刺激做出判斷。

另外，呈現(xiàn)面孔或風景圖并讓被試記憶的任務中，發(fā)現(xiàn)指導語指定的任務目標能夠通過增強任務相關信息或者抑制任務無關信息對知覺加工進行控制：讓被試注意面孔時，海馬旁回位置（位置刺激會激活的腦區(qū)）激活下降，梭狀回面孔區(qū)激活更強；而讓被試注意風景時，則出現(xiàn)了反轉效應。

為了進一步研究自上而下控制中前額葉皮質的作用，將工作記憶任務和選擇性注意任務結合在一起：呈現(xiàn)一串數(shù)字給被試讓被試記憶（工作記憶），之后呈現(xiàn)面孔圖并在面孔上顯示某個名人的名字讓被試判斷該名字是政治家還是明星（選擇性注意任務，該任務讓被試抑制對面孔的反應，注意顯示的名字）。結果發(fā)現(xiàn)，當工作記憶任務的要求越高，被試在選擇性注意任務中對無關面孔圖的FFA（梭狀回面孔區(qū)）反應更大。這表明當前額葉忙于某一任務（如工作記憶保持）時，抑制無關信息（面孔）的能力會受到削弱。

抑制控制的一種形式是對動作的抑制。研究動作抑制的實驗范式之一是停止信號任務：被試需要根據(jù)不同的提示來反應或停止反應，停止反應往往是對先前規(guī)則的一種放棄（如看到紅色要按鍵反應，之后轉換任務，看到紅色不反應）。在停止信號任務中，有三種可能情境：一是正確反應；二是成功停止（不需要反應時被試不反應）；三是失敗停止（不需要反應但是反應了）。研究發(fā)現(xiàn)，額葉損傷病人在放棄原有規(guī)則上比正常人要慢，且影響反應的與右側額下回損傷（而不是左側額下回損傷）有關。不過，在停止的兩種情況（成功停止和失敗停止）中，都出現(xiàn)了右側額下回激活，只是在失敗停止中，高激活出現(xiàn)在刺激最初呈現(xiàn)時，說明即使是在失敗停止中，右側前額葉也都產(chǎn)生了停止命令，只是運動皮質的最初激活水平會產(chǎn)生快速反應（動作抑制失?。?/span>

Part 7 保證目標導向行為的成功

Norman和Shallice提出了反應選擇模型，該模型中，有四個模塊，分別是知覺輸入系統(tǒng)、競爭調度模塊、監(jiān)控注意系統(tǒng)（supervisory attentional system, SAS）和圖式控制單元：知覺輸入與圖式控制單元聯(lián)系，如我們走進咖啡廳后，知覺輸入激活相應的圖式控制單元讓我們去尋找座位坐下點單；競爭調度是被動的過程，當兩個圖式控制單元產(chǎn)生沖突時，就會需要競爭調度，只有一個圖式能夠贏得競爭并產(chǎn)生動作；監(jiān)控注意系統(tǒng)，根據(jù)任務強調情境中目標的重要性以分配不同的加工資源。

監(jiān)控系統(tǒng)重要的成分之一是內側額葉皮質中的扣帶前皮質，在分配注意任務中扣帶前回的激活最為顯著。另外，內側額葉皮質還提供與錯誤相關的電生理信號。當人們做出錯誤反應時，就在運動發(fā)起后，前額葉皮質處的腦內扣帶前回有一個很大的誘發(fā)反應，這個信號也被稱為錯誤相關負波（errorrelated negativity, ERN）。ERN在被試沒有意識到錯誤時是不會出現(xiàn)的，只有在被試意識到自己反應錯誤了，才會產(chǎn)生，且其大小與不正確反應的強度有關。

之后的研究發(fā)現(xiàn)，ERN并不只是局限于錯誤的情境中，在Stroop任務中也會被激活。于是Jonathan Cohen等人假設，內側額葉皮質的功能應該是反應沖突，而錯誤也是一種沖突情境。在困難和新異的情境中，會產(chǎn)生較高的反應沖突，當監(jiān)控系統(tǒng)檢測到?jīng)_突程度提升，則會提高注意警覺。

采用側抑制任務（fanlker task）研究，即中間目標刺激與周圍干擾刺激的一致性作為變量（一致如AAAAAAA，不一致如HHHAHHH），發(fā)現(xiàn)內側額葉皮質在不一致試次中的神經(jīng)活動高于一致試次，這說明了內側額葉皮質的激活其實是監(jiān)控，而非專屬于錯誤。

對Stroop任務進行改良，研究目標選擇和反應沖突的相關神經(jīng)機制：要求被試按照線索來對刺激進行反應，如果線索是“顏色”，則被試需要說出刺激的顏色（例如，紅色，被試需要報告“綠色”），如線索是“詞語”，則被試要說出詞語（如，紅色，被試需要報告“紅色”）。在這項Stroop任務變式中，有兩個自變量：一個是任務難度，假設讀詞要比報告顏色容易；另一個是顏色和詞語的一致性。結果發(fā)現(xiàn)，在刺激呈現(xiàn)階段，扣帶前回（ACC）在不一致條件下的激活要大于一致條件，說明ACC的激活受到反應沖突影響；當前面的試次是不一致條件時，與前面的試次是一致性條件相比，在接下來不一致條件中ACC信號降低，這可能是因為不一致試次引起工作記憶中任務目標的記憶更強一些，使得被試在接下來的試次中對無關信息過濾更強，所以引發(fā)的沖突降低了?？偟膩碚f，目標導向行為的內在機制可能是：刺激沖突會引起內部監(jiān)控加工（即內側額葉激活），監(jiān)控系統(tǒng)過濾了無關信息，之后由外側前額葉表征目標任務。

隨后，研究者將監(jiān)控注意系統(tǒng)改善為“沖突監(jiān)控假說”，認為核心機制通過持續(xù)地對不確定的水平進行評估來進行認知控制，修改后的理論假設可以解釋更多的現(xiàn)象。

在近期的研究中還發(fā)現(xiàn)，扣帶前回的激活與被試預期到可能發(fā)生的而錯誤相聯(lián)系，而與沖突無關，內側額葉皮質可能提供了認知和喚醒的邊界，并且根據(jù)當前情境調節(jié)自動激活。