前额叶皮层内侧与外侧区域在主动与反应性认知控制中的神经动力学机制解析

本研究通过颅内脑电图(iEEG)技术，揭示了背内侧前额叶皮层(dmPFC)和背外侧前额叶皮层(dlPFC)在Stroop任务中处理冲突的神经机制。研究人员发现，预期冲突会增强dmPFC的θ节律活动，而实际冲突则引发dmPFC的θ波增强和dlPFC的β波去同步化，同时两区域的局部高频活动(HFA)均增加。这些发现阐明了前额叶皮层如何通过θ-β振荡和群体活动的动态平衡来协调主动与反应性认知控制，为理解认知障碍的神经基础提供了新视角。

　　

认知控制是人类大脑最精妙的调控能力之一，它让我们能在复杂环境中灵活调整行为。就像交通警察指挥车辆一样，大脑的前额叶皮层需要不断平衡"预先准备"和"即时反应"两种控制模式。但长期以来，科学家们对这两种控制模式如何在大脑内协同工作知之甚少。特别是在经典的Stroop任务中（当文字颜色与词义冲突时，如用红色墨水写的"蓝"字），背内侧前额叶皮层(dmPFC)和背外侧前额叶皮层(dlPFC)这两个关键区域究竟如何通过电活动来协调控制，一直是未解之谜。

这项发表在《iScience》上的研究采用了颅内脑电图(iEEG)这一高时空分辨率的技术，在23名接受癫痫手术的患者进行Stroop任务时，直接记录了dmPFC和dlPFC的神经活动。研究人员创新性地设计了三种不同冲突概率的任务区块（16%、33%和50%的冲突试次），以分离主动和反应性控制机制。通过单试次线性混合模型分析，结合时频特征提取，系统考察了θ(4-8Hz)、β(12-30Hz)振荡和高频活动(HFA,70-150Hz)的动态变化。

主要技术方法包括：1）使用立体定向脑电图(SEEG)和皮层脑电图(ECoG)记录癫痫患者的前额叶活动；2）设计变比例Stroop任务操纵冲突预期；3）采用小波变换分析θ、β和HFA的时频特征；4）运用线性混合模型(LMM)进行单试次神经行为关联分析。

研究结果首先揭示了经典的"Stroop效应"——当冲突试次更频繁时（16%区块），行为反应时的冲突效应显著减弱，表明预期增强了主动控制能力。神经层面发现：

冲突驱动dmPFC和dlPFC相似的HFA和分化的θ-β动力学

冲突试次引发dmPFC早期θ增强(刺激后300ms)和dlPFC的HFA增加(290ms)，随后是dmPFC的HFA升高(420ms)。特别值得注意的是，冲突导致dlPFC出现显著的β波去同步化，而两区域在反应后都表现出θ抑制和β反弹增强。

主动控制调节神经冲突信号

在冲突罕见的区块(50%)，所有神经冲突信号都被放大：dmPFC的θ和HFA反应更强，dlPFC的β去同步化更显著。相反，当冲突常见时(16%)，这些反应明显减弱，表明主动控制能有效减少即时神经资源的消耗。

主动控制增加试次前dmPFCθ功率

最具突破性的发现是：在冲突预期强的区块，dmPFC在试次前约500ms就出现θ活动增强。这种"预激活"现象可能是主动控制的神经标志物。

这项研究首次系统描绘了前额叶皮层在认知控制中的动态分工：dmPFC通过θ节律实现冲突监测和主动准备，而dlPFC则通过β节律调节控制实施。更重要的是，发现主动控制会重塑整个冲突处理的时间进程——既增强试次前的准备活动，又减少试次中的反应性信号。这些发现为理解精神分裂症、ADHD等认知障碍的神经机制提供了新思路，特别是dmPFCθ活动的异常可能是这些疾病中"控制失调"的关键环节。研究也提示，通过神经反馈训练增强前额叶θ活动，或许能改善患者的认知控制能力。

该研究的局限性在于样本均来自癫痫患者，虽然通过严格的数据筛选减少了病理影响，但结果推广到健康人群仍需验证。未来研究可结合经颅磁刺激(TMS)等技术，直接操控前额叶θ活动，进一步验证其因果作用。