《Developmental Cognitive Neuroscience》：Make it worth it: Effort-reward modulations on reinforcement-learning and prediction-error signaling across adolescence
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為探究獎勵和努力成本對青少年學習的影響機制，研究人員以 146 名 13 - 25 歲青少年為樣本，開展強化學習范式研究。結果發現獎勵可提升學習，且在高努力任務、年輕青少年及低主觀努力價值（SV）青少年中效果更顯著。該研究為教育實踐提供了理論依據。
在青春的成長畫卷里，學習是濃墨重彩的一筆。青少年常常在學習中面臨抉擇：要不要花費精力去攻克難題？獎勵又能否激發他們投入更多努力？過往研究表明，成年人做此類決策時會進行成本效益分析，認知控制被視為有 “代價” 的，可能會阻礙努力投入，但獎勵能提升認知控制的價值。青少年正處于認知控制逐步成熟且對獎勵極為敏感的時期，他們在學習中如何權衡獎勵與努力，背后的神經機制又是怎樣的呢？這一系列問題如同迷霧，吸引著科研人員去探索。
為了撥開這層迷霧，來自國外的研究人員踏上了探索之旅。他們開展了一項頗具意義的研究，相關成果發表在《Developmental Cognitive Neuroscience》上。
研究人員運用功能磁共振成像（fMRI）技術，以 146 名 13 - 25 歲的青少年為樣本，采用強化學習范式，巧妙地通過改變任務要求和潛在獎勵來操控努力和獎勵水平。在這個過程中，他們綜合分析了逐次學習信號（獎勵預測誤差，PE）和行為學習表現。
研究結果
- 主觀評級：通過對自我報告的努力和動機評級分析發現，高努力任務被認為更費力，高獎勵任務則更具激勵性。而且，年輕青少年覺得低獎勵任務更費力、更缺乏激勵性。
- 學習行為：廣義線性混合模型分析顯示，獎勵能提高學習準確率，在高努力任務中，獎勵對年輕青少年學習表現的提升作用更為明顯，隨著年齡增長，這種獎勵效果逐漸減弱。對于低主觀努力價值（SV）的青少年，高獎勵在高低努力任務中都能提高學習準確率；而高 SV 的青少年，高獎勵僅在低努力任務中提升學習準確率。
- 預測誤差編碼：在關鍵腦區的研究中，發現獎勵對背側前扣帶回皮層（dACC）、腹內側前額葉皮層（vmPFC）的 PE 編碼有顯著影響，且在高努力任務中這種影響更突出。在 dACC 中，獎勵對 PE 編碼的影響存在年齡差異，年輕青少年在高努力任務中，高獎勵使 PE 編碼更強；還存在 SV 組差異，低 SV 的青少年在高低努力條件下，高獎勵都能增強 PE 編碼，高 SV 的青少年僅在高努力條件下有此效果。
- 全腦結果：全腦分析表明，在高努力任務中，高獎勵引發的 PE 激活更為廣泛，且對年輕青少年和低 SV 的青少年影響更強。
研究結論與討論
綜合來看，該研究揭示了獎勵對青少年學習的影響因努力需求、年齡和主觀努力價值而異。行為學和神經影像學結果表明，青少年能根據努力需求和獎勵價值調整學習策略，dACC 在獎勵與努力的整合中發揮關鍵作用。這一發現對教育實踐意義重大，提示教育者可以根據任務的認知需求調整獎勵結構，以提高青少年的學習積極性和學習成果。例如，對于那些看似費力的學習任務，給予更高的獎勵，可能會激發青少年投入更多努力。同時，研究也指出了個體在主觀努力價值上的差異，這意味著在教育過程中，個性化的激勵策略可能更為有效。
不過，該研究也存在一些局限性。比如，對主觀努力價值的測量是在任務完成后進行的，無法實時反映學習過程中的動態變化；研究采用的是橫斷面設計，難以觀察年齡增長對獎勵、努力、PE 信號和學習關系的影響；計算模型未納入工作記憶成分，可能影響對數據的解釋；實驗任務的生態效度也有待提高，與真實學習環境存在差距。
盡管存在不足，但這項研究依然為我們打開了一扇了解青少年學習神經機制的窗戶。它讓我們看到了獎勵和努力之間復雜而微妙的關系，為后續研究指明了方向。未來的研究可以從這些不足出發，采用更完善的研究設計和方法，深入探索青少年學習的奧秘，為教育領域提供更科學、更有效的指導，幫助青少年在學習的道路上更好地前行。
研究人員在開展此項研究時，運用了多種關鍵技術方法。首先，通過功能磁共振成像（fMRI）采集大腦數據，獲取大腦在不同任務條件下的活動情況。其次，采用強化學習范式設計實驗任務，操縱努力和獎勵水平，觀察青少年的學習行為。此外，使用努力折扣程序評估青少年的主觀努力價值，并通過行為學實驗和計算建模分析學習表現和相關參數。
