从幼儿园到一年级，认知控制的一致性与学术技能之间的纵向关联

《Journal of Experimental Child Psychology》：Longitudinal associations between cognitive control consistency and academic skills across kindergarten and first grade

　　阿曼达·N·彼得斯|尼古拉斯·E·沃特斯|珍妮·K·格拉默|埃利夫·伊贝尔
美国加利福尼亚州默塞德市加州大学默塞德分校心理科学系，邮编95343

摘要
即使任务的感觉和情境需求保持不变，认知控制也会在时刻之间波动。然而，传统的认知控制测量方法大多将这种变化视为噪声，并主要依赖于总体绩效指标，如准确性和平均反应时间。通过使用反应时间变异性作为认知控制波动的指标，我们研究了认知控制的一致性与儿童学业技能发展之间的关系（样本量N=112），这些儿童在幼儿园和一年级期间被跟踪观察，这是一个涵盖从非正式学习过渡到正式学习的重要时期。认知控制的一致性是通过Go/No-Go任务中的反应时间变异性来评估的，而数学和读写技能则通过Woodcock-Johnson III成就测试的应用问题子测试和字母-单词识别子测试来评估。更为一致的认知控制（表现为较低的反应时间变异性）与更强的数学技能相关，这种关联在幼儿园阶段以及一年级的预测中都成立，并且超越了基于准确性的指标（d’）。相比之下，认知控制的一致性与幼儿园或一年级的读写技能无关，这表明在这些早期学校阶段可能存在特定领域的差异。总的来说，这些发现表明一致性是认知控制的一个重要方面，它独特地促进了儿童早期的数学表现。

引言
认知控制是指一类支持目标导向行为的机制，尤其是在面对干扰或无关行为选择时（Badre, 2025; Cohen, 2017）。尽管认知控制和执行功能经常被互换使用，并且可以使用类似的测试来评估，但“执行功能”一词更常用来指代一组技能和能力，如抑制能力和注意转换能力，而认知控制则强调使目标导向行为的选择和执行成为可能的核心机制（Badre, 2025）。在这里，我们采用了这种机制性的框架，并在整个研究中使用“认知控制”一词。

在幼儿时期，认知控制与入学准备和学业成功有着紧密的联系（Isbell et al., 2019; Rueda et al., 2010; Welsh et al., 2010）。大多数关于这些联系的发展研究表明，认知控制是如何在特定任务中平均运用的。然而，鉴于认知控制会在时刻之间波动（Decker et al., 2023; Esterman et al., 2013; Mansouri et al., 2024; Unsworth, 2015），儿童在任务中的每次尝试中发挥认知控制的能力也可能存在差异。这种（不）一致的认知控制参与程度可能对早期学校的学业技能发展特别重要，因为向正式学习的过渡伴随着对认知控制和学术学习要求的增加（Bassok et al., 2016; Posner and Rothbart, 2014）。虽然有一些证据表明认知控制的一致性与幼儿的学业表现相关（Isbell et al., 2018; Michel et al., 2025），但目前针对幼儿园和一年级这一关键技能习得阶段的关联研究仍然很少（Duncan et al., 2007; Ellis et al., 2021; Morgan et al., 2018）。因此，本研究的目的是评估认知控制一致性在从幼儿园过渡到一年级期间的学业技能之间的纵向关联。

认知控制的一致性
即使在任务的感觉和情境需求没有变化的情况下，认知控制也会在时刻之间波动（Decker et al., 2023; Fortenbaugh et al., 2015; Isbell et al., 2018; Unsworth, 2015）。有人认为，可以通过反应时间变异性来评估这种认知控制的波动，这是一种衡量个人在不同尝试中反应时间波动的指标（Fortenbaugh et al., 2015; Mansouri et al., 2024; Unsworth, 2015）。多种相互关联的因素影响了认知控制的一致性，进而影响反应时间变异性。

基于执行注意力框架（Engle and Kane, 2004; Unsworth et al., 2024），许多人认为注意力的波动是导致反应时间变异性增加的主要原因（Kane et al., 2016; Unsworth, 2015; Welhaf and Kane, 2024a, 2024b）。根据这一框架，注意力控制是指在抵抗干扰和相关信息的同时，保持对任务相关目标的关注的能力（Burgoyne and Engle, 2020; Engle and Kane, 2004）。注意力的缺失可能导致两种极端情况：一是非常快速的反应——这反映了依赖于自动反应而不是受控过程；二是非常缓慢的反应——因为注意力缺失会减慢信息处理和目标导向行为的执行（Cheyne et al., 2009; deBettencourt et al., 2019; Kane and McVay, 2012; L?ffler et al., 2021; Unsworth et al., 2010）。这种注意力缺失可能反映了前额顶叶控制网络（FPN）调节的低效以及默认模式网络（DMN）抑制不足，而这两个网络主要受到蓝斑-去甲肾上腺素（LC-NE）系统的调节，该系统在注意力控制中起着关键作用（Mittner et al., 2016; Unsworth and Robison, 2017）。FPN和DMN之间的不平衡与反应时间变异性增加有关（Esterman et al., 2013, 2014, Yamashita et al., 2021），并且被认为是认知控制波动导致反应时间变异性增加的机制（Mansouri et al., 2024）。注意力的波动还可能改变感觉信息处理和运动控制中的信噪比，从而影响每次尝试中的感知编码和反应执行的质量和一致性（Mansouri et al., 2024）。换句话说，注意力缺失可以调节感觉运动过程，从而导致反应时间的更大变异性。因此，注意力的波动可能是导致认知控制参与不一致和反应时间变异性增加的关键因素。

唤醒状态和意志因素及其与注意力控制的关联也可能影响认知控制的参与一致性。特别是，低唤醒或高唤醒状态，以及较大的基线唤醒变异性，都与更频繁的注意力缺失和更大的反应时间变异性相关（Robison and Brewer, 2022; Unsworth and Miller, 2021; Unsworth and Robison, 2017）。在意志因素方面，较高的兴趣和动机与较少的注意力波动和较低的反应时间变异性相关（Welhaf and Kane, 2024a, 2024b; Unsworth and Miller, 2021）。总的来说，注意力、唤醒状态和意志因素共同影响认知控制的参与一致性。

尽管反应时间变异性可以反映认知控制的一致性，但也需要认识到处理速度也会影响反应时间和其变异性。整体处理速度较慢会导致平均反应时间变慢和反应时间变异性增加，因为非常慢的反应时间会增加反应时间分布的离散度（Wagenmakers & Brown, 2007）。然而，认知控制的波动也可能同时影响这两个指标；例如，导致反应时间非常缓慢的注意力缺失会增加平均反应时间和变异性。处理速度较慢的成年人往往表现出较不一致的认知控制（Unsworth et al., 2021），这表明处理速度和认知控制的一致性是相互关联的。这些相关性强调了在使用反应时间变异性作为认知控制一致性指标时，考虑个体整体处理速度差异的重要性（Unsworth, 2015; Wagenmakers and Brown, 2007）。

总之，反应时间变异性反映了在注意力、唤醒状态、动机、感知处理和运动执行等多种因素波动的情况下，目标导向行为保持稳定的程度。当任务需要持续的目标维持时，如果感觉运动需求和情境因素相对稳定，那么反应时间在每次尝试中的变化最有可能归因于认知控制参与的一致性波动。作为一种行为测量方法，反应时间变异性无法精确分解这些潜在因素的相对贡献。相反，它反映了在需要持续注意力和目标维持的条件下，认知支持目标导向行为的一致性。

值得注意的是，尽管认知控制的波动可能会影响准确性（即导致遗漏或错误的反应；Cheyne et al., 2009, deBettencourt et al., 2019, Decker et al., 2023），但反应时间变异性指标可以更敏感地反映任务过程中认知控制参与的一致性。关键的是，认知控制的波动不一定会导致错误。例如，在需要响应的任务中，比正常更快的反应可能反映了目标维持的缺失，但仍然可能是准确的。基于准确性的指标反映了表现是否超过了导致错误反应的阈值，而反应时间变异性则捕捉了多种潜在因素的渐进式波动，这些波动可能不会最终导致错误。因此，个体在准确性上可能相似，但在认知过程参与的一致性上可能存在显著差异，这体现在他们的反应时间变异性上（Kievit, 2025）。重要的是，先前的研究表明，与准确性指标相比，反应时间变异性指标能够捕捉到表现的独特方面（Judd et al., 2024; Michel et al., 2025），表现出不同的任务时间效应（Lewis et al., 2017），并且与注意力问题有不同的关系（Ali et al., 2024; Gómez-Guerrero et al., 2011）。总之，这些发现表明反应时间变异性为理解认知控制的一致性提供了独特的见解。

儿童期的认知控制一致性
发展研究表明，儿童期可能是认知控制波动更为敏感的时期。与成人相比，儿童在各种任务中的认知控制参与一致性较低，这表现为更大的反应时间变异性（Decker et al., 2023; Fortenbaugh et al., 2015; Hoyer et al., 2021）。此外，横断面和纵向研究的结果表明，儿童期的认知控制一致性有所提高，表现为这一时期反应时间变异性迅速下降（Fortenbaugh et al., 2015; Hoyer et al., 2021, Lewis et al., 2017, Williams et al., 2005）。这些与年龄相关的反应时间变化与对认知控制至关重要的神经网络的重大发展变化相吻合（Fiske and Holmboe, 2019; Posner et al., 2014; Song et al., 2021）。这些发现表明，认知控制的一致性在儿童期有所提高，而反应时间变异性可以捕捉到这些发展变化。

尽管基于反应时间的测量方法，尤其是差异分数，在幼儿中被认为不够稳定（Draheim et al., 2019），但越来越多的证据表明，反应时间变异性指标可以捕捉到儿童认知控制中的有意义的个体差异。例如，在学龄前儿童中，Isbell et al.（2018）发现，在Go/No-Go任务中表现出更一致认知控制的儿童（表现为较低的反应时间变异性）在认知灵活性任务中表现更好。Decker et al., 2023a发现，7-10岁的儿童如果在任务中频繁出现认知控制缺失（表现为高度异常的反应次数），则在视觉异常任务中的分类准确性较低，且在惊喜旧/新识别任务中的记忆表现也较差。这些发现表明，通过反应时间变异性指标衡量的认知控制一致性可以捕捉到儿童认知能力中的有意义变化。

进一步支持反应时间变异性作为儿童期测量工具的有效性的是，反应时间变异性在不同类型的儿童临床障碍中起着重要作用，包括注意力缺陷/多动障碍（ADHD）和自闭症谱系障碍（ASD；Ali et al., 2024; Gómez-Guerrero et al., 2011, Karalunas et al., 2014, van Belle et al., 2015）。此外，正常发育儿童与ADHD或ASD儿童的反应时间变化轨迹也有所不同（van Belle et al., 2015）。在5-14岁儿童群体中，反应时间变异性也与亚临床注意力困难有关，教师报告有注意力问题的儿童表现出更大的反应时间变异性（Aristodemou et al., 2024）。综合来看，来自发展和临床研究的证据表明，反应时间的变异性能够反映儿童时期认知控制一致性的显著个体差异。认知控制的一致性与早期学术技能的发展变化在学龄初期尤为重要。这一发展阶段包含了向正规学校教育的过渡，这对孩子们提出了新的挑战和期望，因为他们必须在课堂上持续控制自己的注意力和行为。因此，在这一时期提高认知控制的一致性对于满足正规学校教育的要求可能具有特别重要的意义。频繁的认知控制波动可能会损害学习过程，尤其是通过注意力控制的失误，导致孩子们错过与环境相关的信息，而这些信息对于获取学术技能至关重要（Markant & Amso, 2022）。此外，学术技能的应用也需要认知控制过程的支持（Cragg and Gilmore, 2014, Rueda et al., 2010, Stevens and Bavelier, 2012）。因此，认知控制的波动可能会干扰目标任务的持续执行和目标导向行为的实施，从而影响表现。因此，认知控制的一致性对于各种学术技能的获取和执行都很重要。

然而，研究认知控制与学术表现之间联系的发展性研究主要集中在通过准确性或平均反应时间指标来考察认知控制在一个任务中的平均运用情况（Allan et al., 2014, Checa and Rueda, 2011, Kubota et al., 2020, Welsh et al., 2010）。因此，关于通过反应时间变异性来索引的认知控制一致性与幼儿期学术表现之间联系的研究仍然有限。有一些证据表明，较高的反应时间变异性预示着在幼儿园阶段数学和读写评估中的较差表现（Michel et al., 2025）。在一项纵向研究中，较低的反应时间变异性（表示更稳定的认知控制）预示着更强的数学和读写能力，这些能力又反过来预示着一年级时教师报告的更好学术表现（Isbell et al., 2018）。这些发现表明了认知控制一致性对幼儿期同时期及后期学术技能的重要性。

然而，文献中仍有一个重要的空白需要填补。这些研究没有探讨通过反应时间变异性索引的认知控制一致性是否独立于基于准确性的指标来预测学术表现，后者反映的是认知控制在一个任务中的平均运用情况。两个孩子在任务上的准确性可能相似，尤其是在难度不高的任务中，但他们执行认知控制的稳定性可能大不相同（Kievit, 2025）。如前所述，与基于准确性的指标不同，反应时间变异性可以捕捉到可能不会导致错误的认知控制的渐进性波动。此外，反应时间变异性和基于准确性的指标在任务持续时间效应、发展轨迹以及其他结果的关系上也存在差异（Ali et al., 2024, Gómez-Guerrero et al., 2011, Judd et al., 2024, Lewis et al., 2017, Michel et al., 2025）。这些发现表明，反应时间变异性和准确性反映了不同的绩效维度，强调了考察每种指标是否对儿童学术发展有独特关联的重要性。当只考虑准确性时，控制行为的波动可能会被视为噪声，而不是认知控制随时间变化的潜在信息。相反，如果单独考察反应时间变异性，尚不清楚认知控制的一致性是否反映了目标导向行为的独特维度，还是与整体任务表现共享的变异。解决这个问题对于理解认知控制的一致性是否是儿童学术成就的重要方面至关重要。因此，当前的研究探讨了认知控制的一致性是否独立于幼儿园和一年级的整体任务表现，对学术成就有独特贡献。

在本研究中，我们通过测量持续注意力任务（即Go/No-Go任务）中的反应时间变异性来评估认知控制的一致性，这种任务常用于测量儿童的反应时间变异性（Fortenbaugh et al., 2015, Isbell et al., 2018, Simmonds et al., 2007）。具体来说，我们使用了任务过程中个体反应时间变异性的人际指标来考察认知控制的一致性差异。我们的首要目的是考察认知控制的一致性与幼儿园阶段及一年级阶段的学术表现之间的同时期和相关性。总体上，我们假设认知控制的一致性会与学术表现同时期和未来都存在关联。然而，我们没有预测这些关联是一般性的还是特定领域的。鉴于先前的研究已经证明了认知控制的一致性与多个领域的学术技能之间存在关联（Isbell et al., 2018, Michel et al., 2025），这些关联可能是普遍存在的。因此，在幼儿园阶段，较低的认知控制一致性（由较高的反应时间变异性表示）可能与数学和读写评估的表现较差有关。另一方面，这些关联也可能是特定领域的。Cubillo及其同事采用了一个认知训练计划，发现干预后较低的反应时间变异性与7-9岁儿童的数学表现较好有关，但与阅读表现无关（Cubillo et al., 2023）。此外，关于受控目标导向行为的研究（如抑制、工作记忆和转移能力）可能为认知能力与学术技能之间的特定领域关联提供见解。这些能力通常被归类为执行功能，这是一个与认知控制密切相关的概念，但通常用于描述控制能力的表达方式（Badre, 2025）。这些研究表明执行功能与各种早期数学技能之间存在稳健的正相关。相比之下，关于执行功能与早期读写技能之间关联的研究结果并不一致，一些研究报告了正相关，而另一些则没有发现关联（Ernst et al., 2022, Fuhs et al., 2014, Ribner et al., 2023, Valcan et al., 2020）。其中一个原因可能是典型的早期读写任务（如字母和单词识别）主要依赖于知识，对认知控制过程的要求较低。因此，在幼儿园阶段，认知控制的一致性可能与数学表现有关，但可能与读写技能无关。

我们的第二个目的是评估认知控制的一致性是否独立于基于准确性的整体表现指标（即d’）来预测儿童的学术成就。与先前的研究一致（Decker et al., 2023, Isbell et al., 2018, Michel et al., 2025），我们假设在Go/No-Go任务中表现出较低认知控制一致性的儿童（由较高的反应时间变异性表示）将表现出较低的整体表现（由较低的d’分数表示）。鉴于反应时间变异性和基于准确性的指标被认为是不同的，并且被发现具有独特的发展轨迹和其他结果的关系（Cubillo et al., 2023, Gómez-Guerrero et al., 2011, Judd et al., 2024, Lewis et al., 2017, Michel et al., 2025），我们也预测，在考虑整体任务表现的情况下，认知控制的一致性将对学术表现有独特贡献。

我们的第三个目的是通过幼儿园阶段的学术技能来研究认知控制的一致性与一年级学术表现之间的间接关联。由于幼儿园阶段的学术技能对以后的学术成就至关重要（Duncan et al., 2007, Rabiner et al., 2016），较大的认知控制波动可能与较差的幼儿园学术表现有关，这又会导致一年级学术表现较差。因此，我们还评估了认知控制的一致性如何通过幼儿园阶段的学术技能间接影响一年级学术表现。

参与者来自一项关于学校教育对儿童认知和学术发展影响的纵向研究。最初的样本包括来自美国中西部4所公立学校的217名幼儿园儿童。其中48名儿童在一年后的小学评估中因搬家（n = 28）、重读幼儿园（n = 3）、不愿参与（n = 2）或其他未知原因（n = 15）而未参与评估。因此，有169名儿童同时参加了幼儿园和一年级的评估（纵向流失率为22%）。如果儿童没有参与Go/No-Go任务（例如，儿童不想玩游戏、设备故障，n = 38）、完成的任务不足一半（即少于4个模块，n = 12）、在Go任务中的准确率低于50%（即大多数试验中未按下按钮，n = 4），或者在幼儿园或一年级未完成Woodcock-Johnson评估（n = 2或n = 1），则被排除在最终样本之外。最终样本包括112名儿童（46%为女孩）。平均而言，这些儿童在幼儿园评估时的年龄为5.74岁（标准差=0.41，范围=4.96-6.94岁）。最终样本中的儿童（n = 112）在初次测试时的年龄（t(130.62) = -0.446, p = .656）和性别（χ2(1, 217) = .029, p = .864）与未被纳入的儿童（n = 105）没有差异。在招募学生的4所学校中，1所学校被视为低贫困学校，即0%至25%的学生有资格享受免费或减价午餐（FRPL），3所学校被视为中等贫困学校，即50.01%至75%的学生有资格享受FRPL（国家教育统计中心，2023年）。在我们的样本中，67%的儿童就读于中等贫困学校。

我们获得了学校校长的书面许可、课堂教师和家长的知情同意，并在数据收集前获得了儿童的口头同意。所有评估都在儿童的小学期间进行，时间由每个孩子的老师安排。评估在学校内的安静场所进行，包括会议室、空教室和图书馆，具体地点由学校工作人员指定。每次学校访问持续大约1-1.5小时。儿童首先完成学术评估，然后在大约两周后的另一次访问中完成Go/No-Go任务。一年级的数据收集在幼儿园访问后大约一年进行。儿童因参与评估而获得一个小玩具。

为了评估儿童的认知控制，我们使用了一个名为“Zoo Game”的计算机化Go/No-Go任务，该任务包含真实的动物照片（Grammer et al., 2014, He et al., 2010）。该任务使用E-Prime 2.0（Psychology Software Tools，宾夕法尼亚州匹兹堡）软件呈现。在任务中，儿童被告知他们正在玩一个游戏，目标是帮助动物园管理员捕捉所有逃出来的动物并将它们送回笼子。他们被告知有3只友好的猩猩正在帮助管理员，因此不应该把它们放回笼子。因此，儿童被指示在看到动物时尽快按下按钮（Go任务），但在看到猩猩时则不按按钮（No-Go任务）。

在Go/No-Go任务中，儿童直接坐在电脑显示器前，并获得一个游戏控制器来做出反应。任务开始时有一个包含12个试验的练习阶段，其中9个是动物园动物（Go），3个是猩猩（No-Go）。如果儿童在练习阶段的任何类型试验中的表现达到或低于随机水平，指令会被重复，并给他们另一次练习的机会。之后，儿童完成了8个任务模块，每个模块包含40个试验（30个Go，10个No-Go），总共320个试验（75%为Go）。Go刺激包括240张新的动物照片（无重复）。No-Go刺激包括随机顺序呈现的3张猩猩照片。每个模块包含新的动物照片集，每个集合在动物类型、颜色和大小上都是平衡的。如图1所示，每个试验开始时显示一个固定十字，随机间隔200至300毫秒。然后显示刺激750毫秒，接着是500毫秒的空白屏幕。可以在刺激显示时或空白屏幕的任何时刻做出反应。后续试验在空白屏幕期之后开始。儿童使用标准游戏控制器（Logitech Dual Action Gamepad USB）进行反应。 speed 和准确性都被强调；孩子们在每个环节结束后会根据他们在上一个环节中的准确性收到如下形式的反馈：“下次试着更快地抓住它们！”或“注意那些猩猩朋友！”为了保持他们的热情和参与度，孩子们在需要时会得到短暂的休息，并且在任务开始前以及第2、4、6、7和8个环节之后会看到一张“动物园地图”，以便他们能够监控自己的任务进度。然而，认知控制一致性对一年级读写技能的间接影响通过幼儿园读写技能这一途径并不显著（p = 0.083）。d’对一年级读写技能的间接影响通过幼儿园读写技能这一途径也同样不显著（p = 0.558）。

讨论
本研究探讨了在从幼儿园到一年级的过渡期间，持续运用认知控制的能力与学术技能之间的关系，这是一个重要的发展时期，涵盖了向正式学校教育的适应过程。我们发现，更稳定的认知控制（通过较低的反应时间变异性来衡量）与幼儿园时期的数学技能以及一年级时期的预期数学技能表现都有关联，这种关联超出了基于准确性的指标d’所能解释的范围。这一发现表明，稳定性是认知控制的一个重要且独特的方面，它有助于早期学校阶段的数学表现。相比之下，认知控制的一致性与幼儿园或一年级的读写技能没有关联，这表明在早期学校阶段，认知控制的一致性可能与学术技能之间的联系可能是特定领域的。

认知控制的一致性与数学技能
与我们的预测一致，在“Go/No-Go”任务中更稳定地运用认知控制有助于幼儿园时期及一年级时期的数学表现。这些发现支持了先前关于认知控制一致性与学龄前儿童（Isbell等人，2018年）和幼儿园儿童（Michel等人，2025年）数学表现之间关联的研究，并通过提供初步证据，证实了幼儿园时期的认知控制一致性与一年级后期数学技能之间的前瞻性关联。尽管这些研究在样本特征、数学评估和分析方法上存在差异，但研究结果的一致性表明，认知控制的一致性与早期数学技能之间存在关联。幼儿园是一个基础阶段，它标志着向正式学校教育的过渡，这一阶段的认知控制要求更高，同时强调学术学习（Bassok等人，2016年；Posner和Rothbart，2014年）。因此，这一时期的认知控制一致性可能对学术技能的发展具有特别重要的意义。在从幼儿园到一年级的过渡期间，孩子们逐渐掌握了更复杂的数学技能，如算术和解决故事问题。成功学习并执行这些更高级的技能依赖于认知控制过程（Cragg和Gilmore，2014年；Rueda等人，2010年；Stevens和Bavelier，2012年）。因此，认知控制的频繁中断可能会扰乱目标的持续维持和任务相关行为的执行，从而阻碍更复杂数学技能的习得和应用。我们的研究结果表明，持续控制注意力和行为的能力有助于幼儿园和一年级期间数学技能的发展。

与我们的预期相反，认知控制的一致性并没有通过幼儿园时期的数学表现间接影响一年级的数学技能。尽管没有发现间接效应，但我们发现，在考虑了幼儿园时期的数学表现后，更稳定的认知控制（通过较低的反应时间变异性来衡量）能够预测一年级的更好数学技能。这些发现表明，将幼儿园时期的认知控制一致性与后期数学表现联系起来的机制可能并不通过数学成绩的提高来体现。相反，面对干扰时能够持续控制注意力、维持目标、监控情境和解决冲突的能力可能主要支持了针对目标的行为的即时执行。这种持续的目标导向行为执行可能有助于学术评估中的成功表现。此外，反应时间变异性与其他认知能力（如认知灵活性、记忆力和智力）有关（Decker等人，2023年；Fernandez等人，2014年；Isbell等人，2018年），并且在儿童的多种临床障碍中这种变异性增强（Ali等人，2024年；Gómez-Guerrero等人，2011年；Karalunas等人，2014年；van Belle等人，2015年）。因此，认知控制的一致性可能通过与其他未在本研究中评估的因素（如智力或（亚）临床症状）的关联间接影响数学表现（Aristodemou等人，2024年；Fernandez等人，2014年；Karalunas等人，2014年；van Belle等人，2015年），而这些因素可能是数学表现的更直接预测因素。

认知控制的一致性与读写技能
我们发现，认知控制的一致性与幼儿园或一年级的读写技能没有关联。这种缺乏关联性与之前使用相同读写评估的研究结果相矛盾，那些研究表明，在学龄前，较低的反应时间变异性与更好的读写技能相关（Isbell等人，2018年）。可能是在正式读写教学开始之前的学龄前阶段，认知控制任务的表现与读写评估之间的关联反映了个体在各种评估中注意力投入的广泛差异。然而，在幼儿园阶段，读写评估中的个体差异可能更多地反映了通过教学和实践获得的知识，而不是认知控制的即时稳定性。我们在幼儿园和一年级发现认知控制的一致性与数学技能相关，但与读写技能无关，这表明在早期学校阶段，认知控制的一致性与学术技能之间的联系可能是特定领域的。在针对幼儿的干预研究中也发现了这种特定领域的关联。特别是Cubillo及其同事发现，在认知训练计划之后，更稳定的认知控制（通过“Go/No-Go”任务中的较低反应时间变异性来衡量）与一年级学生的更好数学技能相关，但与读写技能无关（Cubillo等人，2023年）。这些发现支持了早期数学发展可能更依赖于认知控制而非早期阅读发展的观点（Blair等人，2015年；Isbell等人，2019年）。这也与执行功能的广泛文献一致——执行功能是一个与认知控制密切相关的概念，强调抑制、工作记忆和转换等能力（Badre，2025年）。这类研究报告了执行功能与早期数学技能之间的强烈关联，但关于执行功能与早期读写技能之间关联的结果并不一致（Ernst等人，2022年；Fuhs等人，2014年；Ribner等人，2023年；Valcan等人，2020年）。

这里和先前研究中观察到的特定领域关联的一个原因可能是，数学任务要求孩子们保持问题表征、检索相关信息同时抑制不相关信息、执行序列操作并监控行为的后果（Cragg和Gilmore，2014年；Markant和Amso，2022年；Stevens和Bavelier，2012年），而当认知控制没有得到持续运用时，这些过程可能会受到干扰。相比之下，早期读写技能（如字母识别和单词辨认）可能更依赖于知识和记忆（Blair等人，2015年；Michel等人，2025年），因此可能不那么依赖于持续的认知控制。总的来说，这些发现表明，持续运用认知控制的能力对于早期数学技能的发展尤为重要。而早期读写技能可能更依赖于认知发展的其他方面，如词汇知识和早期解码技能。

尽管我们的研究结果表明认知控制的一致性与学术技能之间的关联可能是特定领域的，但我们不能排除学术评估的特点对这些结果有所贡献的可能性。为了评估读写技能，我们使用了Woodcock-Johnson III成就测试中的“字母-单词识别”子测试（Woodcock、McGrew和Mather，2001年）。该测试要求孩子们识别表达性和接受性语言中的字母和单词——这些技能被认为反映了早期阅读和字母解码能力，更多地依赖于知识和机械记忆而不是认知控制（Michel等人，2025年）。随着阅读技能的提高，例如当孩子们学习与常用语音规则冲突的拼写-发音不规则性或根据上下文调整单词意义时，认知控制过程可能变得更加重要（Castles等人，2018年）。Michel等人（2025年）发现，在幼儿园儿童中，更稳定的认知控制与要求更高水平的读写评估（包括音素检测、合成和分析任务）表现更好有关。这种可能性得到支持，因为认知控制的一致性与阅读结果之间的关联可能在学校后期更为明显，那时阅读技能变得更加复杂，需要持续的注意力控制和工作记忆维持。

认知控制的一致性、基于准确性的任务表现和学术技能
正如我们预测的那样，表现出更稳定认知控制的儿童也表现出更好的整体任务表现。这一发现与之前将反应时间变异性与遗漏错误和执行错误联系起来的研究结果一致（Decker等人，2023年；Isbell等人，2018年；Simmonds等人，2007年）。这些结果共同表明，当孩子们能够持续保持相关任务目标并执行目标导向行为时，他们也能更准确地作出反应并避免错误。值得注意的是，我们使用的整体任务表现指标d’反映了“Go”和“No-Go”试验中的表现，这两种试验对认知控制有不同的要求。因此，这种关联表明，认知控制（不）一致性有助于在需要多个控制过程协调运用的情境中的整体任务成功。

我们预期认知控制的一致性会超出整体任务表现之外，直接影响学术技能。但我们的研究结果表明，认知控制的一致性与幼儿园或一年级的读写技能无关。这一发现表明，认知控制在平均情况下的运用方式及其在任务中的持续运用方式可能不会对早期学校的读写技能产生影响。这些发现进一步支持了早期读写技能可能不依赖于认知控制的观点（Blair等人，2015年；Isbell等人，2019年）。与我们的假设一致，我们发现认知控制的一致性在两个时间点上都独立地对数学技能有所贡献，超出了整体任务表现的影响范围。相比之下，当考虑到认知控制的一致性时，整体任务表现与幼儿园或一年级的数学技能无关。之前的研究将认知控制的一致性与早期数学技能联系起来，但没有 examining 在控制了基于准确性的指标后这种关联是否仍然存在（Isbell等人，2018年；Michel等人，2025年）。虽然基于准确性的指标能够捕捉到认知控制波动导致明显错误的情况，但反应时间变异性可能提供了一个更敏感的指标，反映了这些波动的完整范围。通常，为幼儿设计的实验任务的难度经过了调整，以减少挫败感并保持他们的参与度。尽管这种方法对于从幼儿那里获得有效行为数据至关重要，但它可能会无意中限制准确性的变异性，并降低其对认知控制个体差异的敏感性。在这种情况下，反应时间变异性可以通过捕捉甚至偶尔发生的错误来作为认知控制的补充指标。在持续注意力任务（如本研究中使用的“Go/No-Go”范式）中，孩子们可能在需要迅速反应的频繁“Go”试验中达到高准确率。然而，这些试验需要持续的注意力和积极的目标维持来支持目标导向行为的执行。不一致的认知控制运用可能由注意力、唤醒、动机、感知处理和运动执行等相关因素驱动（L?ffler等人，2021年；Mansouri等人，2024年；Unsworth等人，2015年；Unsworth和Miller，2021年；Welhaf和Kane，2024a；Welhaf和Kane，2024b），这可能导致目标导向行为的执行不那么一致，表现为反应时间的波动而不是明显的错误。事实上，越来越多的证据表明，这些指标反映了表现的不同方面，并具有独特的发育轨迹、原因和后果（Gómez-Guerrero等人，2011年；Judd等人，2024年；Kievit，2025年；Lewis等人，2017年；Michel等人，2025年）。与本研究一致，我们的发现表明，基于反应时间的认知控制一致性指标反映了目标导向行为的一个独特方面，而基于准确性的指标可能无法完全反映这一点，并且对儿童在小学早期的数学成绩有所贡献。**局限性与未来方向**：本研究使用单一任务来评估认知控制的一致性，这限制了这些发现在不同任务情境中的普遍适用性。不同任务和任务内部的不同条件对认知控制的要求各不相同。我们依赖于单一任务和试验类型得出的反应时间变异性，可能无法完全捕捉儿童在面对不同任务要求时所经历的认知控制波动范围。特定于任务的因素也可能影响儿童的认知控制。在当前研究中，每次任务块结束后都会向儿童提供反馈以保持他们的参与度。针对成人的研究表明，反馈和奖励以及任务休息的时间和频率可以调节认知控制任务中的反应时间变异性和自我报告的注意力分散（Robison等人，2021年；Unsworth等人，2024年；Welhaf和Kane，2024a年；Welhaf和Kane，2024b年）。目前尚不清楚这些因素如何影响幼儿的认知控制一致性。此外，正如对成人所做的研究（例如，Unsworth，2015年；Welhaf和Kane，2024a年；Welhaf和Kane，2024b年）一样，需要进一步研究是否具备持续发挥认知控制的一般能力有助于跨任务时期的反应时间变异性，以便更深入地理解这一概念在儿童期的表现。未来需要利用一系列任务来评估认知控制的一致性，以帮助我们理解这一概念在儿童期的具体表现方式。

另外，相对较小的样本量（N = 112）和路径模型的复杂性可能会限制统计功效，尤其是在检测间接效应方面。因此，本研究中观察到的统计上不显著的效应应谨慎解释，因为缺乏显著效应可能是由于统计功效不足所致。未来需要更大样本量的研究来更精确地估计认知控制一致性与学术成果之间的直接和间接关系。本研究的另一个局限性在于我们没有直接控制处理速度的影响。尽管变异系数（CoV）通过表达相对于平均速度的变异性部分解释了个体的平均反应时间差异，但这种方法并未完全将认知控制的一致性与处理速度区分开来。鉴于处理速度和认知控制一致性之间存在相关性（Unsworth等人，2021年），并且来自同一任务的平均反应时间和反应时间变异性在数学上是相互混淆的（Wagenmakers & Brown，2007年），因此观察到的CoV与数学技能之间的部分关联可能反映了个体在总处理速度上的差异。未来的研究应结合来自不同任务的处理速度测量数据，特别是那些对认知控制要求较低的任务（如简单的反应时间任务），以更准确地区分处理速度和认知控制一致性对幼儿学术技能的独特贡献。

虽然我们证明了更一致的认知控制参与度可能带来学术上的好处，但也必须考虑到在某些特定情境下，较低的认知控制一致性（表现为较大的反应时间变异性）也可能带来性能优势。有观点认为，广义上的认知变异性是一种重要的行为特征，在某些情境下，变异性不仅是适应性的，而且是必要的（Kievit，2025年）。某些任务，如视觉搜索，涉及探索与利用之间的权衡。那些采取探索性策略来收集环境信息的个体可能会因为这种探索而表现出更大的反应时间变异性。此外，有证据表明，当认知控制与任务目标不紧密关联时（通过高度可变的反应时间来体现），成年人对与相关目标具有隐藏概率关系的不相关内容的学习效果更好（Decker等人，2023年）。这些发现表明，灵活地运用认知控制可以拓宽学习范围，从而间接促进任务表现。需要更多研究来确定在哪些情境下以及对于哪些人来说，认知控制的波动会促进或阻碍目标导向的表现。最后，了解如何通过干预来提高认知控制的一致性是未来研究的一个重要方向。新兴的证据表明，认知训练计划可能会提高儿童的认知控制一致性。例如，Cubillo等人（2023年）发现，在工作记忆训练干预后，更一致的认知控制（表现为更低的反应时间变异性）与一年级学生的更好数学能力和幸福感相关。同样，Anguera等人（2023年）的研究表明，一项结合有氧运动和针对注意力、工作记忆及认知灵活性的认知-身体训练的干预措施，使7-12岁的儿童表现出更低的反应时间变异性和家长报告的注意力技能提升。未来的工作需要探讨哪些干预措施能在小学早期有效地提高认知控制的一致性，以及干预带来的认知控制一致性改善是否能在整个儿童期转化为显著的学术成就提升。

**结论**：总之，我们的结果提供了证据，表明在儿童从幼儿园过渡到一年级的过程中，认知控制的一致性与数学表现之间存在同时性和前瞻性的关联。重要的是，认知控制的一致性（通过反应时间变异性来衡量）对幼儿园和一年级的数学技能具有预测作用，这种作用超出了基于准确性的指标（d'）所能解释的范围，这表明认知控制的一致性可以为理解幼儿在学术技能上的个体差异提供独特的见解。此外，认知控制的一致性与读写技能之间缺乏关联，这意味着在小学早期，认知控制的一致性在学术成就中的作用可能是特定领域的。我们的结果值得进一步研究，以探讨认知控制的一致性如何与儿童在小学早期的发展以及其他时期的发展相关。此外，除了研究（不一致）认知控制的后果外，未来的工作还应探讨哪些神经生物学和情境因素可能影响儿童对认知控制波动的敏感性。

**资助**：本研究得到了美国国立卫生研究院Eunice Kennedy Shriver国家儿童健康与人类发展研究所（5T32HD007475）和国家科学基金会（授权号1356118）的资助。内容仅代表作者的观点，并不一定代表美国国立卫生研究院或国家科学基金会的官方立场。

**作者贡献声明**：
- Amanda N. Peters：撰写 – 审阅与编辑、撰写 – 原稿、数据可视化、方法学、概念构建。
- Nicholas E. Waters：撰写 – 审阅与编辑、研究设计、数据管理。
- Jennie K. Grammer：撰写 – 审阅与编辑、研究监督、方法学、资金获取。
- Elif Isbell：撰写 – 审阅与编辑、撰写 – 原稿、方法学、数据管理、概念构建。