错误相关负波的形成机制及相关影响因素

　　近些年研究者从认知神经科学的视角考察个体在做出错误反应后的脑电成分，观察到一个与错误反应特定相关的负走向波形，因此将其命名为错误相关负波 (error － related negativity，ERN) (Falken-stein，Hohnsbein，Hoormann，＆ Blanke，1991) 。一般认为，ERN 表现为个体在做出错误反应后的150ms 内电位的明显负偏转，在 100ms 左右波幅达到峰值。ERN 是错误监控的一个主要反映指标，该成分只有在个体做出错误行为之后才会出现，当要求反应速度越快时其犯错的概率越大，随之 ERN 波幅也越大 (Gehring， Goss， Coles， Meyer， ＆Donchin，1993) 。Rabbitt (1966) 发现在选择反应时任务中，正常成年人犯错后在接下来的第一次正确反应上的速度会变慢，研究者认为这种错误后反应速度变慢的现象是一种补偿机制，其目的就是对错误进行纠正 (Gehring ＆ Fencsik，2001)。当前对ERN 的神经起源进行解释的理论假设主要有冲突监控理论、表征失匹配理论和强化学习理论 (刘春雷，张庆林，2009)。各理论从不同角度对 ERN 进行解释:冲突监控理论认为，前扣带回 (anterior cin-gulate cortex，ACC) 负责评估、监控同时激活的相互竞争的刺激通道或反应通道的冲突，该冲突阻止刺激—反应的匹配，冲突信息被传递到其它脑区，以增强认知控制减少冲突，从而完成行为调节，ERN 就是对这种冲突的反映;表征失匹配理论认为，监控系统存在一个用来比较实际反应和应该反应的比较器，当检测到不匹配时就会产生 ERN，然后激活行为补偿系统，ACC 面对错误时提供一种情感的或动机的信号来解决冲突;强化学习理论认为，ACC 利用通过多巴胺系统从基底神经节传递到 ACC 的错误信号来强化行为反应，错误发生后输入到 ACC 的多巴胺的减少可导致 ACC 某些神经元去抑制，从而诱发了 ERN (王丽君，徐雷，伍姗姗，谭金凤，陈安涛，2013) 。尽管如此，各理论间并不是完全相互排斥的，研究者正致力于提出更具有解释力的整合模型(Zendehrouh，Gharibzadeh，＆ Towhidkhah，2014)，该模型增加的执行控制模块根据冲突信号和奖赏预测误差来调整控制的时间进程以及其对其它模块(actor module and critic module) 的控制强度。

　　1、 ERN 的神经起源大量关于 ERN 神经起源的研究 (Edwards，Cal-houn，＆ Kiehl，2012; Notebaert et al． ，2009)

　　虽未得到一 致 的 结 论 (Vocat，Pourtois，＆ Vuilleumier，2011) ，但多数研究认为 ERN 定位于扣带回，对正常被试 (Agam et al． ，2011) 及部分特殊被试的研究(Houthoofd et al．，2012;Kaczkurkin，2013) 均得到类似的结果;然而，还有研究发现扣带回并非是 ERN的唯一神经起源 (Steinhauser ＆ Yeung，2010)。

　　1． 1 ERN 定位在扣带回的研究证据

　　1． 1． 1 来自正常人群的研究

　　以往采用 EEG 的研究显示 ERN 定位于 ACC(Vocat，Pourtois，＆ Vuilleumier，2008)，然而，Keil，Weisz，Paul － Jordanov 和 Wienbruch (2010) 认为相比 EEG，由脑磁描记法 (magnetoencehalograph，MEG) 所测量的大脑中的磁场较少受解剖结构 (如脑脊液、硬脑膜等) 的影响，因而从理论上说 MEG比 EEG 更能够精确地定位 ERN 的神经起源。Keil等应用 MEG 探究 13 名正常在校大学生在选择反应时任务错误试次上的错误相关脑区活动，同时采用分布式源模型来定位 ERN 的神经起源。其结果发现，ERN 定位于 ACC，这一点证明了 ACC 在检测错误时的作用。Agam 等 (2011) 采用反眼动任务并结合 MEG 和 EEG 发现，扣带回后部 (posterior cin-gulate cortex，PCC) 在错误监控过程中被激活，而fMRI 研究发现个体犯错时双侧前扣带回背部 (dor-sal anterior cingulate cortex，dACC) 有较大激活。细胞构筑和纤维联系的差别可能是 ACC 和 PCC 产生较大功能差别的形态学基础 (吴敏范，滕国玺，2000)，ACC 和 PCC 分别被称为前部的执行区和后部的评价区。MEG 和 EEG 信号反映的是某一脑区内矢量电流的净影响，如果出现以下一种情况，那么电流的反向流动就会导致另一脑区的抑制活动:(a)双侧脑回内侧面上的对称激活;(b) 脑沟对侧皮质的激活 (Ahlfors et al． ，2010);另外，fMRI 结果显示，错误相关活动延伸到背侧前扣带沟对侧皮质范围，这也是导致 MEG 和 EEG 上 dACC 没有被激活的原因。但功能连通性分析发现，被试在任务过程中PCC 和 dACC 的血氧水平依赖存在协调性活动并且在静息状态下这两个区域是同一功能网络的子成分，PCC 和 dACC 通过扣带束有着直接的解剖联系(Schmahmann et al． ，2007) 且 PCC 腹侧与 ACC 喙部和大脑区域内一个名为“默认网络”(default net-work) 的弥漫性基团的其它区域相联系 (Vogt，Vogt，＆ Laureys，2006) 。然而，Agam 通过弥散张量成像来测量能够反映髓鞘和其它白质特性的部分各向异性值时发现，扣带束后部上部分各向异性分数值越高那么个体在错误试次上的自我纠错速度也就越快。因而，研究者认为，ACC 和 PCC 在错误监控中的作用是不同的:PCC 直接检测错误，而 dACC 通过整合检测到的信息来做出正确行为。

　　扣带回作为大脑内侧面的主要纤维束，其在错误监控过程中的激活时间并不总是同步的，Edwards等 (2012) 采用独立成分分析法发现 ERN1与 ACC尾部和外侧前额叶皮质的活动有关，而 ERN2与ACC 喙 部有关 (ERN1波峰约在错误后 48ms 而ERN2波峰约在错误后 86ms，ERN1比 ERN2早出现约 38ms)，由此可见错误监控过程中 ACC 尾部和外侧前额叶皮质的激活要早于 ACC 喙部。

　　1． 1． 2 来自部分特殊人群的研究上述研究发现，正常被试犯错时其扣带回出现明显的激活，虽然它在被激活的时候出现了不同步的现象，但扣带回作为 ERN 发生源的证据是充分的。对部分特殊人群进行的相关研究也进一步支持了上述结论 (Kaczkurkin，2013)。

　　Alexander，Stuss，Picton，Shallice 和 Gillingham(2007) 结合电生理学考察多名 ACC 局部损伤病人在调整的 Stroop 任务上的成绩发现，与正常组相比，实验组错误反应后的 ERN 振幅和错误纠正率均显著降低，这个结果在 Turken 和 Swick (2008) 对dACC 损伤病人的研究中得到重复。神经影像和电生理学的证据从高特质焦虑症、强迫症和广泛性焦虑障碍的病理生理学角度发现，这些障碍的发病机理中一个重要特点就是错误相关 ACC 活动增加(Fitzgerald et al． ，2005; Kaczkurkin，2013)。Hout-hoofd 等 (2012) 对精神疾病患者的研究发现，他们在冲突任务上错误率较高，ERN 振幅显著低于正常组，这与以往研究 (Foti et al． ，2012) 的结论是一致的。最近 Renn 和 Cote (2013) 对“人造”睡眠剥夺被试的研究发现，在反应抑制任务上，睡眠剥夺组比睡眠良好组的反应时长、准确率差且错误纠正率差，以上均呈显著性差异。虽然睡眠剥夺是研究者对正常人进行的一种实验处理，然而不充足的睡眠给个体的错误监控系统带来了某种认知性的神经障碍，并反映在错误检测和错误后补偿加工上的缺陷(Gehring et al．，1993);另外，他们的 ERN 振幅显著低于睡眠良好组，错误试次上扣带回背侧出现显著性激活，这与以往研究结果一致 (Hsieh，Li，＆Tsai，2010)。Nestor，McCabe，Jones，Clancy 和 Ga-ravan (2011) 的 fMRI 研究发现，在任务的错误试次上，戒烟者的左侧 ACC、左侧 PCC 比吸烟者相应脑区的错误相关血氧水平依赖显著活跃。偶极子分析和事件相关 fMRI 的研究均发现酗酒者的 ERN 和错误反应定位于 ACC 皮层较大区域，酒精成瘾者在高冲突和错误试次上 ACC 的活动降低，酒精增加了个体在任务上的反应时，并且在冲突任务中有犯更多错误的趋势 (Marinkovic，Rickenbacher，Azma，＆Artsy，2012)。物质成瘾者错误监控能力降低已经得到实验证明 (Marhe，van de Wetering，＆ Franken，2013)，影像研究显示无论滥用何种物质，物质成瘾者的错误相关 ACC 活动均是显著降低的 (Hester，Nestor，＆ Garavan，2009)。

　　1． 2 错误同时激活其它脑区的研究证据

　　前人研究表明，无论何种人群，其在行为任务的错误试次上扣带回均出现了显著性的激活，然而扣带回并非是 ERN 的唯一神经基础。Roberts 和 Gara-van(2010) 对摇头丸成瘾者和大麻依赖者以及 Nes-tor 等 (2011) 对吸烟者的研究均发现当被试犯错时除了扣带回被激活外，其它脑区也出现了明显的活动，如脑岛、丘脑和前辅助运动区等。在错误试次上，戒烟者比吸烟者和控制组的左侧脑岛、戒烟者比控制组的右侧额中回的活动显著 (Nestor et al． ，2011) 。另外，我国研究者陈兴时等 (2011) 用电磁断层扫描术对正常被试的 ERN 发生源进行初步研究发现，ERN 激活的主要脑功能区位于前运动区和前辅助运动区;同时还发现随着时间的推进，ERN的神经起源会发生改变，研究者认为造成这一与以往结果不同的原因可能与使用不同的测量仪器有关。王艳、曹宇、汤浩和沈静 (2002) 将逆行性示踪标记物荧光蓝或荧光黄注入大鼠的扣带回来观察投射到扣带回的神经元的分布情况的研究结果印证了扣带回前部与前辅助运动区的神经功能联系。Li 等(2010) 研究发现成瘾戒断者对药物具有不可抗拒的强烈渴求感及难以自持的控制感，药物干扰个体指向目标的行为 (Marinkovic et al． ，2012)。丘脑与脑干、前额皮层间内在的密切联系是调节唤起、认知及情感的关键枢纽站，当可卡因戒断者强烈渴求药物时，错误和药物相关线索等凸显性刺激能够激活他们更大的丘脑活动 (Li et al． ，2010)。随着戒断时间的延续，成瘾戒断者的反应抑制环路发生了可逆性的功能恢复且错误率显著降低，而前脑岛是该环路中与成功反应和维持戒断相关的重要脑区，戒断者前脑岛的激活反映其认知控制功能持续增强，从而维持戒断 (Bell，Foxe，Ross，＆ Garavan，2013)。Steinhauser 和 Yeung (2010) 发现个体的ERN 振幅与其意识错误的程度成正相关，不管个体意识到错误与否，当其犯错时扣带回的不同部位会出现不同程度的激活，但意识到错误的个体的前脑岛出现显著性的活动 (Ullsperger，Harsay，Wessel，＆ Ridderinkhof，2010)。脑岛特有的细胞结构分布及其功能—结构连通性使其在错误意识中发挥重要作用。Cerliani 等 (2012) 指出无颗粒前脑岛叶皮层优先与其它无颗粒皮层脑区建立密切联系 (如ACC)。Cauda，D’Agata，Sacco，Duca，Geminiani和 Vercelli (2011) 使用静息态 fMRI 对脑岛的功能网络进行研究发现，前脑岛与 ACC 喙部、ACC 前膝状体、丘脑内侧面和前辅助运动区等功能区联结，而后脑岛与 PCC 内侧面、运动区及体感区等发生功能联系，并将前脑岛称为“注意网络”，后脑岛称为“体感网络”。另外，错误通常会引起个体的一些自主反应 (如瞳孔直径的变化、心跳节律的改变) (Wessel，Danielmeier，＆ Ullsperger，2011)，而前脑岛能够觉察到这些反应，进而个体会调整策略来优化先前的不适当行为。因此，前脑岛敏感于个体的行为表现(Wessel，Danielmeier，Morton，＆ Ullsperger，2012)。

　　综合以上研究，ERN 电位很可能是多个脑区电活动在头颅的综合表现，而非某一脑区的单独表现。

　　个体加工信息无论是系列进行还是平行发生，对事件的加工是有一个过程的，不同的加工阶段激活不同的脑区，且各脑区间存在某种相关 (吴琴，姜平，盛良驹，尉传社，钱坤喜，2007)，有待未来利用小波变换从被试静息态的 fMRI 中提取时间序列，设定阈值建立脑功能网络的无向简单图，计算特征路径长度和聚类系数，并对度分布进行拟合，从而深入探究错误监控中不同脑区间的功能相关性。

　　2、 影响 ERN 神经起源的因素

　　当前研究已经揭示了 ERN 的相关脑机制，但在具体的研究中，脑区的激活又存在一定的差异。下面着重分析已知的影响脑区激活差异的三个因素:实验任务、个体年龄及其意识水平。

　　2． 1 不同实验任务的影响

　　研究者先后进行的两项研究均发现(Ca-vanagh，Gründler，Frank，＆ Allen，2010;Gründler，Cavanagh，Figueroa，Frank，＆ Allen，2009)，在反应冲突任务中，被试犯错时其 dACC 喙部出现显著性激活，fMRI 研究支持这一结果;然而 Gründler 等(2009)fMRI 研究发现，当被试在执行强化学习任务时，其犯错时 ACC 背侧明显被激活，Cavanagh 等(2010) 源定位研究发现被试在强化学习的错误试次上 ACC 尾部有较大的活动。上述结果表明不同任务下的脑区激活存在一定的差异，强化学习范式，无疑推动了 ERN 脑成像研究的生态化取向，可能成为未来脑成像研究范式的一个重要发展方向。

　　2． 2 被试年龄的影响

　　年龄是具有生物学基础的自然标志，以往研究已经表明年龄影响 ERN 振幅的大小，如 Davies，Se-galowitz 和 Gavin (2004) 的 EEG 研究发现，随着个体年龄增长，其任务反应时和错误率均显著减少，ERN 振幅增加。研究者认为随着个体年龄的增长，包括 ACC 在内的内侧前额皮层发生了非线性的持续的生理性成熟。ACC 是一个行为规划与执行的高级调控结构，其在发展成熟的同时个体的认知能力也在发展，Miller，Watson 和 Strayer (2012)发现工作记忆广度越好的个体在错误试次上的 ERN 振幅越大，并有统计学意义。未来研究要充分考虑年龄对ERN 的影响，这将有利于增加研究的内部效度，提高研究结果的可靠性。

　　2． 3 被试意识水平的影响

　　以往研究 (Pessiglione et al． ，2007) 表明阈下刺激能够影响某些认知过程，有研究还发现不同意识水平下的真实错误所引发的脑区存在差异，如 Orr和 Hester (2012) 对参与错误意识任务和 Go/No －go 任务的 56 名正常被试的 fMRI 研究发现，相比没有意识到自己犯错的被试，意识到自己犯错的被试的错误相关 dACC 激活水平显著提高。而 Charles，Opstal，Marti 和 Dehaene (2013) 联合 EEG 和 MEG的研究发现，参与带有掩蔽刺激的数字比较任务的被试意识到错误时，其 ERN 振幅显著增加并且 PCC出现显著的激活，当被试报告没有意识到错误时dACC 活动显著增强。

　　3、 总结与展望

　　目前大量研究已对 ERN 的神经起源、实验方法及方法意义等形成了较为系统的成熟体系，然而，随着认知神经科学的发展，多学科的交叉与融合，仍存在某些不足需要我们在未来的研究中加以注意和思考。

　　第一，目前冲突监控理论、表征失匹配理论和强化学习理论均是基于 ACC 来解释 ERN 的神经起源，而在错误激活其它脑区方面表现出了各理论的不完善性，因而未来研究可通过多方法多手段得到更具有说服力的理论，以提高相关理论体系的确切性和严密性。

　　第二，当前 ERN 脑成像研究的实验材料基本是以视觉或听觉方式呈现 (Praamstra，Hesse，Wing，＆ Perryer，2003) ，而视—听双通路刺激的相关研究极少。因此，未来研究应使用跨通道实验材料来深入探究 ERN 的神经起源。

　　第三，未来研究要注重多种分析技术的融合应用，在较高内部效度的前提下尽量提高研究的外推效度，因而，在临床上研究者可以利用动态脑电记录分析系统 (脑电 Holter 系统) 把病人在正常生活环境中从事日常活动的脑电活动长时间地 (至少 24小时) 实时记录，然后回放并进行详细观察、分析和处理，从而有利于异常脑电波的发现与诊断。

　　第四，未来应提高 ERN 研究的应用价值，Marhe等 (2013) 对可卡因依赖者复吸情况进行的研究显示，处于脱毒治疗初期的被试的错误相关脑区活动的降低水平与日后复吸风险成正相关，分层回归分析发现 ERN 是一个比成瘾严重程度和药物渴求感更有效的预测指标。而一些研究显示可卡因与海洛因的成瘾会涉及到不同的神经生物学系统，对个体的影响存在差异 (Dilleen et al． ，2012)，目前以ERN 为海洛因复吸预测指标的相关研究极少，这为我们未来的研究拓展了思路。

　　参考文献：
　　1.陈兴时，徐一峰，唐云翔，王勇，王继军，张明岛等． (2011)． 健康成人错误相关负电位的特征及神经发生源实验研究． 中华临床医师杂志，5 (18 )，5366 – 5370．
　　2.刘春雷，张庆林． (2009)． 错误加工的神经机制． 心理科学进展，17(2)，341 – 348．
　　3.王丽君，徐雷，伍姗姗，谭金凤，陈安涛． (2013)． 错误后减慢理论模型述评．心理科学进展，21 (3 )，418 – 428．
　　4.王艳，曹宇，汤浩，沈静． (2002)． 大鼠大脑皮质运动区投射到扣带回的神经元分布． 解剖科学进展，8 (2 )，125 – 127．吴敏范，腾国玺． (2000)． 扣带回的形态结构． 解剖科学进展，6 (4 )，329 – 331．
　　5.吴琴，姜平，盛良驹，尉传社，钱坤喜． (2007)． 脑功能磁共振成像的研究现状． 现代生物医学进展，7 (3 )，422 – 424．