認知靈活性與負性反饋反應對早期青少年逆轉學習發展的影響機制研究

《npj Science of Learning》:Reversal learning is influenced by cognitive flexibility and develops throughout early adolescence

【字體: 時間:2025年05月13日 來源:npj Science of Learning 3.6

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  為揭示10-22歲個體逆轉學習(RL)能力的發展軌跡及認知靈活性作用,Christoph Bamberg團隊開發新型分塊設計范式,發現10-14歲青少年RL表現顯著提升,靈活應對負性反饋與工作記憶(WMC)是關鍵預測因子。該研究發表于《npj Science of Learning》,為青春期認知神經發育提供新證據。

  

學習能力的發展始終是神經發育研究的核心議題。在從兒童到成人的過渡階段,大腦如何調整已建立的刺激-結果關聯以適應環境變化,這一過程被稱為逆轉學習(Reversal Learning, RL),F有研究表明,青春期RL能力呈現非線性發展軌跡,但關于認知靈活性(Cognitive Flexibility)與負性反饋處理如何共同塑造這一過程,仍存在關鍵知識空白。傳統連續設計范式難以區分單純聯想學習與靈活適應能力,且青少年對反饋信息的利用模式是否隨年齡變化尚不明確。

為解決這些問題,多特蒙德工業大學的Christoph Bamberg團隊在《npj Science of Learning》發表創新性研究。研究者設計新型分塊實驗范式,通過精確控制無效反饋出現時機,首次實現RL表現與靈活反應行為的分離測量。該研究招募202名10-22歲參與者完成在線RL任務,同步評估工作記憶容量(WMC)和認知需求(NFC),結合青春期發育量表(PDS)系統考察神經行為發育機制。

研究采用改良版PsychoPy構建實驗程序,通過Pavlovia平臺實施在線測試。核心范式包含3個學習區塊(LB1-3),每個區塊呈現4種糖果刺激(分屬兩個虛擬小賣部),以80%有效/20%無效的概率反饋關聯結果(腹痛/無腹痛)。關鍵創新在于分塊設計:每個刺激前6次和最后5次呈現中插入無效反饋,中間8次保持有效反饋,形成穩定的學習基線。通過測量參與者在區塊初期對負性反饋的反應靈活性(Flexible Reactions),以及跨區塊的RL表現(逆轉后正確率),建立發育軌跡模型。輔以數字廣度測試評估WMC,并通過電話實施質量控制。

研究結果揭示多個重要發現:

逆轉學習的年齡差異
線性模型顯示RL表現隨年齡增長而提升(β=0.01/年,p<0.001),10-14歲組進步最顯著。反應時分析僅在校正異?焖俜磻箫@現年齡相關加速(β=-0.02,p=0.011)。青春期發育水平(PDS)獨立預測RL表現(β=0.2,p=0.04),女性參與者整體表現更優(β=0.05,p=0.045)。

靈活反應的作用機制
靈活反應與RL表現呈全局正相關(β=0.36,p<0.001),但年齡分層顯示該關聯僅成人組顯著(β=0.46,p<0.001);鶚訔l回歸發現10-14歲組靈活反應增速最快(斜率0.03),成年組仍保持增長(斜率0.01),而14-18歲組出現回落(斜率-0.01)。

策略適應的發展模式
僅成人組在LB2-LB3均顯著降低靈活反應(LB3 β=-0.08,p=0.003),表明其能識別無效反饋模式并優化策略。早期青少年僅在LB2出現適應性下降(β=-0.07,p=0.04),中期青少年無顯著變化。

認知資源的影響
WMC與RL表現(β=0.03,p=0.007)及靈活反應(β=0.02,p<0.001)均正相關,且隨年齡增長(β=0.08,p<0.001)。NFC未顯示顯著效應,打破其與任務投入度的預期關聯。

這項研究首次證實RL發展存在10-14歲的關鍵加速期,揭示認知靈活性與工作記憶的協同作用機制。成人雖保持較高靈活反應傾向,但能通過元認知策略優化反饋利用效率,這解釋了為何青少年在需要快速適應的情境中表現突出,而在需抑制干擾的復雜任務中處于劣勢。研究創新性地采用分塊設計分離學習與適應過程,為理解青春期決策異常(如風險行為)提供新視角。未來研究可結合神經影像技術,探究多巴胺系統與前額葉回路的動態交互如何支持這種發育轉變。

該成果對教育實踐具有直接啟示:針對10-14歲青少年應加強反饋明確性訓練,而后期教育可側重元認知策略培養。在線范式的成功應用也為大規模發育研究提供了方法學模板。研究局限性包括橫斷面設計無法追蹤個體變化,未來需通過縱向研究驗證關鍵轉折點?傮w而言,這項工作為理解認知靈活性如何支持青春期適應行為建立了新框架。

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