执行功能与前额叶皮层

执行功能是组织和指导行为以实现目标的高级控制过程：在头脑中保持和更新信息、抵抗干扰和不适当的反应，以及灵活地在任务和规则之间切换。这些能力在很大程度上依赖于前额叶皮层，即额叶最前端的部分，它协调其他大脑系统以支持规划、推理和适应性控制。

Definition

执行功能是指一系列自上而下的认知控制过程，主要包括抑制、工作记忆更新和认知灵活性，这些过程依赖于前额叶皮层，并使思想和行为能够进行目标导向的调节。

Scope

本主题涵盖执行功能及其主要的神经基础——前额叶皮层，作为认知神经科学的参考材料。它介绍了主要的执行功能组成部分、前额叶控制理论、执行功能的统一性与多样性结构，以及额叶损伤的临床意义。它解释了机制和证据，并非临床指导。

Core questions

• 构成执行功能的核心过程是什么？它们在多大程度上是统一的还是可分离的？
• 前额叶皮层如何对感知、记忆和行动施加自上而下的控制？
• 前额叶皮层损伤后会出现哪些缺陷？这些缺陷揭示了其哪些功能？

Key concepts

• 抑制控制
• 工作记忆更新
• 认知灵活性（任务转换）
• 自上而下的加工偏向
• 目标和规则表征
• 前扣带皮层与冲突监控
• 背外侧和腹内侧前额叶皮层
• 执行功能障碍综合征

Key theories

前额叶控制整合理论

前额叶皮层维持着目标和实现目标所需规则的活跃表征；这些表征偏向于整个后部和皮层下系统的加工，从而使与任务相关的通路占据主导地位，提供了认知控制的统一解释。

执行功能的统一性与多样性

潜在变量分析表明，执行功能之间存在中度相关性但又可分离，通常分解为抑制、更新和转换成分，因此该构念既不是单一能力，也不是一组完全独立的能力。

控制的预期价值

认知控制是根据成本效益计算分配的，其中前扣带皮层明确需要施加多少控制以及施加到何处，平衡控制的预期收益与努力成本。

Mechanisms

前额叶皮层被认为通过维持目标和任务规则的活跃、灵活表征来支持控制。通过与感觉、运动、记忆和边缘系统之间的密集互惠连接，这些表征偏向于神经通路之间的竞争，从而使与当前目标一致的信息和行动得到优先处理，这一机制在前额叶功能整合理论（Miller & Cohen, 2001）中得到了形式化。其子区域功能分化：背外侧前额叶皮层与工作记忆和规则引导行为相关，腹内侧和眶额区域与价值和情绪相关，前扣带皮层与冲突监控和明确控制需求相关（Shenhav et al., 2013）。行为分析将执行功能分解为部分可分离的抑制、更新和转换成分（Miyake et al., 2000）。

Clinical relevance

前额叶皮层损伤，典型表现为额叶损伤后人格和自我调节的变化，会产生执行功能障碍，这有助于临床医生理解创伤性脑损伤、额颞叶痴呆、ADHD和精神分裂症等疾病。本条目是关于执行控制及其神经基础的教育参考资料，并非用于诊断或管理任何个体。

Evidence & guidelines

本文的论述借鉴了人类病变研究、神经心理学测试、单细胞记录和神经影像学等方面的综合证据，这些证据已在主要综述和专著（Miller & Cohen, 2001; Fuster, 2015）中得到整合，并基于执行任务的心理测量分解（Miyake et al., 2000）。发展和生命周期视角由Diamond（2013）进行了总结。

History

19世纪额叶损伤后判断和人格显著变化的临床观察，以及20世纪早期对额叶患者和灵长类动物病变的研究，激发了人们对额叶的兴趣。整个20世纪，Luria、Milner等人的工作将额叶损伤与计划受损、持续性行为和控制障碍联系起来，执行功能的概念也从认知心理学中浮现。单细胞和影像学研究随后将这些思想建立在前额叶神经元持续的、与规则相关的活动基础上，最终形成了前额叶控制的整合理论。

Debates

执行功能是一种能力还是多种能力？

一些观点强调一种普遍的控制能力，而潜在变量研究支持“统一性与多样性”的观点，即抑制、更新和转换是相关的但可区分的；如何最好地划分执行功能仍然存在争议。

Key figures

• Joaquin Fuster
• Earl Miller
• Jonathan Cohen
• Adele Diamond
• Tim Shallice

Seminal works

• miller-cohen-2001
• miyake-2000
• shenhav-2013

Frequently asked questions

核心执行功能有哪些？

它们通常被描述为三个部分可分离的过程：抑制控制（抵抗干扰和主导反应）、工作记忆更新（保持和修改信息）和认知灵活性（在任务或规则之间切换）。规划和推理等高级能力被认为是在这些基础上建立的。

为什么前额叶皮层对执行功能如此重要？

前额叶皮层维持着目标和规则的表征，并与感觉、运动、记忆和情绪系统紧密连接，使其能够偏向整个大脑的加工，以支持与目标相关的信息和行动。