神经认知机制新解：工具 - 工具与手 - 工具兼容性任务的特异性研究

《Communications Biology》：Neurocognitive mechanisms underlying action tool knowledge tasks: specificity of tool-tool compared to hand-tool compatibility tasks

在研究动作工具知识评估任务时，研究人员发现传统使用的工具 - 工具（tool - tool）和手 - 工具（hand - tool）兼容性任务存在问题。为探究其神经心理差异和认知机制，研究人员开展相关研究。结果表明二者共享核心计算，但涉及不同脑区和认知过程。这为理解动作工具知识任务提供新视角。

　　在日常生活中，使用工具是人类一项极为重要的技能。然而，长久以来，科学家们对于人类如何在大脑层面理解和运用工具的知识，仍存在诸多未解之谜。目前，研究动作工具知识主要通过工具 - 工具和手 - 工具兼容性任务来进行评估，但这两种任务在实际应用中暴露出不少问题。有研究发现，在脑损伤患者中，这两种任务的表现存在显著差异，这意味着它们可能涉及不同的神经认知过程。可传统研究却常将二者互换使用，这种做法极有可能掩盖了它们背后复杂的神经机制，导致对动作工具知识的理解不够准确和深入。正因如此，深入探究这两种任务的神经认知机制显得尤为必要。

法国的研究人员 Mathieu Lesourd、Fran?ois Osiurak 等人针对上述问题展开了研究。他们通过一系列精心设计的实验，获得了重要的研究成果。这些成果为深入理解动作工具知识任务提供了全新的视角，在生命科学和健康医学领域具有重要意义，相关论文发表在《Communications Biology》杂志上。

研究人员在本研究中运用了多种关键技术方法。首先，通过招募脑损伤患者和健康参与者组成样本队列进行实验。在实验过程中，使用功能磁共振成像（fMRI）技术，对参与者在执行工具 - 工具和手 - 工具兼容性任务时的大脑活动进行精准监测；同时采用行为学实验方法，详细记录参与者在各种任务中的表现，包括反应时间和准确率等数据，以此来深入探究相关神经认知机制。

研究结果如下：

• 实验 1：脑损伤对任务的影响：研究人员从 2022 年 3 月至 2023 年 6 月，在法国贝桑松的神经血管单元招募了 60 名中风患者（左脑损伤（LBD）30 名，右脑损伤（RBD）30 名），并以 30 名健康受试者作为对照。通过让患者完成工具 - 工具兼容性任务（判断两个工具的操作方式是否相同）和手 - 工具兼容性任务（选择适合握持工具的手型），并结合对患者脑损伤区域的精准定位和详细分析，研究发现，脑损伤患者在工具 - 工具兼容性任务上的表现明显比手 - 工具兼容性任务更差。而且，虽然双分离现象较少见，但在两组患者中均有出现，这表明两种任务依赖的是相互关联却又可分离的神经认知过程。此外，研究还发现年龄对手 - 工具兼容性任务的影响更大，这意味着随着年龄增长，该任务的表现可能会更受影响。
• 实验 2：任务的认知基础：52 名健康参与者参与了此项实验，他们需要完成动作工具兼容性任务（工具 - 工具和手 - 工具任务）、运动意象任务（判断呈现的手是左手还是右手）、视觉意象任务（判断两个图形是否相同）以及工具操作识别任务（选择正确握持工具的方式）。通过对实验数据进行相关性分析、多维缩放分析和多元回归分析等一系列严谨的分析方法，研究人员发现，工具 - 工具兼容性任务和手 - 工具兼容性任务都与工具操作识别任务密切相关，这表明它们都用于评估动作工具知识。进一步研究发现，工具 - 工具兼容性任务主要由运动意象任务预测，而手 - 工具兼容性任务主要由视觉意象任务预测，这说明两种任务依赖不同的认知过程。
• 实验 3：任务的神经关联：34 名健康受试者参与了 fMRI 实验，在实验中，他们分别进行工具 - 工具兼容性任务和手 - 工具兼容性任务。通过对 fMRI 数据进行预处理和一般线性模型（GLM）分析，研究人员发现，两种任务都激活了左侧化的大脑网络，这表明它们在大脑区域的激活上存在相似性。然而，对比两种任务时也发现了差异，例如，左侧顶内沟（pIPS）在 hand - tool 兼容性任务中参与度更高，而左侧额下回（IFG）和左侧后外侧枕颞皮层（LOTC）在 tool - tool 兼容性任务中参与度更高。这充分说明两种任务虽然有相似之处，但在大脑区域的具体参与和激活模式上存在差异。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：工具 - 工具和手 - 工具兼容性任务既存在相似性，又存在差异。相似之处在于，它们都与工具操作识别任务紧密相关，并且都涉及工具处理网络的多个部分，如左侧缘上回（SMG）等区域；差异在于，它们在工具处理网络内和网络外的一些大脑区域参与度不同，而且分别依赖运动意象和视觉意象等不同的认知过程。此外，研究还发现年龄对这两种任务的影响存在差异，这为进一步理解年龄与认知能力的关系提供了新的线索。

此项研究具有重要意义。在理论层面，它打破了传统上对工具 - 工具和手 - 工具兼容性任务的简单认知，揭示了二者背后复杂的神经认知机制，丰富和完善了动作工具知识的理论体系；在临床应用方面，研究结果有助于临床医生更精准地评估患者的动作工具知识水平，为诊断和治疗与工具使用障碍相关的疾病提供了更科学、更可靠的依据，具有极高的临床指导价值。总之，该研究为动作工具知识领域的研究开辟了新的方向，推动了相关领域的进一步发展。