使用神经心理学数字孪生方法对元认知威斯康星分卡测验中的元认知与执行功能建模

为什么反思我们的思维很重要

为什么有人在规则改变时能迅速适应，而有人却在错误策略上停滞不前或过于自信？本研究审视那些使我们能察觉自身错误、改变方向并从经验中学习的心理能力。通过将心理学、大脑科学与计算模型结合，作者展示了“思考我们的思维”——元认知——如何与执行功能协同工作，后者是我们用于计划、集中注意和切换任务的心理工具。他们的工作不仅有助于解释日常的灵活性，还揭示了像神经性厌食症和精神分裂症等疾病中隐含的认知困难。

灵活思维的三大构成要素

作者以一个简单但有力的观点为出发点：灵活行为源于三套相互作用的系统。第一是知觉，把看到和听到的事物转化为内部表征。第二是执行功能，负责保持目标、选择规则并指导行动。第三是元认知，监控这些目标和规则的有效性并决定何时调整。该理论并非将大脑仅视为寻求奖励的机器，而是强调这些系统如何不断重塑内部表征——我们关注什么、视为何为重要以及考虑哪些选项。元认知位于这一层级之上，评估当前心理状态的清晰度与可靠性，并在感到不确定时推动执行功能去明确目标或更加集中注意力。

一款揭示自我监控的纸牌任务

为了探查这些过程，研究者使用了经典的心理学任务——威斯康星分卡测验（Wisconsin Card Sorting Test），受试者必须发现并适应不断变化的分类规则（例如按颜色或形状），且仅依靠对/错反馈。更新版——元认知威斯康星分卡测验（Metacognitive Wisconsin Card Sorting Test）增加了一点变化：在知道自己是否正确之前，参与者要先对自己的信心进行评分并决定该次试验是否计入得分。这一小改动为观察元认知提供了窗口。它将简单表现（是否猜对规则）与人们判断自己表现的准确性以及他们如何据此明智行事区分开来，例如他们会放弃那些感觉不确定的猜测。

构建人类问题解决的“数字孪生”

论文的核心贡献是一种受神经启发的计算模型——一种人类认知的数字孪生——能够执行元认知分卡任务。该模型包含知觉、工作记忆、动机和元认知层等模块。它追踪近期的奖励与惩罚，估计某一规则相较其他选项的辨识度，然后将这些信息合成为一个信心信号。该信号驱动两类元认知控制：一个是关于是否“计分”的简单决策，另一个是较慢的自我改进过程，调整模型对反馈的反应强度或对干扰的易感程度。通过调整少数参数，作者将模型拟合到来自健康成年人以及神经性厌食症或精神分裂症患者的真实数据，不仅匹配整体准确率，还再现了丰富的错误与信心水平模式。

精神疾病中隐含的相似性与关键差异

一旦拟合好，每个模型版本就可作为一组人的数字孪生：一组为健康对照，一组为厌食样本，一组为精神分裂样本。研究者可以“损伤”特定参数或模拟类似治疗的变化并观察结果。模拟结果表明，两类临床组共享两种微妙问题：动机减弱和倾向过度自信，这可能帮助解释僵化的信念与类妄想性思维。但它们在重要方面又有所不同。厌食样本的孪生体表现出强烈的坚持性和较差的自我改进——即使规则失效也会固守不放。精神分裂样本的孪生体则更易分心且自我评估较差——它过于频繁地切换规则，即便表现下降仍持续感到自信。当作者在模型中模拟元认知心理治疗时，发现厌食患者可能最受益于增强自我改进，而精神分裂症可能需要同时加强自我评估与自我改进。

对日常生活与未来技术的意义

对普通读者而言，结论是：灵活行为并非仅关乎原始智力或意志力。它依赖于一个分层系统，该系统感知世界、保持目标并持续评估自身的可靠性。当该系统运行良好时，我们会察觉策略失效、调整注意方式并逐步改进习惯；当其受损时，我们可能变得僵化、散漫或不合理地自信。通过在具体的计算模型中捕捉这些交互，这项工作为更个性化的心理健康干预、训练自我监控的教育工具，乃至未来能够自我反思而非盲目遵循规则的机器人，提供了一张路线图。

引用: Granato, G., Mattera, A., Cartoni, E. et al. Modeling metacognition and executive functions in the metacognitive wisconsin card sorting test using the neuropsychological digital-twin method. Sci Rep 16, 7145 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37612-w

关键词: 元认知, 执行功能, 数字孪生, 威斯康星分卡测验, 认知灵活性