（基础心理学专业论文）空间注意对工作记忆特征捆绑影响的erp研究.pdf

学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新 的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实 的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机 构已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表 示了谢意。 作者签名：宣整连 日 期：盈应袤! 一 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版：有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 中文摘要 摘要：大脑把不同的特征整合成完整客体的过程被称为特征捆绑，工作记忆的加工过程也存 在着特征捆绑问题，其争论的焦点在于工作记忆中的特征捆绑是自动的，还是需要注意资源 的参与? 注意如何执行特征捆绑? t r e i s m a n 的特征整合理论认为特征捆绑需要注意的参与， 是空间注意把不同的特征捆绑成一个完整客体的，顶叶对工作记忆特征捆绑起重要的作用； 而b a d d e l e y 认为是工作记忆中央执行系统来执行特征捆绑的，额叶对工作记忆特征捆绑起 重要的作用。针对以往研究中存在的争论，本研究在工作记忆的存储阶段控制空间注意，考 察注意水平对不同特征存储的影响。利用变化检测范式，分别记忆单一颜色、单一形状、颜 色和形状的捆绑。为了探索空间注意对特征存储的影响，在工作记忆的保持阶段利用线索化 范式来控制空间注意，7 5 的线索是有效的，2 5 的线索是无效的，同时通过e r p 技术记录 脑电数据。行为和脑电结果都表明，空间注意对特征捆绑起到重要的作用：在注意充足的线 索有效条件下，三种记忆类型的正确率无显著差异；而在注意资源匮乏的线索无效条件下， 捆绑记忆的成绩显著低于单一特征的记忆。这说明空间注意使特征以捆绑的方式存储，相同 空间位置的特征会自动的以捆绑的方式存储在工作记忆中。 关键词空间注意，工作记忆，特征捆绑，e r p a b s t r a c t f e a t u r eb i n d i n gi sap r o c e s st h a ti n t e g r a t e sf e a t u r e si n t oa no b j e c t i tc o n c e r n sc a p a c i t yo fo b j e c t w o r k i n gm e m o r y t h eb a s i cp r o b l e mf o rt h ef e a t u r eb i n d i n gi nw o r k i n gm e m o r y i sw h e t h e ri ti s a u t o m a t i co rn e e da t t e n t i o na n dh o wa t t e n t i o ni n t e g r a t e st h ef e a t u r e t r e i s m a ns h o wt h a tf e a t u r e c a ni n t e g r a t eb ys p a t i a la t t e n t i o n ；p a r i e t a ll o b ep l a y sa ni m p o r tr o l ef o rt h ef e a t u r eb i n d i n g i n c o n t r a s t ，b a d d e l e yp o i n to u tt h a tf e a t u r e sc a l li n t e g r a t et h r o u g ht h eo p e r a t i o no fc e n t r a le x e c u t i v e i nt h ep r e f r o n t a lc o g e x s ot h ea i mo ft h i sl i t e r a t u r ei st oi n v e s t i g a t et h ee f f e c t so fs p a t i a la t t e n t i o n o nt h ef e a t u r eb i n g i n go fw o r k i n gm e m o r y t h el a c ko fa t t e n t i o nm u s tb eh a v i n gd i f f e r e n te f f e c t s f o rs i n g l ef e a t u r em e m o r ya n df e a t u r eb i n d i n gm e m o r y , i ft h eb i n d i n gn e e dt h es p a t i a la t t e n t i o n w ea l s ou s e dt h ee r pt oe x p l o r et h ec o g e xd y n a m i co ff e a t u r eb i n d i n g b yu s i n gc h a n g e d e t e c t i o n p a r a d i g m ，a l ls u b j e c t sm e m o r i z es i n g l ec o l o r 、s i n g l es h a p e 、c o l o r - s h a p ec o , u n c t i o n f i f t e e n v o l u n t e e r sp a r t i c i p a t e di nt h ee x p e r i m e n t s a tt h ef i r s tt i m e ，w es h o wt h r e ei t e m sa n da s ks u b j e c t s t om e m o r y a f t e rt h ei t e m sd i s a p p e a r , w es h o wo n ed e t e c t i v ei t e ma n da s ks u b j e c t st od e c i d e w h e t h e ri ti si d e n t i c a lt ot h ei t e mt h a tm e m o r yb e f o r ea tt h es a n l ep l a c e d u r i n gt h em a i n t a i no f w o r k i n gm e m o r y , c o n t r o ls p a t i a la t t e n t i o nb yc u e - p a r a d i g m ，7 5 c u e sa r ev a l i d ，w h i c hc a np o i n t o u tt h ep l a c eo fd e t e c ti t e mc o r r e c t l y , a n d2 5 c u e sa r ei n v a l i d t h eb e h a v i o r a la n dc o r t i c a l p o t e n t i a lr e s u l ts h o wt h a tt h es t o r a g eo f b i n d i n gf e a t u r ei sa f f e c t e db ys p a t i a la t t e n t i o n i nv a l i dc u e c o n d i t i o n ，t h e r ei sn od i f f e r e n c eb e t w e e nt h r e em e m o r i e s ；o t h e r w i s e ，i ni n v a l i dc o n d i t i o n ，b i n d i n g m e m o r yi s l o w e rt h a ns i n g l ef e a t u r em e m o r y t h ee r pr e s u l t ss h o wt h a tt h er o l eo fs p a t i a l a t t e n t i o n0 1 1f e a t u r eb i n d i n gi sa f f e c t e db yp r e f r o n t a lc o r t e x k e yw o r d s ：s p a t i a la t t e n t i o n ，w o r k i n gm e m o r y , f e a t u r eb i n d i n g ，e r p 2 前言 世界万物都是由颜色、形状、大小等特征构成的，认知心理学的研究发现不同的特征在 大脑的不同部位加工，之后大脑把各个特征整合起来，整合的过程被称为特征捆绑。感知觉、 工作记忆、推理等心理过程都存在捆绑现象【l i 。t r e i s m a n 最早在感知觉的研究中提出了特征 整合理论来解释捆绑现象，该理论认为人脑对单个特征和整合特征的感知所需要的注意资源 不同，单个特征的感知是自动并行的，而把各种特征整合成客体却需要集中注意的参与，是 空间注意把具有相同位置的特征捆绑成独立的客体。相对于感知觉，工作记忆是一种能够暂 时储存、并为之后的加工提供信息的高级心理加工过程。对工作记忆特征捆绑的研究中存在 着很多的分歧【2 j ，其争论的焦点在于客体在工作记忆中是以单特征还是捆绑特征为单位进 行存储，单一特征又是如何捆绑在一起的? l u c k 研究发现客体在工作记忆中以整合的方式 存储，捆绑是自动进行的，无需注意的参与。而t r e i s m a n 对工作记忆特征捆绑的研究却表明 相同维度特征构成的客体不能整合在一起，只能以特征为单位进行存储；不同维度特征组成 的客体能够以整合的方式存储，但捆绑需要集中注意的参与。之后大部分的研究都支持 t r e i s m a n 的结论，而对于注意如何执行捆绑却存在着分歧。 可见，研究者主要从注意和工作记忆之间的关系来探索工作记忆中的特征捆绑问题，但研 究的方法和角度却存在着不同。在对注意和工作记忆的研究中发现存在着两种注意口j ，一种 是感知水平的，它负责对外部世界的刺激进行选择，对工作记忆的编码起作用；另一种是概 念水平的注意，即工作记忆内的注意转移，它对存储在工作记忆内的牵1 j 激进行选择，使之成 为工作记忆加工的焦点，它工作记忆的存储和提取起作用。探究特征在工作记忆中的存储特 性，就需要考察概念水平的注意对特征捆绑存储的作用，所以一些研究在工作记忆的存储阶 段控制注意水平考察了注意对特征存储的影响。对于存储阶段注意如何影响客体在工作记忆 中的存储也存在两种观点，一种观点认为是中央执行提供的注意资源把特征捆绑在一起，如 b a d d e l e y 的研究中就在工作记忆的存储阶段增加双任务，考察中央执行负荷的增加对特征捆 绑的影响，但研究结果表明中央执行负荷的增加并没有损害捆绑的加工，而陈彩琦等采用类 似的方法却得出了相反的结论，发现双任务损害了特征的捆绑：另一种观点认为是相同的空 间位置把特征捆绑在一起，即空间注意执行了捆绑，顶叶受损的病人支持这一观点，顶叶损 伤病人的捆绑记忆成绩很差，而顶叶就是空间信息加工的主要区域1 4 l ”。但目前没有研究在 工作记忆的存储阶段直接控制空间注意。 行为研究的基础上，研究者通过脑电技术来探索正常被试工作记忆特征捆绑的机制，但研 究结果却出现了不致。k l a v 一6 1 采用e r p 的方法探索了单一特征记忆和捆绑特征记忆的脑 区和时程，发现e r p 成分在记忆类型之间的差异很小，说明记忆捆绑特征和记忆单一特征 的脑区激活模式是相同，无需额外的注意资源去加工捆绑，证实了l u c k 的观点。而s i m o n f 7 j 采用了类似的方法探索了单一形状、单一位置和捆绑记忆所激活的脑区，发现捆绑记忆条件 下，额叶和顶叶区域p 3 的波幅最大，表明特征捆绑不是自动加工的，额叶和项叶为工作记 忆中的特征捆绑提供了更多的注意资源。这些研究都采用空间位置和形状两个特征来探索工 作记忆的特征捆绑，实际考察的是空间记忆和客体记忆之间的整合，并没有直接的考察空间 信息对工作记忆特征捆绑的影响。 行为和认知神经心理学的研究都没有证实注意是如何执行捆绑的，对于中央执行还是空 间注意在工作记忆特征捆绑中起主要作用仍存在争论。为了验证中央执行系统对特征捆绑中 的作用，研究者在工作记忆的存储阶段增加各种双任务，考察负荷的增加对工作记忆特征捆 绑的影响，但发现大多双任务并不影响特征捆绑的加工。而在考察空间注意对特征捆绑影响 3 的研究中，只是在记忆项目呈现之前控制注意水平，而这种注意的加工主要影响了特征的编 码，而对特征的存储_ 手玎提取没有起直接的作用【l 习。特征在工作记忆的存储过程中是如何存 储? 空间注意是否对工作记忆特征捆绑产生影响? 特征整合理论是在感知觉的研究中得出 的理论，并没有研究在工作记忆的存储阶段直接控制空间注意来考察工作记忆中的特征捆 绑。针对以往研究中存在的不足，本研究拟在工作记忆的存储阶段通过线索化范式来控制空 间注意，这种线索对存储在工作记忆中某一空间位置的刺激起到回顾和复述的作用1 16 1 ，同 时通过e r p 技术记录单一特征和捆绑的脑电变化。 本实验过程采用变化检测范式，首先呈现需要记忆的目标刺激，刺激消失一段时间后呈现 探测刺激，要求被试判断探测刺激和目标刺激是否相同，与以往研究不同的是，在目标刺激 和探测刺激之间采用一定的空间线索，指示探测刺激出现的位置。采用2 3 的被试内实验设 计。因素l 为注意类型，分为线索有效和线索无效两种，7 5 的线索是有效的，2 5 的线索是 无效的。有效线索能够正确指示探测刺激出现的位置，无效线索不能够正确指示探测刺激出 现的位置。因素2 为记忆条件，分为单一颜色记忆、单一形状记忆、捆绑记忆。单一颜色记 忆条件下，刺激的形状保持恒定，都为正方形，颜色为从7 种可能的颜色中随机选出三种， 5 0 探测刺激的颜色和初始显示的不同，不同的颜色是除了初始显示颜色之外的其它可能的 颜色。单一形状记忆条件下，刺激的颜色都保持恒定，都为黑色，初始刺激为7 种可能形状 中的随机三个，5 0 的探测刺激和初始显示的不同。捆绑记忆条件下，初始的目标刺激为七 种颜色和形状的随机组合，其组合方式没有重复，但颜色和形状有一定的重复，5 0 探测刺 激的颜色、形状与初始刺激完全相同，5 0 探测刺激或者颜色、或者形状发生了改变，改变 的方式有两种，一种是初始刺激的特征的组合方式发生了互换，如把a 的颜色和b 的形状组合 在一起；另一种是初始刺激的某个特征和其它的特征组合成新的客体。 分别对实验的行为和脑电数据进行了分析处理。行为研究结果表明，注意的转移严重 损害了捆绑的加工，在集中注意条件下单一特征和捆绑特征没有显著差异，而在分配注意条 件下捆绑记忆的成绩显著低于单一特征记忆。此外，捆绑记忆的反应时快于单一特征记忆。 可能是捆绑记忆给被试提供了更多的信息进行判断，导致反应时缩短。这也说观被试对单一 特征和捆绑特征所采用的加工策略不同，在单一特征记忆时强调反应的正确率，而记忆两个 特征时，更倾向子强调反应的速度。 脑电数据主要分析了与早期注意和感知相关的n l 和n 2 成分，以及和记忆提取有关的p 3 成分。以往的研究表明n 1 代表了大脑对刺激的前意识感觉分析。本研究中不同注意条件n 1 波幅出现了差异，印线索有效的波幅大于线索无效的波幅。n 2 与对靶刺激的辨别加工有关， 在本研究中，不同的记忆类型的n 2 波幅出现了显著性的差异，颜色记忆的波幅最大，捆绑 记忆的波幅最小，说明对颜色的感知能力好，而对捆绑刺激的感知能力最差。p 3 0 0 波是和 认知相关的内源性成分。研究发现p 3 0 0 的波幅和所投入的心理资源量以及任务的复杂性呈 正比，任务越复杂，所需要投入的心理资源量就越多，p 3 0 0 的波幅就越大。本研究中，不 同条件p 3 0 0 波幅的差异反映了不同特征在大脑中的存储与提取方式是不同的。分别对额叶 和顶叶两个脑区的p 3 进行了分析。额叶区域p 3 峰值的主效应和交互作用与行为结果很相似， 三种记忆条件下线索无效的波幅都大于线索有效的波幅，说明线索无效条件需要更多的注意 资源；记忆类型来看，捆绑记忆的波幅大于单一特征记忆，这与s i m o n 的研究相同，表明无 论注意资源匮乏与否，都要对捆绑记忆分配更多的资源；特征的存储受注意资源的调控，在 线索有效条件下，三种记忆类型没有显著差异；而注意资源匮乏的线索无效的条件下，捆绑 记忆的波幅显著高于单一特征记忆。这表明在注意资源匮乏的条件下，对捆绑记忆的损害大 于单一特征记忆，捆绑记忆比单一特征记忆需要更多的注意资源。对项叶区域p 3 0 0 分析也 发现特征捆绑受注意水平的影响，但这种效应没有达到显著水平。这与本研究的实验设计有 关，在存储阶段设置空间线索。当线索指向某一个空间位置时，被试会有意识的对已经存储 4 的该位置的特征进行回顾和复述，这一过程更多的受前额叶区域的调控。 总体来看，本研究通过线索范式很好的控制了注意水平，使线索无效的任务更难，注意 资源更匮乏。在注意资源充足和注意资源匮乏的两种条件下比较了单一特征记忆和捆绑记 忆。行为数据和脑电数据都证实特征捆绑的成绩与空间注意资源密切相关。线索有效条件下 单特征记忆和捆绑记忆无显著性的差异；线索无效条件下，对捆绑提取的损害大于单一特 征。本研究结果支持t r e i s m a n 的观点，即工作记忆中的特征捆绑需要空间注意的参与。 5 第一部分：工作记忆特征捆绑的文献综述 1 1 特征捆绑概念的提出及其理论解释 对特征捆绑问题的思考并不是最近几十年的事情，实际上已有一百多年的历史。早在 1 8 9 0 年，美国著名心理学家w i l l i a nj 锄铺1 8 】就在其心理学原理一书中写到：“换句话 来说，几种实体( 随便你怎么称呼它们无论是力、物质颗粒，还是心理元素) 几乎不可能自 己结合在一起。在最终的结合物中它们总是以原来的状态存在着，所谓最终结合物的存在也 只不过是旁观者碰巧忽视了其构成成分，才看到结合物的结果。”w i l l i a nj a m e s 虽然较早对 捆绑问题进行了探讨，但由于他认为捆绑是一种注意的忽视现象，从而否认了捆绑的实际存 在，致使捆绑问题在较长的时间里没有受到人们应有的重视，正如v o n d e rm a l s b u r g 9 】所言， 以往有关认知过程的神经模型的主要缺陷就在于没有适当对待捆绑问题。目前，捆绑问题得 到了大多数研究者的关注，并成为心理学、神经科学、甚至哲学等多学科研究者所关注的焦 点之一。 t r e i s m a n a m 及其同事在其联结搜索( c o n j u n c t i o ns e a r c h ) 任务的研究中提出特征整合 理论1 1 0 h ，在该理论中首次提出特征捆绑的概念。他们发现在一些干扰项目中搜索由单一 特征所界定的一个靶子时( 如从一些绿色的线条中搜索一个红色的线条) ，被试可以很容易 地发现靶子，其加t 不受干扰项数目的限制；但当靶子特征是由颜色、方向两个特征所共同 决定( 如从一些由红色的水平线条和绿色垂直线条构成的干扰项目中，搜索出一个红色的垂 直线段) 时，对靶子搜索的效率就明显下降，加工成绩随着干扰项数目的增加而降低之后， t r e i s m a n 提出了在知觉与意识领域中影响深远的特征整合理论米解释这种现象，该理论认 为，对客体的知觉过程应分为两个阶段：早期的前注意阶段和后期的特征整合阶段。前者对 特征进行自动的平行加工，无需注意的参与，特征处于“自由漂移”( f r e e f l o a t i n g ) 状态；后 者的信息加工方式是系列的，需要注意的参与，通过注意把各种特征粘在一起组成客体。特 征整合理论在解释知觉的捆绑时，认为大脑对客体的识别应包括一个位置主地图和一套彼此 独立的特征地图。位置主地图用于登记客体所在的位置，但不通达该位置所在的特征：特征 地图中主要包含两种信息：一是“标志旗”，用于标记某特征是否在视野中的某处；二是关 于当前特征空间排列的一些内隐信息，每个特征地图内的觉察器与主地图中的单元相联系。 为了把“什么”和“哪里”捆绑起来，注意窗口在位置主地图内移动，从特征地图中选择任 何与当前注意位置相联系的特征；同时暂时把所有其他客体的特征排除在知觉水平之外。这 样被注意的特征就成为当前激活的客体表征，它们之间的结构关系也得以分析，从而避免了 捆绑错误。建立统一的客体表征之后，就可以与所储存的模板进行匹配并得以识别，相关的 行为也随之可以完成。可见，视觉特征捆绑通过对空间位置的注意来实现，对同一位置的注 意，能使该位置的视觉特征成分被捆绑起来。 为了更好的研究大脑是怎样将各种特征捆绑起来的，一些研究就从神经生物的角度来研究 捆绑问题，并提出了神经同步放电的理论【l2 1 。该理论认为捆绑是通过神经活动的同步激活 实现的。当某一客体作用于感官的时候，加工该客体各种特征的细胞可以相互联结，这种联 结可以使特征精确到毫秒的时间同步、以空间上平行的方式被捆绑起来。同步激活能对负责 某客体的编码的神经元做出选择性标记，并能将它们从被其它客体激活的神经元的反应中区 分开来。神经同步放电的现象存在于大脑皮层中，这为捆绑的理论提供了生理学上的解释。 同时，一些人也提出了双阶段理论来解释捆绑问题。双阶段理论l l3 1 4 】认为特征整合理论只 考虑注意阶段捆绑，而忽视了前注意阶段捆绑。该理论认为特征捆绑分为前注意捆绑和注意 捆绑两个阶段。在第一阶段，客体的组成部分( 整体轮廓) 先得到捆绑，从而使客体有一个 整体的形象，这个阶段的捆绑是前注意的，发生在腹侧通路。在第二阶段，对客体的细节特 6 征进行捆绑，再结合第一阶段的捆绑，形成了完整的客体形象。双侧顶叶损伤病人证实了该 理论的观点。 无论从行为的角度还是从生理学的角度，所提出的捆绑的理论都只在感知的层面，并没有 涉及到更高级的认知加工过程。而大脑的加工是复杂，记忆、推理、语言加j = 等领域都存在 着捆绑的问题。同时捆绑问题的提出，也为这些认知过程的研究提供了新的视角。客体工作 记忆是对客观物体的记忆，而客观物体都是由各种特征构成的。相对于语言和空间工作记忆 的研究，客体工作记忆的研究很少，这主要是冈为客体涉及到各种特征的整合问题，它的这 种特性让许多研究者对它望而却步。捆绑问题的提出为客体工作记忆的研究提供了一个切入 点大量的研究都从捆绑问题入手，来研究工作记忆中的客体加工。 1 2 工作记忆中特征捆绑的研究 l u c k 和v o g e l b 】( 1 9 9 7 ) 最早研究了工作记忆中的特征捆绑，他们发表在n a t u r e 上的文章 可以说是一石激起干层浪，许多学者开始关注这个问题，国内外的一些研究也都开始验证他 们的实验，但得出的结果却出现了不一致。l u c k 的研究是关于客体工作记忆争论的导火索， 而这种争论到目前还是没能很好的解决。在他们的实验中采用线条、颜色等材料，考察了视 觉工作记忆的存储容量问题。在第一个实验中，给被试呈现l 1 2 个的带颜色方块l o o m s ， 间隔9 0 0 m s 后呈现探测刺激2 0 0 m s ，探测刺激可能与初始刺激相同也有可能不同( 其中一 个方块颜色发生了改变) ，要求被试判断探测刺激与初始刺激是否一致。结果表明，当只有l _ 3 个方块时，被试记忆效果良好，但当方块增至4 一1 2 个时，记忆成绩开始下降，由此 他们判断视觉工作记忆的容量大约为4 个。这一结论后米也得到了心理学家们的一致认同。 接下来的实验中他们研究了客体在工作记忆中的存储机制。实验材料分为两种，一种为各种 颜色的嵌套框，如红色大框里面嵌着绿色的小框，另一种为颜色和方位组成的颜色棒。在颜 色方位实验中，采片j 变化监测范式，即先呈现四个刺激，要求被试记忆，然后呈现四个探 测刺激，要求被试判断探测刺激与之前记忆的目标刺激是否完全相同。共分为三种条件，第 一种条件只有线条的颜色发生变化，第二种只有线条的方位发生变化，第三种条件下，或者 颜色发生变化或者方位发生变化。前两种条件被试只要记忆四个特征( 四种颜色或四种方 位) ，第三种条件被试要记忆八个特征，其特征数目是前两个条件的二倍。其实验结果表明 不论是相同维度的两种颜色还是不同维度的颜色与方位，其工作记忆成绩不受特征数目的影 响，而只与客体数目相关。即记忆两个特征的客体与记忆单个特征客体的成绩是相同。该研 究证实了工作记忆中存储的是整合的客体，记忆成绩只受客体数目的限制，特征数目的多少 不影响工作记忆的成绩。这个研究使人们开始关注工作记忆中的捆绑问题，并通过对工作记 忆成分的修订来解释特征捆绑的机制。 b a d d e l e y l l6 j 等提出的t 作记忆三成分，使得对工作记忆的研究有了出发点和依据，但 是研究者发现这个模型只关注了各种信息在工作记忆中的分离机制，而无法解释各种信息是 如何整合的。2 0 0 0 年b a d d e l e y t l 7 1 在总结二十多年来：i = 作记忆研究的基础上，认为应该增 加一个子系统，即情境缓冲区( e p i s o d i cb u f f e r ) 。情境缓冲区的提出是为了克服传统模型 的弱点，如在随机的单词记忆任务中，被试只能即时系列回忆出5 个单词左右，但如果根 据散文内容进行回忆，则能够同忆出1 6 个左右的单词。b a d d e l e y 认为，关键在于传统的 模型没有注意到不同类型的信息是怎样整合起来的，以及整合结果是怎样保持的。为此，他 认为应增加情境缓冲区子系统，情境缓冲区是_ 个能用多种维度代码储存信息的系统，为语 音环路、视空间模板和长时记忆之间提供了一个暂时信息整合的平台。通过中央执行系统将 不同来源的信息整合起来，情境缓冲区和视空间画板、语音环路一起受中央执行系统的控制。 目前，b a d d e l e y 等已开始着手进行情境缓区的研究，但是它的研究也不尽理想，因为一些 实验无法证实他的这一些想法，所以很多人都怀疑情景缓冲区的存在。如果没有情景缓冲区 7 的存在，特征在工作记忆中是如何存储，各种特征又是如何捆绑的? 目前，关于工作记忆特 征捆绑的争论主要有以下几个方面：( 1 ) 各个特征是如何存储的，他们之间是否竞争有限的 资源：( 2 ) 捆绑是否是自动产生的，它的加工是否需要额外的资源；( 3 ) 特征的存储和捆绑 的存储之间的关系，它们的存储机制是否相同。 1 2 1 特征的存储 组成客体的各种特征是平行存储的，还是储存在一个相同的缓冲区内相互竞争资源，特征 的数目对工作记忆的成绩是否产生影响呢? l u c k 和v o g e l l l 6 j ( 1 9 9 7 ) 研究了客体在工作记 忆中的存储，他们的实验发现记忆成绩只与物体数目有关，而与特征数目无关，既记忆两个 特征的客体与记忆单特征客体的成绩是相同的。这个实验说明工作记忆中存储的是物体( 捆 绑特征) ，工作记忆的成绩不受特征数目的限制。之后许多人就重复和验证l u c k 这个实验， 但结果却不完全一致。t r e i s m a n i 惜】( 1 9 9 9 ) 的实验表明，复合线条( 颜色与方位存在于一个 客体上) 的记忆效果与单线条的记忆效果相同。而当把两种颜色嵌套在一起时，其记忆成绩 显著低于单颜色方块。复合线条的特征数与嵌套的特征数是相同的，都是两个，但记忆成绩 却存在着差异，如何解释这种分离呢? t r e i s m a n 基于他的实验结果提出了双重加工的理论来 解释这种现象。该理论认为客体在工作记忆中的存储受维度的影响。不同维度的特征存储在 不同的缓存区内，这些特征可以捆绑在一起同时加工，彼此之间不会竞争资源；同一维度的 特征( 如两种颜色) 存储在相同的区域内，它们之间会竞争有限的存储容量，并且不会捆绑 在一起。不同维度特征之间的捆绑需要集中注意的参与。吴文春和金志成i l9 】等的研究也证 实了t r e i s m a n 的结论，该研究采用了嵌套的颜色框为材料，如红色的火框里面嵌着绿色的小 框。基本的思想就是如果客体数目相同、特征数目不同的条件下，如果工作记忆的成绩随着 特征数目的变化而变化，则说明丁作记忆以特征为单位存储的，反之即以客体为单位进行存 储。第一个实验让所有的材料的客体数目都相同，都为l ，而特征的数目却不相同，有单色 框、两个颜色嵌套、三个颜色嵌套。结果发现工作记忆的正确率随着特征数目的增加而降低， 这说明各种颜色在工作记忆中是不能捆绑在一起的，它是以特征为单位进行表征的。 国内外的研究都得出了与l u c k 和v o g e l 实验不一致的结论，而后来的研究更具有普遍性。 l u c k 的结论和其实验设计是有关的。在他的嵌套实验中，呈现四个由两种不同颜色嵌套的 颜色块，而其备选的颜色只有四种，这就使材料里面有很多颜色是重复的：另外，采用变化 检测范式，探测刺激与初始刺激不同时，只是各个颜色框的组合方式发生了变化，被试可能 只是因为记住了其中某个客体，并根据这些客体的整合方式进行判断( 如呈现红色三角和绿 色的圆，而被试可能只记住了红色三角形，之后呈现绿色三角形时就会立刻做出相应的判断， 这种判断并不是因为被试把两个客体都记住了) 。 现实中的客体大多是多维度的，所以很多研究还是关注不同维度特征的捆绑。根据双重加 工理论，不同维度的特征可以存储在不同的瓦域，它们之间不会竞争有限的资源。然而这些 区域真的是完全孤立的? f i n k e 2 0 1 认为不同维度特征的存储不是完全独立的，他们同时受知 觉组织和通用资源分配策略的影响。刘晓平【2 l j 等研究了两个特征( 颜色与方位) 分别存储 在不同物体上时，各个维度之间的影响，发现两个维度的特征的加工并不是完全独立的，他 们之间也会竞争有限的资源。 1 2 2 捆绑的存储 一 l u c k 的研究认为客体以捆绑的形式进行存储，并且捆绑是自动；而t r e i s m a n 却指出捆绑 需要注意资源的参与，不可能是自动进行。 t r e i s m a n1 2 2 1 ( 2 0 0 2 ) 研究了特征和捆绑在工作记忆中存储。该实验把特征的存储和捆绑 的存储分离开来。实验采片j 变化监测范式，共分为四种条件，第一种条件只有颜色发生变化， 8 第二种条件只有形状发生变化，第三种条件或者颜色发生变化，或者形状发生变化，第四种 情况颜色和形状都不发生变化，只是二者的捆绑方式发生了改变。在整体测试的条件下，捆 绑条件的成绩显著低于单个的特征条件，这说明捆绑是需要占用资源的。而在单探测的条件， 捆绑的成绩与前三种条件一样的好，这又说明单探测的条件下捆绑是可以自动发生的。整体 探测之所以会损害捆绑的成绩，是因为捆绑受到了“感知的干扰”，因为整体测试在探测阶 段旱现所有的刺激，让被试判断是否与前面的目标刺激相同。所以整体测试的时候就要消耗 一些资源去感知探测刺激。这种资源消耗就影响了工作记忆中捆绑的存储。这个结果也说明 记忆和感知共享一些资源。总体上，我们不能孤立的说特征捆绑是自动的还是需要额外的注 意资源，工作记忆存储捆绑特征所需的资源还取决于客体的结构和复杂性，以及呈现时间和 保持时间的间隔。当整个认知任务所需资源增多，捆绑的成绩就会下降，这说明捆绑是很不 牢固的，易受其它任务的干扰。 1 2 3 特征与捆绑存储的关系 当捆绑需要额外的资源的时候，捆绑是占用了一些通用的资源分配，还是占用了特征存 储的资源呢，也就是说捆绑的存储和特征存储之间是什么关系? t r e i s m a n 认为特征与捆绑是 由两个分离的机制来存储的，捆绑的存储不会占用特征的资源，因为在单探测的条件下，对 特征和捆绑的记忆并不比单独记忆特征时差。捆绑的加工需要其它的注意资源，而这种资源 在加工单个特征的时候是不需要的。对于哪种注意资源加工了特征的捆绑，主要存在两种观 点，一种观点认为上作记忆中的捆绑依赖于特殊的视空记忆系统，而大脑主要是通过对空间 位置加以注意，把相同位置的特征捆绑起来，既空间位置充当了捆绑的线索。而另一种观点 则认为上作记忆中捆绑的加工依赖于中央执行系统所提供的资源。b a d d l e y t 2 3 】认为工作记忆 中捆绑主要依赖于工作记忆的第四个成分情节缓冲器的加工。情节缓冲器是一个多重的存 储系统，可以通过中央执行系统把两个子系统的信息联系起来。这个缓冲区所编码和存储的 捆绑信息依赖于中央执行系统提供的注意资源。一些神经成像的研究也支持这个观点，因为 捆绑的加工和中央执行的加上都激活了额极等脑区。一些研究也试图证实捆绑的加工与中央 执行系统之间的关系，如b a d d e l e y 在变化监测范式的延迟阶段增添一个双任务，目的在于 增加中央执行系统的负荷，观察中央执行系统负荷的增加对特征捆绑的影响。其结果表明特 征捆绑的加工不受中央执行系统的影响。到目前为止，还没有实验可以证明丁作记忆中捆绑 的加工所需的注意资源来自于哪个系统。但我们可以知道只要有足够的资源，特征是可以自 动的捆绑在一起的。 1 3 注意对工作记忆特征捆绑的影响 注意是心理活动对一定对象的指向与集中，它不是一个独立的加工过程，只是为其它的加 工过程提供了一个平台。注意可以使一部信息进入加工系统，成为意识加 ：的焦点，它的作 用就是选择相关的信息并抑制无关信息。也有人把注意比作大脑的一种有限的认知资源，它 根据需求把资源分配到不同的信息上。t r e i s m a n 认为注意对特征捆绑的加上起重要的作用， 它通过空间位置，把同一客体的各种特征整合起来。同时，注意对j i ：作记忆也起重要的作用， 对一l ：作记忆中菜一空间或客体的注意，可体起到复述的作用，从而使客体正确的保存在工作 记忆中。那么，在工作记忆中，特征以整合的方式存储是否也需要注意呢? 对此问题，不同 研究支持不同的观点，一些研究表明工作记忆中的特征捆绑是自动的；而一些研究则表明必 须在足够的注意资源下，特征才能以整合的方式存储。 研究客体在j ：作记忆中是如何表征的，也不能够解决客体工作记忆的一些争论，因为即使 不同维度特征可以捆绑在一起以客体为单位进行存储，也不能够弄清楚捆绑的存储是否需要 资源，如果需要资源，那么这种资源是竞争了特征存储的资源，还是占用了通用的注意资 9 源? 注意对特征捆绑在工作记忆中的存储中到底起什么样的作用? 国内在这方面的研究相 对很少，而且一些研究都不能很好的控制注意水平。陈彩琦、金志成1 2 4 j ( 2 0 0 3 ) 研究了注 意水平对工作记忆客体表征的影响。该研究采用了经典的变化检测范式，控制了两个变量， 第一变量是检测类型，分为单一颜色检测、单一形状检测、颜色和形状联结检测。第二个变 量是注意水平，在目标呈现之后的延迟阶段呈现的两个数字，线索有效条件下，被试被要求 读出两个数字，并在每个实验后大声报告出来；在分配注意条件下，要求被试根据所呈现的 数字完成心算任务。该实验结果表明注意对单个特征的加工没有影响，而对整合的表征却产 生了影响，即在分配注意条件下，整合的加工显著低于集中注意条件。这说明需要额外的注 意资源去加t 特征的捆绑。该研究存在的一个很大的问题就是它不能够很好的控制注意水 平，因为心算只能够增加工作记忆的负荷，而不能够控制空间注意。 1 4 特征捆绑的认知神经研究 1 4 1 脑损伤的研究 不同维度的特征在大脑中是独立加工的，从视网膜开始，不同细胞就把不同的特征带到 特定的脑区】，如v 2 、v 3 区加工形状，v 4 区加工颜色，m t 和m s t 加工运动信息【26 1 ，病人 的某一特征加丁能力受损，并不影响其它特征的加工。关于特征加工的另一个主要问题是这 些特征如何整合在一起的，这个问题最早来自于对顶叶受损的病人的研究。如 t r e i s m a n 【2 7j ( 1 9 9 5 ) 报告了一例顶叶受到损伤病人的表现，并把这类症状称为b a l i n t 综合 症。这类病人的主要症状是在一个时间内只能看到一个客体，研究者认为顶叶受损影响了空 间注意，使被试不能将注意分配到不同的客体上。此外，一些顶叶受损的病人不能把各种特 征正确整合在一起，出现了“错觉性结合”即把所呈现字母的颜色和形状对换了，这说明顶 叶在特征捆绑中起重要的作用。h u m p h r e y sl z 8 j 报告了一例言语和梭状同区域受损的病人， 这些病人表现出“整合性失认”，即不i i f i i i 的加工客体各个组成部分之间的关系，而且把 各个部分整合成客体存在困难。双侧顶叶受损的病人表现出了相反的现象，即他们对客体的 加工主要依赖于整体信息，因为他们把注意分配到局部存在困难。 1 4 2 脑成像研究 在客体工作记忆存储机制方面，s o n g 2 9 j 首次采用f m r i 的方法探究了客体的单一特征和捆 绑特征在工作记忆中的激活脑区及记忆负荷效应。采用变化检测范式，分别记忆单一颜色、 单一形状、颜色和形状的捆绑，同时改变记忆项目的数量来增加记忆负荷。分析了枕颞皮 层、顶上小叶( s u p e r i o rp a r i e t a ll o b u l e ) 、辅助运动区及额叶等区域。发现不同区域对特征和 负荷的变化的激活程度不同，枕颢皮层只对特征的变化敏感，并且对形状的激活大于对颜 色的激活，说明这个区域在形状加t 中起重要作用；顶叶对特征和负荷的变化都敏感；而前 额叶皮层，如辅助运动区和额下皮层等区域只对记忆负荷的变化敏感，各种记忆类型在额叶 没有显著差异，这说明特征在到达额叶前已经被捆绑，工作记忆在额叶部分是以整合的客体 为单位进行加工的。s o n g 的实验为行为研究的争论提供了脑生理的证据，即客体可能在初 级水平是以特征为单位存储的，而在加_ 的后期是以捆绑的形式存储的。 1 4 3 特征捆绑的e r p 研究 在行为研究的基础上，研究者利用精密的仪器来探索客体加工的时程和脑区。e r p 技 术是通过脑电或脑磁信号的变化来判断某一认知活动的特性，它具有较高的时间分辨率，可 以精确的观察客体加j i 的时程及特异性成分。m e c k l i n g e r t 3 0 l 采用e r p 的方法发现客体工作 记忆n 1 0 0 、p 2 0 0 、p 3 0 0 和皮层慢波的激活存具有其独特性。与空间工作记忆相比，客体 工作记忆在枕叶和右侧颢叶下部出现了波幅较大p 2 0 0 ，并且项叶和枕叶的p 3 0 0 更正。大量 1 0 的研究表明p 3 0 0 和工作记忆的加工有关，这就表明客体工作记忆与空间记忆在大脑中的加 工方式是不同的。m e c k l i n g e r 同时发现客体任务在左前额叶和颞叶诱发的慢波比空间任务的 慢波成分更负，而这些区域和言语复述有关，所以研究者认为客体上作记忆更多的采用了言 语的形式进行复述。v o l k e r 2 8 1 在随后的实验却否定了这个观点。该实验采用了一些不规则的 客体图形作为材料，以避免被试采用言语的形式进行编码时，结果也发现了左前额叶负慢波 的激活。这说明左前额叶的负慢波不仅仅表明语言的复述，而与工作记忆的控制加工有关。 i c a a v 一钊采片je r p 的方法探索了单一特征记忆和捆绑特征记忆的脑区和时程，该研究采用 形状和位置两个特征，记忆条件分为单一形状记忆、单一位置记忆、形状和位置捆绑记忆， 同时改变客体记忆的数目来增加记忆负荷。该实验的行为数据表明，记忆成绩受记忆负荷的 影响，即客体的数目越多，其正确率越低；记忆类型对反应时没有影响，即记忆单一特征和 捆绑的特征的成绩是一样的。这个结果证实了l u c k 的观点，即工作记忆中存储的是整合的 客体而不是单的特征。对记忆和探测之间2 0 0 0 m s 的脑电分析，在后部脑区发现了p 1 0 0 、 n 1 8 0 、p 4 0 0 成分，在前部的脑区发现了n 8 0 、p 2 0 0 、p 3 8 0 。在前部脑区，高记忆符合的p 2 0 0 最大，说明前额叶对高的记忆符合的刺激分配了更多的记忆资源。而记忆类型之间脑区的差 异很小，说明记忆单一特征和记忆捆绑特征加工方式是相同的，不需要额外的注意资源去执 行捆绑。s i m o n l 7 1 采用了类似的方法探索了形状、位置和捆绑记忆所激活的脑区，该研究采 用延迟匹配任务，首先呈现目标刺激2 0 0 m s 要求被试记忆，间隔1 3 0 0 m s 后出现探测刺激 2 0 0 m s ，要求被试判断和之前记忆目标刺激是否相同，探测刺激消失后被试有2 0 0 0 m s 的时间 做反应。共分为三种记忆类型：单一形状记忆，单位置记忆，位置和形状整合记忆。分别 分析了记忆编码阶段和提取阶段的e r p ，编码阶段表明后部脑区参与了不同特征的加工。 对探测刺激出现之后提取阶段的脑电分析，在额叶区域发现了明显的p 2 0 0 ，捆绑记忆的波 幅最小：在项叶和额叶部分发现了明显的p 3 0 0 ，并且在捆绑记忆条件下的波幅最大，说明 额叶和顶叶参与到了捆绑的加工过程，对捆绑记忆投入了较多的认知资源。 1 5 当前研究中的不足 从行为研究来看，虽然大部分研究都从注意资源分配的角度探讨工作记忆中的特征捆绑问 题，但不同的研究采用不同的方法控制注意水平，其实验结果也出现了分歧。一些研究在编 码之前控制注意水平，只考虑了感知水平的注意对特征编码的影响，而感知水平的注意对特 征的存储利提取的作用不大，特征的存储更多的与概念水平的注意有关。b a d d e l e y 考察注意 对特征存储和提取影响的研究中只采用了双任务的方式，没有直接的控制空间注意。在对特 征捆绑的e r p 研究中，实验材料大多采用颜色和方位或者形状和方位。方位属于视觉加工 中的空间信息，颜色和形状属于视觉加工中的客体信息，所以这些研究考察的是空间和客体 信息的捆绑，而空间信息大多数情况下是自动加工。如k l a v e r 研究发现单一特征记忆和捆 绑特征记忆