艺术与认知专着：艺术培训如何影响认知
作者： Michael Posner，博士，Mary K. Rothbart博士，Brad E. Sheese博士，以及 俄勒冈大学的Jessica Kieras博士
概要
在我们的研究中，我们研究了艺术培训如何通过潜在的注意机制影响其他认知过程。我们还从最受艺术培训影响的几个参与者中确定了神经网络（大脑区域之间的连接系统）。最后，我们探讨了基因和气质的个体差异如何通过注意力训练达到的改善量。
我们制定了一个关于艺术培训如何运作的理论，我们假设：1）不同艺术形式有特定的脑网络; 2）对艺术有一个普遍的兴趣或开放因素; 3）对艺术感兴趣的儿童，以及对这些艺术的培训，培养高度的动力; 4）动机持续关注; 和5）高度持续的动机，同时参与冲突相关的任务，提高认知能力。
前两项要素是通过对成年人进行调查问卷进行测试的。我们发现了一种具有特定艺术形式的兴趣和生产这种类型的艺术之间具有统计学意义的关联。问卷分析还表明，一般的审美兴趣，或对艺术的开放，与除舞蹈之外的所有艺术形式的欣赏相关。在我们的研究中，舞蹈混淆了艺术形式和社会活动。
我们通过将孩子随机分配到一个执行加速任务的对照组或者一个实验组来测试动机是否能够维持注意力，其中孩子们在激励的奖励条件或结果知识条件下执行任务。我们发现高水平的动机导致了任务绩效的显着提高，特别是当动机持续较长时间时。这些发现支持这样的观点，即对艺术的兴趣可以持续关注，为培训提供更多的有效机会。
我们还研究了与认知和情绪自我调节相关的执行注意网络的培训。我们评估了从事旨在教导儿童如何解决冲突的任务能够改善认知。我们将孩子随机分配到对照组或干预组。这项干预包括为期五天的电脑化冲突解决练习，这些练习在高度激励的条件下进行。
在激励条件下接受注意力培训的儿童与对照组相比，在智力测验分数上显示出更大的改善。这表明注意力训练的效果被广泛用于远远超出训练练习的认知过程的测量。使用脑电图（记录大脑电活动的脑电图）的脑成像还显示，在执行关注任务期间，训练有素的儿童的活动类型与成人相似，而未训练的儿童（对照组）则没有。
我们的遗传学研究表明，涉及神经递质多巴胺从一个脑细胞向另一个脑细胞传递的几种基因的特定形式可能与儿童之间以及成人之间在解决冲突的有效性方面存在差异有关。我们正在继续这些基因研究。
在我们的工作中，我们使用了旨在吸引和激励以提高注意力的具体培训练习。但是，我们相信任何真正吸引孩子兴趣并激励孩子的培训都可以帮助培养孩子的注意力。我们的研究结果表明，艺术培训可以通过培训注意力来提高对艺术感兴趣和能力的人的认知。
介绍
我们一直在研究一个关于大脑区域之间关系的执行注意网络，这似乎是与艺术培训相关的认知改善的一个重要基础。这种行政关注网络与认知和情感的自我调节有关（Posner和Rothbart，2007a，b; Rothbart和Rueda，2005; Rueda，Posner和Rothbart，2004）。该网络涉及特定的大脑区域，包括中线和侧面前部区域（Fan，McCandliss等2005a）。我们已经表明，高管关注的效率与父母报告中关于他们的孩子的更高层次的因素有关，称为强力控制（Rothbart and Rueda，2005）。因此，执行人员的注意力在儿童日常控制思想，感受，
……行政注意力在儿童对思想，感受和行为的日常控制中起着重要作用
随着神经影像技术的进步（Posner和Rothbart，2007a）和对人类基因组测序（Posner，Rothbart和Sheese，2007; Venter等，2002），研究执行人员注意力网络的能力得到增强。这两个科学领域使人们有可能考虑形成脑底网络（大脑区域之间的连接系统）发展的体验和遗传因素方面的高水平认知技能。
我们之前对婴幼儿注意过程的广泛研究已经证实，这种注意力大脑网络与认知和情绪的自我调节有关。它参与高级技能的培训，包括建立词汇联想。例如，在注意某种语言的同时抑制另一种语言的相关反应的过程中，行政注意网络是最有可能活跃的那一个。
在这项研究中，我们研究了网络在两岁半到七岁的儿童中的发展（Rueda等，2004）。此外，我们要求参加研究的儿童的父母填写一份自我报告问卷。我们检查了儿童自我调节认知和情绪的能力。对儿童进行了一系列冲突任务的测试（Fan，Flombaum et al。，2003），这些任务已被证明可激活执行人员的注意力网络。
……这个注意力大脑网络与认知和情绪的自我调节有关这个网络发展过程中的儿童个体差异与父母关于他们的孩子能够调节自己行为程度的报告有关（Rothbart和Rueda ，2005）以及延迟奖励的能力。此外，通过影像学研究发现，执行注意力网络发展的个体差异与高水平技能所涉及的大脑区域激活的差异有关（Posner and Rothbart，2007b）。
通过基因研究，已经表明几种多巴胺和血清素基因的特定形式与冲突解决效率的差异有关。其中两个基因也与位于大脑扣带回的执行注意网络部分的激活有关（Fan，Fossella et al。，2005）。
理论是……每一个人的艺术形式都包含独立的大脑网络根据这些研究结果，我们已经调整了一套从动物研究中发展出来的练习，以培养发育健康的四，六岁儿童以关注他们的注意力。我们将这些儿童随机分为两组：一组注意力训练组（实验组）和一个“控制”组，他们与不旨在提高注意力的视频交互。
实验组儿童与对照组儿童相比，在智商测量方面表现出更大的改善，显示出普遍性超出了直接的注意措施（Rueda，Rothbart，Saccamanno和Posner，2005; 2007）。
我们的假设
我们认为有必要解释艺术如何影响认知，因为有证据表明艺术培训会影响认知。因此，我们假设，通过特定的学习，可以加强涉及高管重视和费力控制的大脑网络。此外，我们假设许多年轻人对音乐，艺术和表演的热情可以为密切关注提供背景。反过来，这种动机可以导致注意网络的改善，然后将其推广到一系列认知技能。
我们的培训研究支持这一提出的理论，即关于艺术培训对各种认知过程持续影响的机制。
该理论基于这样的想法，即每个个体艺术形式都涉及独立的大脑网络。在图1中，我们总结了一些涉及不同艺术形式的具体脑区。
艺术与认知专着 – 波斯纳图1
图1.（由Posner Lab和Vonda Evans提供）
家长调查问卷的结果表明，儿童对不同艺术形式的兴趣程度有所不同。另外，对图1中所示的每种艺术的兴趣与一般艺术兴趣因子相关。
这种通用艺术兴趣因素本身与称为“定向敏感度”的气质特征相关（Rothbart，Ahadi和Evans，2000; Evans和Rothbart，2008）。定位敏感性反过来又与开放性的五大人格因素密切相关。因此，我们将普遍艺术兴趣的程度与开放的人格因素联系起来。
对美学的兴趣或对艺术兴趣的开放性已经在成人的研究中发现与指导神经递质多巴胺产生的特定基因形式有关。一些这些相同的基因也与行政关注的效率有关，后者又受多巴胺调节。
艺术理论的要素
我们关于艺术中的兴趣和训练如何导致普遍改善的一般认知的理论涉及五个要素。他们列在下面，然后进行讨论。
有不同艺术形式的特定脑网络。
艺术中有一个普遍的兴趣点。
当这种艺术感兴趣的普遍因素很高时，以适当的特定艺术形式进行培训会产生高度的兴趣或动机。
这种兴趣或动机持续受到关注。
冲突相关任务中高度持续的关注，我们注意力培训研究中使用的类型可改善认知。
研究设计和结果
为了探索我们理论的前三个要素，我们根据埃文斯和罗斯巴特的成人气质量表（ATQ）构建了一份问卷（Evans and Rothbart，2007）。我们还添加了一些由Victor，Rothbart和Baker开发的美学问题（准备中）。调查问卷用于俄勒冈大学本科生样本和俄勒冈州本德社区成年居民样本。
元素1：艺术的欣赏有趣于制作艺术
我们测试了这样的假设，即对特定艺术类型的欣赏与生产这种类型艺术的乐趣有关。我们将回答与评估感兴趣的问卷项目相关联，并将其制作成特定的艺术形式。
关注艺术的兴趣与绘画/绘画的兴趣相关r = 0.48。这种相关性被称为“r”，反映了观察艺术与艺术创作之间的关系。这种相关性在统计学上是显着的，这意味着它不可能单独出现。同样，制作陶瓷或雕塑的兴趣与制作这种艺术品的乐趣在统计上相关（r = 0.42，p <0.01）。听音乐的兴趣与演奏乐器的兴趣相关（r = .31，p <.01）。观看比赛的兴趣与摄影或电影制作中的兴趣相关（r = .33，p <.01）和写作兴趣（r = .28，p <.01）。
要素2：艺术形式的审美与审美一般性有关
我们测试了对特定艺术类型的欣赏与一般审美趣味有关的假设。我们通过计算非特定艺术品（“我很有创意”，“我很艺术”，“我展现了很多想象力”）的平均值（“平均值”），计算出“一般审美兴趣”的得分。我们寻找这种平均得分与评估某种特定艺术形式兴趣的每件物品之间的相关性。
除了“我喜欢跳舞”之外，所有特定艺术形式的项目都显着（p <.05）与一般美学兴趣得分相关。除了跳舞之外，所有项目的中位数相关性均为r = 0.35。
这些结果也表明，一般美学因素（表1，第1行）与定向敏感性（开放性）的气质因素高度相关。
表1：美学问卷的结构
一般审美活动 感知项目 生产物品
我展现了很多想象力。 我喜欢看艺术。
我喜欢绘画或绘画。
我喜欢制造闪光或陶瓷
我很有创意。 我喜欢听音乐。 我会喜欢弹奏乐器。
我很艺术。 我喜欢看戏剧。
我喜欢摄影或电影制作。
我喜欢写东西。
我喜欢跳舞。
要素3：高兴趣与高动机相关联
这个元素将适当的艺术培训与动机联系起来。艺术培训与动机之间的联系虽然合理，但仍然具有推测性，需要通过实验研究来检验。我们假设那些具有高度定向敏感性（开放性）并且对特定艺术至少具有正常兴趣的儿童将有很高的接受该艺术培训的动机。
要素4：动机持续关注
我们的研究提供了动机持续关注的证据。我们发现，在四岁半和七岁的儿童中，由奖励和反馈引发的高水平的动机导致了持续关注的强烈改善（Kieras，2006）。当反馈和奖励被用来提高动机时，儿童在任务期间显示提高的警报水平。我们发现在激励条件下执行任务的儿童比没有这种激励条件的儿童执行任务时长时间关注他们。
根据这些调查结果，我们建议对那些高度兴趣的人进行艺术培训，以便持续关注，从而增加培训的有效性。
要素5：对冲突任务的高度持续关注改善了认知
我们已经发表了证据表明，一种形式的注意力训练事实上改善了涉及认知和情绪的强力控制的执行注意力的底层网络（Rueda，et al，2005）。为了检验经验在执行注意网络中的作用，我们开发并测试了一个使用电脑练习的五天培训干预。这些练习旨在让幼儿感兴趣和激励，正如我们认为艺术训练适合有适当兴趣的儿童一样。
我们在四到七岁的儿童（Rueda，Posner，Rothbart和Davis-Stober，2004）中对行政关注重大发展期间这种培训干预的效果进行了测试。我们假设受过注意力训练的儿童与认知和情绪的努力控制有关，通过改变潜在的执行人员注意网络可以改善冲突的解决; 我们假设这种效应可以推广到认知的其他方面。
为了验证这个假设，我们使用了EEG（脑电图），放在头皮上的电极，并记录了大脑的电活动。我们的脑电数据显示，明确的证据表明，培训提高了执行人员注意力网络在解决冲突方面的效率。
……注意力训练改变了解决冲突所涉及的网络技术上的解释是，头皮所记录的ERP（事件相关电位，即对特定刺激的电响应）的“N2”分量已被证明出现在大脑前部“扣带”区域，并与冲突的解决有关（Rueda等，2004; van Veen和Carter，2002）。我们发现在注意力受到培训的6岁儿童中，注意网络测试的一致（匹配）和不一致试验之间存在N2差异。受过训练的六岁儿童所看到的注意网络的差异与成年人中的情况类似。
在四岁的小孩中，训练似乎影响了电极活动的模式，这些模式是由大脑前部上方的电极测量的，这与大脑前扣带区的情绪控制区有关（Bush，Luu和Posner，2000）。总而言之，四，六岁儿童的数据表明，注意力训练改变了解决冲突所涉及的网络，并且这种改变更像成年人看到的网络效率。
与对照组儿童相比，我们还发现接受注意力训练的儿童组的智力测试得分显着提高。这一发现表明，注意力训练的效果被广泛应用于远远超出训练练习的认知过程的测量。我们没有观察到训练过程中孩子气质的变化，但由于评估时间之间的时间很短，因此预计无法观察到这种变化。
参与关注的基因
我们的研究结果表明，并非所有的儿童都需要或从中受益。这可能是注意力训练后儿童表现变异性如此之高的原因之一。例如，在我们的一些研究中，解决冲突最困难的儿童在接受注意力训练后的这项任务中表现出最大的全面改善。我们的研究还表明，遗传标记可能存在，这有助于解释儿童选择性集中精力控制认知和情绪的能力。
我们获得了大部分参与我们研究的六岁儿童的遗传信息。根据儿童携带的称为多巴胺转运蛋白基因（“DAT1”）基因的两种形式，儿童被分成两组。多巴胺转运蛋白基因负责将神经递质多巴胺从一个脑细胞输送到另一个脑细胞。这种神经递质已被证明参与注意力，唤醒和解决问题，以及其他认知功能，如学习和记忆。
由于我们发现儿童在选择性集中精力控制认知和情绪（“注意能力”）方面的能力不同，而且这种差异部分地取决于两种形式的多巴胺转运蛋白基因中哪一种具有（ Posner，Sheese和Rothbart，2007），我们决定研究这种注意力网络系统是如何从婴儿期发展以及基因如何影响网络发展的。为了做到这一点，我们获得了70名儿童的遗传信息。然后，我们测量了实验研究和家长报告的注意力和气质。我们发现证据表明行政关注在婴儿期存在，并且可以通过评估他们的预期外观在婴幼儿身上进行测量。
从儿童时期开始，我们开始探索行政关注网络的起源。为此，我们正在纵向研究中检查更大的一组儿童，其中我们追踪七个月大的婴儿，直到他们四岁。在此期间，我们描述了其执行关注网络的发展，并将儿童在四岁时的选择性注意力和控制表现与他们网络发展的特点联系起来。
除了在控制力和选择性注意力方面的健康能力之外，主要兴趣在于确定这些能力如何在注意力缺陷多动障碍（ADHD）中发生改变。我们通过基因研究来解决这个问题。我们发现，在生命的早年，注意力和努力控制的个体差异与CHRNA4基因有关。在成人中，这个基因已被证明与涉及定向的任务有关。我们还发现多巴胺4受体基因（DRD4）的七重复形式的存在与父母技能的质量相互作用以影响气质的几个相关方面。这些方面包括活动水平（如多动），感觉寻求和冲动。ADHD患儿常见这些特征。
具有DRD4基因的7重复形式的儿童在育龄期高质量时显示更中等程度的活性和冲动性。相比之下，没有DRD4基因的7重复形式的儿童相对来说不会受到父母的影响（Sheese，Voelker，Rothbart和Posner，2007）。
遗传研究表明，DRD4基因的七重复形式处于正选择压力下（它倾向于通过遗传传递 – 超过其他形式的基因）。因此，我们建议DRD4基因的7重复形式正在被遗传选择，因为它增加了父母对儿童行为的影响。这就提出了遗传变异的正向选择通常与特定形式的基因使其受到文化影响的行为（包括育儿）有关的可能性（Posner，正在出版）。
我们相信，艺术培训的成功部分取决于受训儿童的气质。尽管这些遗传学发现中的大部分与美学没有直接关系，但我们发现DRD4基因的七重复形式在父母中存在我们研究的儿童中，与父母自我报告的对特定艺术（如音乐，视觉艺术或戏剧）的兴趣较低有关。我们不知道这一发现是否与这些父母在童年期间接触的功能不同。然而，考虑到我们关于DRD4基因的七重复形式与育儿技能对儿童行为的影响之间的关系，这是一种可能性。
没有其他基因显示与享受特定艺术形式的综合度量有显着的关系。然而，一项多巴胺基因（DBH）和一项血清素基因（TPH2）（这两项基因已被证明与执行人员的注意力相关）也与我们在调查问卷中衡量的更一般的“美学兴趣”有关。
未来学习方向
我们相信艺术培训的成功部分取决于孩子接受培训的气质。气质又是由与环境相互作用的基因决定的。由于研究基因的作用以及基因与环境的相互作用对影响对艺术的关注非常重要，因此我们计划进行全基因组扫描以确定可能影响执行人员注意力方面的遗传变异范围，费力控制和审美偏好。我们根据是否在美学偏好上得分高或低来汇集来自我们成年参与者的数据，并计划确定人类基因组中的30,000个基因中的哪一个可能在两个组之间不同。我们计划对可能的基因进行类似的调查，这些基因涉及高管重视，费力控制，
结论
我们三年的研究成果为观察艺术培训如何改变认知提供了一个总体框架。我们的理论强调，对艺术的兴趣和动机存在个体差异。我们的理论认为，艺术培训通过注意力的培养来提高对艺术兴趣和能力的儿童的认知。
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