反馈相关负波的神经机制

1、反馈相关负波反馈相关负波(FRN)的神经机制的神经机制胡馨木胡馨木201910198901/02/03/04/05/什么是什么是FRN结果评价的研究范式结果评价的研究范式影响影响 FRN 的因素的因素FRN 的神经机制的神经机制研究进展研究进展目 录综述框架综述框架反馈相关负波（ feedback related negativity, FRN）是由代表行为错误或失去金钱等负性反馈刺激诱发的一种脑电波成分，出现在刺激呈现之后的200300ms 左右，波峰出现在反馈出现后 250 ms 左右，波幅最大位于内侧额叶头皮电极位置，因此也被叫做内侧额叶负波（ medial frontal negati

2、vity, MFN）。偶极子源定位分析显示 FRN 的发生源可能位于前扣带回 （ anteriorcingulated cortex, ACC）。结果评价最主要的ERP 研究范式是简单博弈任务和时间估计任务。FRN 的波幅受到结果效价、结果大小以及被试是否预期到结果的影响。对于FRN的功能意义的解释主要有强化学习理论和情绪动机假说。前者认为FRN反映的是神经系统对反馈刺激的认知加工过程，而后者认为FRN反映的是对情绪动机意义的评价过程。01、什么是、什么是FRN？FRN的研究是在错误相关负波研究的基础上发展而来的。在一些快速反应时任务中，被试在按的研究是在错误相关负波研究的基础上发展而来的。在

3、一些快速反应时任务中，被试在按键之前就知道了正确的反应应该是什么，因此，只要被试按键后马上就能察觉到自己是否错误；键之前就知道了正确的反应应该是什么，因此，只要被试按键后马上就能察觉到自己是否错误；然而，在有的实验任务中被试不能立刻知道自己是否做出正确的反应，只能依靠外界信息的反馈。然而，在有的实验任务中被试不能立刻知道自己是否做出正确的反应，只能依靠外界信息的反馈。为了区别起见，由错误按键反应诱发的相关负波，即为了区别起见，由错误按键反应诱发的相关负波，即 response-locked ERN 都称之为都称之为 ERN，如，如左图；凡是由反馈刺激诱发的负波，即左图；凡是由反馈刺激诱发的负波

4、，即 feedback-locked ERN 都称之为都称之为 FRN，如右图。，如右图。 FRN的潜伏期、波峰以及头皮分布的潜伏期、波峰以及头皮分布 潜伏期潜伏期 ：反馈出现后的反馈出现后的 200300 ms； 波峰：反馈出现后波峰：反馈出现后 250 ms 左右；左右； 头皮分布：波幅最大位于内侧额叶头皮电极位置（头皮分布：波幅最大位于内侧额叶头皮电极位置（MFN）；发生源可能位于前扣带（）；发生源可能位于前扣带（ ACC）。）。时间估计任时间估计任务务简单博弈任务简单博弈任务Gehring & Willoughby（ 2002） 向玲, 王宝玺, & 张庆林. (2012). )02、

5、结果评价的研究范式、结果评价的研究范式1、简单博弈任务、简单博弈任务被试首先看到两个方块，每一个方块中都有一个数字 5 或 25，代表 5 美分或 25 美分。被试通过按键选择其中的一个方块（选择反应）。做出选择后，每一个方块变成红色或绿色（结果）。如果所选择的方块变成绿色，那么与选择的数字相应数量的钱被加到被试总的报酬中；如果选择的方块变成红色，那么将从被试总的报酬中减去相应数量的钱。2、时间估计任务、时间估计任务 时间估计任务中, 让被试估计 1 秒钟的时间间隔。首先在屏幕的中央呈现注视点 800 ms, 随机间隔为400600 ms，之后在屏幕的中央出现一个五角星, 让被试估计五角星的呈

6、现时间是否到了1秒,如果认为有1秒钟, 就按键反应, 按键反应后五角星消失, 随机间隔 600800 ms后, 在屏幕的中央呈现反馈信息1000ms。 依据被试的时间估计情况给予反馈：当时间估计在一个可变的时间窗口内(滑动时间窗口)时, 就认定时间估计准确, 得到正反馈；不在这个窗口内, 就认定时间估计不准确，得到负反馈。Yeung & Sanfey（ 2004）FRN 与预期与预期FRN 与结果大与结果大小小FRN 与结果效与结果效价价Yeung & Sanfey（ 2004）Gu 等（ 2011）03、FRN的影响因素的影响因素FRN 与结果效价、结果大小与结果效价、结果大小Yeung,

7、N., & Sanfey, A. G. (2004). Independent coding of reward magnitude and valence in the human brain. The Journal of Neuroscience, 24(28), 6258-6264. 1&2参考文献参考文献 简单博弈任务简单博弈任务请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的标题请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的标题实验流程图实验流程图 ANOVA揭示了结果效价的主效应：负性反馈刺激与正性反馈刺激相比，引起了更大的电位偏转，即输钱比赢钱引发了更大波幅的 F

8、RN。 结果大小无显著的主效应，即结果大小并未引发FRN 波幅的不同。 FRN对未选择的结果的效价和大小都不敏感。 解释：FRN 只对结果反馈的效价（正性还是负性）敏感，而对于奖惩的量的多少并不敏感。因此，FRN只是将一个事件简单地评价为好还是坏，是一个简单且快速的评定，而不能够对得失或奖惩的等级进行更详细的划分。 3 FRN与预期与预期Gu, R., Lei, Z., Broster, L., Wu, T., Jiang, Y., & Luo, Y. J. (2011). Beyond valence and magnitude: a flexible evaluative coding s

9、ystem in the brain. Neuropsychologia, 49(14), 3891-3897.参考文献参考文献修改了修改了 Yeung and Sanfeys (2004) 的的实验设计将结果效价实验设计将结果效价和结果大小分别呈现，和结果大小分别呈现，而不是单独呈现。而不是单独呈现。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的标题请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的标题实验流程图实验流程图Sequence (A): outcome valence outcome magnitudeSequence (B): outcome magnitude o

10、utcome valence请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。Nieuwenhuis, Holroyd, Mol, & Coles, （2004）预期违反假说预期违反假说情绪动机理论情绪动机理论强化学习理论强化学习理论Gehring & Willoughby, （2002） Oliveira, McDonald, & Goodman, （2007）04、FRN 的神经机制的神经机制强化学习理论强化学习理论Nieuwenhuis, S., Holroyd, C. B., Mol, N., & Coles, M. G. (2004). Reinforcement-rela

11、ted brain potentials from medial frontal cortex: origins and functional significance. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 28(4), 441-448.1参考文献参考文献 Four predictions of the reinforcement learning theory The FRN reflects a goodbad evaluation. FRN amplitude depends on the relation between actual vs. e

12、xpected outcome. FRN amplitude varies inversely with ERN amplitude as a function of learning . The FRN is generated in anterior cingulate cortex .强化学习理论强化学习理论强化学习理论（ Nieuwenhuis, Holroyd, Mol, & Coles, 2004）是目前对 FRN 最有影响力的解释，它认为 FRN 由中脑多巴胺系统产生， 而中脑多巴胺系统参与奖赏预期和强化学习。一方面， 基底神经节参与当前事件的评估与预测，当基底神经节所做的预测认

13、为当前事件会带来正性结果时， 会导致中脑多巴胺系统神经元的活动相位增加， 反之所做预测当前事件会带来负性结果时， 会导致中脑多巴胺系统神经节活动的相位降低。多巴胺活动相位的变化表明正在进行的事件与预期相比的结果，同时也用于更新其预测，以便该系统能够逐渐从最早的对奖赏和惩罚的预期中进行学习。另一方面，多巴胺信号作为强化学习的信号， 也被传到内侧额叶，它会促进行为的适应性调整。多巴胺信号对 ACC 的调节作用决定了 FRN 的波幅：当结果比预期差时，多巴胺相位的降低解除了对 ACC 的抑制，引起更大的 FRN；反之结果比预期好时，多巴胺相位的增加抑制了 ACC，引起更小的 FRN； ACC 使用多

14、巴胺信号改进当前的行为。 2 情绪动机理论情绪动机理论Gehring, W. J., & Willoughby, A. R. (2002). The medial frontal cortex and the rapid processing of monetary gains and losses. Science, 295(5563), 2279-2282.参考文献参考文献 FRN 反映了错误检测活动， 是对负性反馈引起的情绪动机意义的评价， 其目的是使具有动机的行为得以实现。 对于FRN的发生源，前人研究都比较一致的认为在ACC及附近，而ACC不仅与认知过程有关，同时也与情绪功能的关系密

15、切，它对于人们评价行为的好坏非常重要。 实验的结果说明了 FRN 反映的是对得失得失的敏感而对反应的正确错误正确错误不敏感；同时发现被试在输钱后更加倾向冒险，这些都与强化学习理论相矛盾，因此他们认为前扣带回的活动不是对每一次行为的评价而是对行为造成的结果引起的情绪动机意义的快速 评 价 。 另外，一些研究认为FRN就是ERN的一种，很多的研究证明ERN跟情绪、人格、动机因素有关。据此，可以推断， FRN也会受到情绪，动机以及人格变量因素的影响。 3 预期违反假说预期违反假说Oliveira, F. T., McDonald, J. J., & Goodman, D. (2007). Perfo

16、rmance monitoring in the anterior cingulate is not all error related: expectancy deviation and the representation of action-outcome associations. Journal of cognitive neuroscience, 19(12), 1994-2004参考文献参考文献实验流程图实验流程图&ERP波形图波形图“预期违反预期违反”假说假说ACC 是作为检测违反预期的事件而不是检测错误或比预期差的事件。FRN 反映的是实际反馈与预期不一致，而不是负性的反馈刺激引发的。该理论认为 FRN 是由预期违反引起的，不管是正反馈还是负反馈，只要与预期相反就会引发 FRN。 因为被试大多会表现得过度自信，因此违反预期的负性反馈会引发更大的 FRN 波幅。05、研究展望、研究展望 目前对结果评价脑机制的研究已经取得了一些进展。但仍然有两个关键角度的研究还十分欠缺。 首先，从发展的角度研究儿童青少年结果评价能力的发展变化过程仍然十分欠缺。