近日，陈安涛教授课题组在著名神经成像学术期刊《人类大脑成像》（Human Brain Mapping）在线发表了题为The causal mechanisms underlying analogical reasoning performance improvement by executive attention intervention的研究论文，首次从电生理层面揭示了训练执行注意改善类比推理表现的因果性神经机制。
类比推理是人类重要的高阶认知（思维）功能之一。本课题组前期研究发现短暂的执行注意训练即可显著提高被试在类比推理中的表现（Linet al., 2022），为有效提升类比推理甚至一般性认知能力（流体智力）提供了新路径。不过，执行注意训练提升类比推理的机制尚不明确。在当前研究中，本课题组进一步运用功率谱分析、功能连接分析和时频分析，结合机器学习方法，考察了执行注意训练前后被试的静息脑电变化，以及他们在训练之后执行类比推理任务时的大脑状态特征。主要研究结果总结如下。
1）在接受执行注意训练之后，静息态前额区alpha以及中央区高频gamma功率谱密度均可显著区分实验组与对照组（图1）。已有研究一致地发现注意相关的训练会改变alpha活动（Knowles & Wells, 2018; Lomas et al., 2015），这提示alpha活动变化是考察执行注意训练有效性的一般性指标。高频gamma活动与空间注意有关（Wyart & Tallon-Baudry, 2008），考虑到本研究所采用的反眼跳训练需要被试进行空间（左右侧）注意转移，这提示高频gamma活动变化是考察执行注意训练有效性的任务特异性指标。
图1.静息态alpha与高频gamma结果
2）此外，静息态前额区alpha与中央区alpha之间的功能连接（phaselagindex，PLI）同样可以显著区分实验组与对照组被试（图2）。已有研究发现前额-顶叶网络参与几何类比问题解决（Preusse et al., 2011）。而且，顶-额整合理论（P-FIT）也强调顶叶和额叶区域的协作在流体智力中的重要性（Jung & Haier, 2007）。这进一步支持执行注意训练加强前额与顶叶同步性是后续类比推理表现提升的潜在机制。
图2.静息态alpha功能连接结果
3）当被试在训练后完成类比推理任务时，alpha、theta和gamma活动均可显著区分实验组与对照组被试，此外它们的出现具有一定的时间顺序（先alpha，再theta和gamma；图3）。类比推理任务较为复杂，包括任务相关信息，任务无关信息（干扰信息）等多种交错出现，从混乱中脱离出来找到正确信息（任务相关信息）的能力至关重要（Burgoyne & Engle, 2020）。因此，涉及注意分离的alpha活动首先被影响。之后，正确的信息将被保持并进入关系整合阶段，这是类比推理加工中另一个关键操作（Cho et al.,2010）。相应地，涉及信息维持的theta活动和涉及信息整合的gamma活动在第二阶段被影响。
图3.不同频带时频分析结果
综合这些研究结果，本文提出执行注意训练首先改善个体干扰抑制与主动注意转移能力，进而增强其关系整合能力，最终促进了个体解决推理问题的效率（图4）。重要的是，个体在接受执行注意训练后，再完成类比推理时的确表现出了两种被依次影响的认知神经活动阶段，为前述理论解释提供了直接支持。
图4.执行注意训练改善类比推理两阶段解释
当前研究从多角度系统性揭示了执行注意训练提升类比推理成绩的电生理机制。结果表明多个频段活动以及额叶和顶叶区域功能连接的改变是训练起效的重要神经机制。在认知机制层面，执行注意训练影响了类比推理的两个连续过程：首先是分离（干扰抑制与主动注意转移），然后是关系整合。本研究进一步支持了执行注意在高阶认知中具有重要作用的观点（Burgoyne & Engle, 2020）。
本研究得到国家自然科学基金项目（32171040）和国家社科基金重大项目（22&ZD187）的资助。
论文信息：Lin, Y., Li, Q., & Chen A*. (2023). The causal mechanisms underlying analogical reasoning performance improvement by executive attention intervention.Human Brain Mapping.DOI: 10.1002/hbm.26278
