导语：给动作“刹车”是一项极其重要的本能，它需要大脑多个区域的合作，需要彼此交流无碍，最终传达到肢体终端。借助多种研究方法，科学家们正在一步步揭开停止动作的神秘面纱，为进一步了解人类的行为奠定基石。
关键词：神经网络，反应抑制，损伤，视丘下核
引言
棒球场上，您正站在三垒，正等着冲回本垒为球队赢得这场比赛。眼看着队友走近击球区，把球棒举过她的肩膀，您已蓄势待发，只等球棒的触球声传来，就全力冲刺。投球手抡圆胳膊投出了球。球在空中呼啸，然后——砰！球被击出。您状态良好，开始加速，但对手二垒突然跳起，在半空中抓住了这个平直球。您仿佛在跑道上瞬间冻结，不曾犹豫分毫，亦未越“垒池”半步。
您是如何做到的？原本为冲回本垒做足了准备，两腿肌肉紧绷，然而，眨眼间就能取消计划好的动作，停在那里。
能够让动作停止十分重要。由此人类和动物才能够对周遭变化做出快速反应，不论是在转弯或遇到蛇时急停，还是当您意识到老师在盯着您时放下抠鼻子的手！
信不信由您，科学家们一直在对这一行为进行研究。此类行为是所谓“反应抑制”的一个例证。抑制，意即阻止或停下。称之为“反应抑制”是因为您的身体已经为做出某一反应做好准备，就像在棒球赛中您已准备好跑向本垒。从而，要取消这个反应，您必须‘抑制’身体活动。抑制可以由外部信号触发，比如路上的一条蛇，也可以不需要什么外部信号，仅仅由于您自己决定停下来。一个有趣的问题是反应抑制可否自动产生。科学家们仍在为弄懂这个问题而努力。
让自己停下来乍看起来或许简单，但是要抑制反应需要迅速地调整行动。这本领跟许多现实生活技巧息息相关。举例来说，倘若您追着一个篮球跑到了街边，突然间耳边响起了汽车喇叭声。身处此境，如若不能“刹车”，后果不堪设想。您能想出一些自己的例子吗？也许是运动中？或者在一个必须格外小心的场景里？
下一节，您将会读到科学家们用来研究反应抑制的一项作业（一款电脑游戏，您甚至可以亲自尝试一下！）。再下一节，您将了解到这些作业教给了我们哪些有关大脑的知识。最后，您会读到关于这项研究为何重要的总结。
大脑在聆听“错误”
科学家们在设计作业时，他们必须想办法让人们的大脑一遍又一遍地重复同一件事。这能让科学家们更好地预测大脑将如何完成这项作业。停止信号作业（Stop Signal Task）用于研究反应抑制。作业简单…近于吧。作业开始时先出示一个目标，如一幅图片或一个箭头。您得告诉受试人员当看到目标物的时候要尽可能快地按下某个按钮。如此一来，科学家们就可以测定此人对目标物的反应速度。到目前为止这项作业相当简单。
难的地方在于，有时候，目标物出现后会紧跟一声“哔哔”声，它意味着：停！因此即便受试人员已经做好了回应的准备，他们也必须取消这个反应。这个真的可以很难！在目标物出现后立即播放“哔哔”声，停下来尚轻而易举，但是随着哔哔声和目标物之间的间隔越来越长，要停下来不按按钮就变得越来越难。
想试试停止信号作业吗？看看您对目标物的反应有多快，停下来又有多迅速！
把作业难度提高，我们就可以估算受试人员需要多长时间来停止行动。有些人的速度相当之快，迅雷仍可掩耳。另一些人的速度则更慢，他们在听到“哔哔”声很长一段时间后才能停下来。借助停止信号作业，您可以测量人们在没有“哔哔”声时对目标物的反应速度，也可以测量他们停下来的速度。通常而言，人们可以在1/2秒，即500毫秒内对目标物做出反应；而停下来的速度则快得多，大约只需1/4秒，即250毫秒左右。（还记得吧：1秒=1000毫秒。）
大脑中的反应抑制
神经学家们已通过多种方式对反应抑制进行了研究。其中一种是让大脑局部受损（或病变）的人完成相关作业，比如停止信号作业。然后，将他们的完成情况跟无脑部损伤的人比较。这个方法可以让我们知道大脑的哪些部位会参与反应抑制。举例来说，大脑额下回（前额叶的一部分，在太阳穴下方）若受损，就会导致反应抑制变慢【见图一，摘自（Aron, Fletcher et al. 2003）】。相较而言，大脑其他部位受损，也许会对行为停止产生更严重的影响。比如，大脑深处的视丘下核受损会导致患者不受控制地动个不停，即所谓偏侧颤搐。作为某些疾病的治疗方法，对视丘下核直接电激也可以改变一个人停止动作的能力。这通过在脑中植入电极实现。
图1——位于前额叶的右侧额下回受损与更缓慢的停止速度有关。在这幅图中，每一颗星星代表一个人的数据。横轴表示停下来的速度，纵轴表示右侧额下回的受损程度。这幅图表明，右侧额下回受损越严重，他们的信号停止反应需要的时间就越多，或者说，停得越慢[1]。
另一个确定大脑某区域对于特定行为是否必需的方法是经颅磁性刺激技术（TMS：Transcranial Magnetic Stimulation）。此方法使用一个特殊的内置线圈的桨状装置，使电能透过头皮和颅骨传送至大脑。科学家们籍此得以短暂地干扰大脑表面（皮层）不同区域的活动。科学家们已经用此技术在受试者进行停止信号作业时干扰其大脑的不同区域。研究发现，用TMS干扰右侧大脑额下回会让人失去快速停止的能力（Chambers, Bellgrove et al. 2006）。这与大脑受损伤的人员的试验结果吻合。
功能性磁共振成像（FMRI：Functional Magnetic Resonance Imaging）是另一种不同的技术，可以采集大脑血液流动变化的图像。血液流动的变化跟大脑耗能区域相关联，可以告诉我们在执行一项作业时大脑哪些区域参与其中了。科学家们收集了人们在进行停止信号作业时的FMRI图像，试图发现在反应抑制中大脑哪些区域的活动发生了变化。使用FMRI技术进行的研究发现，当人们成功地停下来的时候大脑额下回和视丘下核附近区域的活动发生了改变。科学家们还在FMRI中观察到了另一个叫做前辅助运动区的部位，这个区域位于大脑中间顶部。这些发现基本上跟其他研究吻合。FMRI能为我们提供很多有关大脑哪些部分处于是活跃状态的信息，但却并不能告诉我们活动变化会在何时发生。
幸运的是，另有它法可以提供更高效的测量。其中有两种分别叫做脑电描记法（EEG：electroencepholography）和皮层电描记法（ECoG：electrocorticography），它们可以告诉我们大脑中的电活动在何时发生了改变。这些技术对大脑细胞群（神经元）产生的微弱电信号十分敏感。脑电描记法（EEG）使用隔着头发放置于我们头上的电极来侦测电活动。皮层电描记法（ECoG）则需要通过外科医生把电极放在大脑表面（皮层），这需要把部分颅骨挪开。借助EEG和ECoG技术，科学家们发现停止信号出现后极短时间内，约100到200毫秒内，皮层活动即会发生变化。这些研究也表明大脑细胞在停止过程中以特定频率发出信号来进行通讯。
还有一种有助于理解在停止一个反应时哪些大脑区域可能参与交流的方法是磁共振弥散张量成像技术（DTI：Diffusion Tensor Imaging）。许多大脑细胞都有一个称为轴突的细长管状结构，很像一根微小的麦秆，用来在各个部位间传递信号（图三）。DTI技术可以测量脑细胞轴突内水分的流向。我们身体的绝大部分是由水分组成的，包括大脑，有些水分就在轴突内。科学家们用这个信息确定大脑内有哪些区域是相互联系的。这一点很重要，因为大脑不同部位间要互相配合才能产生行动。科学家们已经使用了DTI技术来判断额下回、前辅助运动区和视丘下核是否直接互联。
图二——一般认为，与停止相关的到脑区网络包括：右侧额下回，前辅助运动区和视丘下核。在这两幅图中，相关区域在Dr. Greenhouse的脑模型中被突出显示。左边第一幅图显示了大脑表面的额下回。第二幅图显示了前辅助运动区和视丘下核。在第二幅图里，大脑的右前部分被移除以展示大脑内部。大脑看起来真棒，不是吗？
科学家们考察了上述所有方法的试验结果以期对停止信号作业中大脑如何停止动作的机理有一个整体的概念。每种方法都为大拼图提供了新的信息：我们了解了哪些区域对停止是必需的（借助TMS或对脑损伤的研究），也了解了在停止中哪些区域是处于活跃状态的（借助FMRI，某种程度上还有ECoG和EEG），还了解了大脑活动会在何时发生改变（借助EEG或ECoG），以及大脑的不同区域是怎么联系在一起的（借助DTI）。
科学家们已经用上述方法及其他一些文中并未提到的方法做了数百次试验。结论是反应抑制不是仅仅依赖一个大脑区域，而是依赖于多个区域联结成的网域交流！其中一些区域在大脑表面（皮层），如图二所示的额下回和前辅助运动区。也有些区域位于大脑中心，如视丘下核，图二中也可见到。这些不同区域彼此联通，其路径已使用DTI确认。科学家们认为正是这个大脑网络使我们得以停下来，就像在之前的例子中当您预备冲回本垒的时候看到有人抓到球后所做的那样。关于反应抑制，科学家们还在不断获取新知。将来，我们也许会发现更多与反应抑制相关的脑区，同时也可能发现更多区域间进行信息传递的方式。
图三——脑细胞（神经元）。本图展示了脑细胞（亦称神经元）的关键结构。图中注明了麦秆状构造的轴突，以及其他重要部位：细胞核，细胞体，树突，轴突。
为什么反应抑制的研究非常重要？
这么说吧，停下来可以救您一命！想想那个追着篮球跑到街口时听到正开过来的汽车喇叭声的例子吧：知晓汽车喇叭的涵义（停！），而且能够抑制跟着球继续跑的惯性，免了您车祸之灾。除此之外，科学们还在思忖着另一个观点：在抑制行动方面起重要作用的这套神经网络，或许对于抑制不悦的想法和情感也是很重要的。举例说来，在停止信号作业中您停下手指不去触碰按钮所依赖的神经网络与做家庭作业时抑制思路飘向隔壁正播放的最喜欢的电视节目以保持注意力集中所依赖的有可能是同一个回路。不能在这种情况下控制自己的注意力也许是注意力缺陷障碍症（ADHD，又称多动症）的潜在原因。事实上，科学家们已经发现患ADHD的人在停止信号作业中表现不佳（Lijffijt, Kenemans et al. 2005）。我们对大脑实施反应抑制了解得越多，就越能深入地了解是什么引起了缺陷障碍，例如ADHD。也许有一天这些发现会改善我们帮助病人克服障碍以重新掌控自身的治疗方案。关于反应抑制的研究也让神经科学家们更加了解不同脑区是如何合作，使大脑得以做到如此多不可思议的事！
致谢
我们诚挚地感谢Timothy Hoang在制作视频游戏中所提供的帮助以及Robert对本文的认真审阅。
参考文献：
[1] Aron, A. R., et al. (2003). “Stop-signal inhibition disrupted by damage to right inferior frontal gyrus in humans.” Nat Neurosci 6(2): 115-116.
[2] Chambers, C. D., et al. (2006). “Executive “brake failure” following deactivation of human frontal lobe.” J Cogn Neurosci 18(3): 444-455.
[3]Lijffijt, M., et al. (2005). “A meta-analytic review of stopping performance in attention-deficit/hyperactivity disorder: deficient inhibitory motor control?” J Abnorm Psychol 114(2): 216-222.
（翻译：张鹤 审校：海带丝）
原文链接 [科学美国人博客]：
http://blogs.scientificamerican.com/frontiers-for-young-minds/2014/11/14/stop-how-we-inhibit-acts/
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