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工作记忆中的注意的行为学与fMRI研究

鲍敏  
【摘要】: 工作记忆和注意是研究最为广泛的两个高级认知功能。前者指短时间内存储和操作一定容量的信息,而后者一般指选择性的处理那些与目的相关的外部环境中的事物或者内部记忆中的表征。以往对注意的研究主要集中在对外部环境中事物信息的注意的研究,而本论文介绍的工作则紧紧围绕着对工作记忆中存储的信息的注意的研究。 尽管已经有大量的实验工作在研究视觉空间注意,至今对工作记忆中的注意(即对工作记忆中储存的不同信息的选择性地访问和操作)的研究仍然为数不多。然而对工作记忆中信息的选择性注意实际上在日常生活中是很常见的。以两个三位数的加法的心算为例,人们在做这样一个心算时是分几步完成的:首先对个位完成加法,其次对十位,等等。在这些心算步骤中,每个时刻只有一些数字被特殊地选择用于加法运算的被加数,而其他的数字则仅仅保存在工作记忆中并不用于当前操作。在这个例子中,当前被选择用于加法操作的数字被注意所选择,而其他那些不用于当前操作的数字则并未被注意选择。 目前,“物体转移模式”被研究者广为使用,专门用于研究工作记忆中的选择性注意。这一模式的原型是由Garavan于1998年提出的序列计数任务。在该任务中,电脑屏幕通过被试自主的按键反应来序列地随机呈现两种诸如方块圆形这样的几何图形(即被试的每次按键反应都使当前图形被下一个呈现的图形所替换)。被试的任务是记住每组测试中这两种图形各出现了多少次。由于图形是一个一个地呈现出来的,被试就必须在工作记忆中保存两个实时更新的计数以分别表示这两个图形已经出现的次数,每看到一个新的图形出现就将此种图形对应的计数加一。根据当前图形和上一次呈现的图形是同种还是异种图形,研究者们定义了“不转移”(前次图形和本次相同)和“转移”(前次本次不同)两种计数更新条件。Garavan(1998)发现“转移”条件下被试的按键反应时间比“不转移”条件下长约500毫秒。他认为这一现象反映了注意从工作记忆中的一个计数转移到另一个计数上所需花费的时间,并提出在一个时刻工作记忆中的注意只能选择(容纳)一个子项。Garavan的这一研究是本文将要介绍的几个工作的一个重要的基础,而本文中的这些工作也无一例外都借助物体转移模式的各种修改版本为工具,来对工作记忆中的选择性注意的特点进行深入的研究。 本论文的实验研究Ⅰ,采用李至浩师兄、Voigt和Hagendorf等研究者使用过的三计数任务,发现注意在工作记忆中不同子项间转移时伴随着对先前注意过的子项的抑制,这是一种类似于任务转移实验中发现的“返回抑制”现象。作者认为返回抑制减弱了之前注意的子项对当前需要注意的子项的干扰。在研究工作记忆中注意转移的fMRI和ERP实验里,李至浩等学者发现了前额叶和扣带回的共激活现象。实验研究Ⅰ的结果进一步揭示了这两个脑区共激活现象背后可能的心理学机制。另一方面实验研究Ⅰ的发现也与Oberauer和Kliegl后来(2006)的工作记忆的冲突模型中关于工作记忆子项间彼此干扰的观点相一致。 实验研究Ⅰ研究了注意在工作记忆中转换选择对象时伴随的现象,使我们对工作记忆中的注意得到进一步的认识。然而,注意选择的另一个重要问题便是选择的单位。在视觉空间注意的研究中,目前有三个主要的理论,它们认为选择性注意分别基于空间位置,特征属性,以及物体(客体)对象。一个有待回答的问题便是工作记忆中的注意选择是以什么为单位的。由于实验Ⅰ的工作记忆子项都属于语音工作记忆通道,并且它们都只具有一个用于选择和操作的属性,因而不能回答该问题。所以,作者设计了实验研究Ⅱ专门解决此问题。 实验研究Ⅱ引入了视空间工作记忆的子项,发现当被试使用策略将工作记忆中的空间位置属性和数值属性整合成一个记忆中的物体时,在这两个属性之间转移注意相比于在两个独立的分属于不同物体的属性之间转移更快。这一发现支持基于物体的注意选择理论。但由于这一整合导致的注意转移易化效应包含了空间注意的贡献,因此为了确认基于物体的注意确实存在,作者设计了不包含空间任务成分的实验。结果仍发现整合导致的注意转移易化效应。据此,作者提出工作记忆中的注意选择既可以基于空间也可以基于物体。这一结论与Duncan,Vecera和Farah等对外部视觉空间注意的研究中的观点一致,从而提示内部工作记忆中的注意和外部世界中的注意可能是类似的。此外,该研究还有一个延伸的推论:Oberauer的同心工作记忆模型中的直接访问区可能是泛通道性的。 前人关于注意在工作记忆中的转移的研究发现,随着需要更新的工作记忆子项(如计数)的数目的增多,注意在工作记忆中转移速度变慢。这说明需要更新的工作记忆的子项的存储和注意转移之间可能有着某种共同的背后机制。实验研究Ⅲ采用脑功能磁共振成像(fMRI)手段,通过调节工作记忆负载(计数的个数)以及注意是否转移这两个因子,来探索是否工作记忆存储和注意转移有着重叠的神经机制。实验结果:除了分别与工作记忆负载以及注意转移特异相关的激活脑区(右侧顶叶,双侧枕叶)之外,发现左侧背外侧前额叶(BA9/46)、左侧顶叶(BA7/40)以及前扣带回(BA32/24)这三个区域同时受工作记忆负载和注意转移调节,揭示了存储和注意转移的确有着共同的神经机制。此结果提示Baddeley的多成分工作记忆模型中的中央执行系统也具备存储功能,并为Oberauer和Kliegl的工作记忆的冲突模型提供了神经影像学上的证据。 本论文的实验研究Ⅰ已发表在Brain Research Bulletin(2006,69:214-221,影响因子2005年为2.481);实验研究Ⅱ投到Journal of Experimental Psychology:Learning,Memory,and Cognition(影响因子2005年为2.812)后,被邀请做minor revisions,目前修改稿已经投出;实验研究Ⅲ目前正处于结果整理和研究论文写作阶段。


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