伴有听觉反馈的Alpha神经反馈训练对健康青年认知控制的影响：神经学效应如何随Stroop任务难度变化

《Brain Sciences》：The Effect of Alpha Neurofeedback Training with Auditory Feedback on Cognitive Control in Healthy Young Adults: How the Neurological Effects Vary by Stroop Task Difficulty

　　

背景：认知控制是适应不同认知需求的能力。据报告，Alpha神经反馈（α-NFB）训练会影响神经活动，但关于听觉α-NFB的神经生理学反应在不同认知负荷的认知任务中是否存在差异，目前知之甚少。这项探索性先导研究检验了在具有不同认知负荷的认知任务期间，单次听觉α-NFB的神经生理学效应。方法：15名健康青年参与了这项研究。参与者在干预前后完成了新版Stroop测试I（New Stroop Test I）的任务1和任务3。在干预前后评估了神经振荡和任务表现指标。在干预组和对照组之间比较了干预前后的变化。结果：对于任务1，干预组在α/β比率上的干预前后变化显著大于对照组。然而，在经过Holm多重比较校正后，alpha振荡功率的增加不再具有统计学意义。对于任务3，在任何神经生理学或行为指标中均未观察到显著的组间差异。结论：这些探索性发现表明，听觉αNFB可能会影响任务1期间的神经生理学反应，而在任务3期间未观察到显著的神经生理学效应。这一模式与听觉αNFB的神经生理学反应可能因认知负荷而异的可能性一致；然而，这一解释仍属初步，需要在更大规模的研究中加以证实。并未观察到任务表现的相应差异，这些发现应被解释为初步的和产生假设的。

在日常生活中，人们需要高效完成不同任务并平滑切换。任务切换会带来认知负荷并产生切换成本（switch costs，即切换任务时产生的额外反应时间和认知负荷），控制切换成本是认知控制的重要部分。随着年龄增长，人们的切换成本增加，认知控制减弱，直接影响生活质量。如果能通过外在方式调节认知控制，可能有助于更高效地完成任务。Alpha神经反馈（α-NFB，一种通过实时感官反馈帮助个体自主控制神经活动的技术）训练被报道能够有效控制alpha振荡。然而，以往研究多采用触觉或视觉反馈，触觉反馈限制手部运动，视觉反馈占用视觉注意力，而听觉反馈对任务表现负担较小，更具实用性。关于听觉αNFB在认知控制任务中的神经生理学效应及其是否随认知负荷条件变化，目前知之甚少。为填补这一空白，研究团队开展了这项研究，旨在探究单次听觉αNFB干预对健康青年认知控制的影响及其在不同认知负荷任务中的神经生理学差异。该论文发表在《Brain Sciences》上。

研究通过便利抽样从第一作者所在大学招募了15名健康青年作为样本队列来源，并按性别分层随机分为干预组和对照组。使用单通道脑电图（EEG，一种记录大脑电活动的技术）记录神经振荡，测量电极置于Fp₂，地电极置于Fp₁，参考电极置于A₁。参与者完成新版Stroop测试I（New Stroop Test I，一种测量额叶注意功能的测试）的任务1和任务3。干预组接受5分钟听觉αNFB（鸟鸣声，阈值4.5 μV），对照组听取海浪和蟋蟀声。采用Mann-Whitney U检验比较干预前后的组间差异，使用Holm校正进行多重比较，采用Wilcoxon t检验比较任务难度。

研究结果如下：
基线特征：干预组与对照组的基线特征无统计学显著差异。
EEG伪迹剔除率与剩余数据时长：在任务1干预后，干预组的伪迹剔除率显著高于对照组；在任务1干预前，干预组剩余的EEG数据时长显著长于对照组。其他指标无显著组间差异。
神经振荡：对于任务1，在多重比较校正前，干预组的α振荡功率显著大于对照组，但经Holm校正后不再显著；而α/β比率在干预组显著增大且校正后仍保持显著。对于任务3，两组在神经振荡方面无显著差异。
任务表现：两组在答题数、正确数、错误数和反应时上均无显著差异。所有参与者在任务3的反应时显著长于任务1，且口头反馈认为任务3比任务1更难。

在讨论部分，研究人员指出，单次听觉αNFB在相对容易的任务1中引起了神经生理变化，尤其是α/β比率显著增加。由于α/β比率与压力水平负相关，其增加可能反映了认知负荷的降低，或反映了注意分配、抑制处理等神经生理过程的变化。未观察到行为学差异可能与神经效率假说（neural efficiency hypothesis，即认知处理效率提高但行为表现无明显差异）或天花板效应（ceiling effects，即任务过于容易导致表现已达上限）有关。任务3无显著神经生理效应可能是因为其更高的认知负荷导致alpha振荡降低。研究存在局限性，如样本量小、单通道EEG易受眼动伪迹影响、未采用盲法处理数据以及听觉刺激差异可能存在的混杂效应。

研究结论：本研究作为一项探索性先导研究，检验了单次听觉αNFB的效应。结果表明，干预组在任务1中的α/β比率变化大于对照组，而在任务3中未观察到显著的组间差异。这些生理变化并未伴随任务表现的组间差异。因此，观察到的生理变化并未转化为可测量的行为益处，目前的发现并不证明听觉αNFB改善了认知控制。鉴于样本量小且研究具探索性，结果应被解释为初步的、用于产生假设的。虽然观察到的模式与听觉αNFB的神经生理学反应可能因认知负荷而异的可能性一致，但本研究并未证明听觉αNFB能增强认知控制或任务表现。由于对照组未隔离非特异性听觉刺激效应，对α/β比率增加的解读应保持谨慎。尽管这项先导研究表明听觉αNFB可以在认知控制任务中实施，但研究结果仅应作为可行性的初步验证。