执行功能

介绍

执行功能是指一组支持思想、情绪和行为调节的认知过程。执行功能帮助我们实现日常生活中的目标，无论是计划度假、控制愤怒还是多任务。它们在婴儿期和儿童期都会急剧发展，^1，2并预测未来在学校、健康和收入方面的成就。^3.他们在某些条件下也是可以训练的。^4.同时，执行功能具有高度遗传性，^5.这意味着个体之间的基因差异导致个体之间执行功能的差异。此外，这些差异在整个发展过程中是稳定的：^6,7儿童期执行功能低下预示着几十年后执行功能低下。在社会经济地位较低的儿童中观察到执行功能受损^8.以及各种临床疾病，包括注意缺陷多动障碍，⁹自闭症¹⁰还有抑郁症。¹¹

主题

执行功能的限制可能会导致孩子们看起来固执或淘气，比如他们坚持不需要穿夹克衫去雪地里玩，或者伸手去拿饼干，尽管他们能够重复在晚饭后才能吃饼干的指示。执行功能可以预测未来的生活结果。幼儿园入学时执行功能的个体差异预示着以后的学业成绩，并且可能比熟悉数字和字母对早期成功更为关键。^{12 - 14}自我调节行为可以预测社会技能、与老师和同伴的关系、学校参与度、健康、财富和日后的犯罪行为。^3,15在某些条件下，执行功能是可以训练的。为改善认知和行为准备而开发的学前项目已经导致了执行功能的改善，小学的各种干预措施也是如此。^16-18有氧运动、武术、瑜伽、舞蹈和有针对性的游戏干预也与儿童执行功能的改善有关。^4.培训干预可能有助于减少或消除低社会经济地位儿童的执行功能缺陷，^19,20尽管目前还没有关于种群水平干预效应的生态学研究。

问题

执行功能是复杂的，在测量和跟踪它们的发展变化方面存在挑战。它们跨越了多种高层次的认知过程，包括计划、决策、维持和操纵工作记忆中的信息、监控与目标相关的环境信息、从一个任务转移到另一个任务、抑制不想要的想法、感觉和行动。此外，这些高水平的过程依赖于低水平的认知、知觉和运动过程，因此很难纯粹衡量执行功能。^21,22例如，一个人在节食时抵抗巧克力的能力不仅反映了他们抑制吃巧克力冲动的能力，还反映了他们的饥饿感和节食的理由。衡量执行功能的这种困难纯粹也导致难以衡量整个开发过程中执行功能的变化。较低层次的流程和执行功能都在发展，这使得设计可用于不同年龄段人群的执行功能指标具有挑战性。例如，从婴儿期到成年期的抑制变化无法通过测量坚持饮食能力的变化来跟踪！因此，研究人员经常对不同年龄组的执行功能使用不同的测量方法，例如，在面对干扰物时保持注意力的情况下测量婴儿抑制，²³以及儿童在“西蒙说”类型游戏中的抑制，在这种游戏中，成年人的行为通常会被模仿，但有时应该采取相反的做法。²⁴不同测量方法的差异使得很难就执行功能的发展变化得出明确的结论。

研究背景

执行功能及其发育的研究进展迅速。神经科学方法的使用，包括功能神经成像,脑电描记法，和计算模型，提供了对支持执行功能发展的大脑变化的见解。^2,25-27为了解决任务不纯的问题，研究人员开发了一系列任务，这些任务共享执行功能需求，但在其他方面有所不同。例如,一组抑制任务可能包括一个任务,要求孩子们他们的目光关注的东西和抑制的冲动向分散注意力的东西,和另一个任务,要求孩子说一个单词在屏幕上的颜色(例如,“绿色”这个词在蓝色墨水打印),避免阅读这个词本身。统计技术可以用来提取这些任务的共同表现，提供更纯粹的执行功能测量。^5.为了解决比较不同年龄段的执行功能的困难，研究人员开发了一些措施，这些措施可以稍微改变，以操纵执行功能需求，同时保持任务的所有其他方面不变。例如，在一项任务中，儿童被要求抑制看分散注意力的事物的冲动，分散注意力的事物的数量可能会随着年龄的增长而增加。这些测量方法提供了广泛年龄段的敏感性，使研究人员能够观察绩效的定量变化来跟踪执行功能的发展。^1.

关键研究问题

1. 婴儿期和儿童期的执行功能有哪些发展？
2. 是什么推动了这些发展？
3. 为什么执行功能能预测以后的功能和一般智力？

最近的研究结果

执行功能的组成过程在发展过程中似乎变得更加专业化：在幼儿期，儿童在所有需要控制的情况下使用相同的认知过程，而从幼儿期中期开始，这些过程逐渐专门化为组件，例如抑制常规操作或在多个任务之间切换。^21,28,29执行功能也变得更加自我导向（使儿童逐渐减少对他人的依赖），并从被动控制（儿童在事件发生时进行调整）转变为主动控制（儿童预测和准备即将发生的事件）。^2.例如，年幼的孩子可能倾向于在最后一分钟学习准备学校考试，并且只有在父母的提示下才会学习，而年龄较大的孩子可能会提前开始学习，以应对潜在的问题。执行功能的变化部分是由不断增强的牢记适当目标的能力驱动的（例如，尽管玩电子游戏的诱惑，但仍要继续学习），也由儿童不断增强的监控环境以确定哪些行为是适当的能力驱动的（例如，今天学习对明天的考试很重要）。^30,31随着年龄的增长，这些改进伴随着一个广泛分布的神经网络中更强的活动，该网络跨越了前额叶皮层,这个顶叶皮质,和基底神经节,随着这些区域之间的连通性增强，以及整个发展过程中激活模式的变化。^25,27

研究差距

迄今为止，我们对执行功能中的基因-环境相互作用的理解有限:环境经验如何影响影响执行功能的基因表达，以及遗传变量如何影响可能影响执行功能的环境特征。^5.此外，研究主要强调执行功能过程效率的定量变化，假设所有儿童都使用相同的过程或策略，随着年龄的增长，这些过程或策略的应用会更成功。然而，策略可能会随着年龄和同龄儿童的不同而变化，可能会导致执行功能的不同发展路径。战略可变性在很大程度上有待探索。^32,33最后，需要做更多的工作来充分理解哪些大脑变化支持执行功能的变化，特别是在幼儿时期，以及这些大脑变化如何导致执行功能的变化。^2.

结论

尽管执行功能复杂且难以衡量，但在理解婴儿期和儿童期这些基本的高级认知过程方面已经取得了重大进展——它们在发展过程中如何变化，如何影响行为，它们预测的晚年生活结果的哪些方面，什么样的经历可能会影响这一发展过程。这项工作突出了执行功能在儿童发展中的重要作用。许多问题有待通过进一步的行为和神经科学研究来解决。这些问题包括个别儿童在执行功能的发展轨迹上有何差异，以及这种差异的后果，为什么执行功能可以预测未来的生活结果，基因和环境的影响以及由此产生的大脑变化如何导致婴儿期和儿童期执行功能的显著改善。更好地理解执行功能的发展对于改进培训计划、干预策略和早期诊断工具至关重要，这些工具旨在最大限度地发挥儿童日后取得学业成就和成功的潜力。

对家长、服务和政策的影响

当孩子们做了他们不应该做的事情，或者似乎没有在听的时候，他们不一定是固执或淘气的。即使孩子们有很强的动机去做适当的行为，他们执行功能的限制也会阻碍他们这样做的能力。如果不加以解决，执行功能的缺陷预示着学业成绩的下降，这可能有助于解释社会经济地位高和社会经济地位低的学生之间持续存在的教育成绩差距。然而，面对有限资源的决策者可能会发现，很难在旨在改善行政职能的现有干预措施之间做出选择。比较各种干预措施效果的数据有限，干预措施可能对不同年龄和发展轨迹的儿童产生不同的影响，很少有项目从示范研究扩大到全系统干预。改善早期诊断工具，努力确定早期和中期儿童干预措施的长期影响，将有助于明确干预措施的最佳时机和管理。

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