（基础心理学专业论文）青少年工作记忆的年龄差异：脑事件相关电位研究.pdf

学位论文独创性声明 本人郑重声明： l 、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：i & 丛 日 期：2 纽2 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。 作者签名： 日期： 纽肆 丝堕s2 青少年工作记忆的年龄差异：脑事件相关电位研究 摘要 本论文通过脑事件相关电位实验来探讨青少年工作记忆的电生理信号是如何随着年龄的增长而 变化的。年龄在1 4 - 2 2 岁的5 2 名学生参加本实验。被试分为3 个年龄组( 分别是初二、高二和大二学 生男女比例大致相同，每组人数也大致相等) 。本实验采取的是n - b a c k 实验范式，共有4 组实验， 所测试的工作记忆任务有两种类型，一是空间工作记忆任务，二是词语。1 j 作记忆任务，其中每种任务 又分为两种难度水平，所有被试均参加4 组实验。 本研究共获得以下结论： 1 被试的反应时随着年龄的增长而变快，但没有达到显著性差异： 2在简单任务中被试的正确率在年龄段中没有明显区别在复杂任务中年龄有主教应且初中绢明 显低丁其它两个组： 3 随着年龄的增k 在额区的n 1 0 0 的峰值和潜伏期，均投有明显变化； 4 在额区的p 2 0 0 的峰值随着年龄的增长而减小。且初中组和大学组之间有明显著异该成分的潜伏 期没有明显变化； 5 在枕区的p 1 0 0 的峰值随着年龄的增长而下降，且初中组和大学纽之间达到显著性差异，其潜伏划 随着年龄的增长而减少，也是初中组和大学组之间达到显著性若异； 6 在枕区的n 1 6 0 的波峰随着年龄的增长而增加且初中组和大学统_ ：之间达到显著性箨异，其潜伏期 随着年龄的增长而减少，初中组和大学组之间达到显著性著异； 7 在顶区的p 3 0 0 的平均幅值随着年龄的增长而增加，且初中组明显低丁其它两个组。 关键词：工作记忆，脑事件相关电位，n - b a c k 范式，年龄效应 e f f e c t so f a g eo nt e e n a g e r sw o r k i n gm e m o r y ： r e l a t e da ne v e n t - r e l a t e dp o t e n t i a ls t u d y a b s t r a c t t h ea r t i c l ea n a l y z e dh o wn e u r o p h y s i o l o g i c a ls i g n a l so f t e e n a g e r sw o r k i n gm e m o w ( w m ) c h a n g ew i t hi n c r e a s i n ga g e w eu s e dn - b a c kp a r a d i g mt or e c o r de r pf r o m5 2h e a l t h ys u b j e c t sw i t ha na g e r a n g ef r o m1 4t o2 2y e a r so l di nt h r e eg r o u p s o u re x p e r i m e n tc o n s i s t e do f 4s u b e x p e r l m e n t sa n dh a st w o t y p e so fw o r k i n gm e m o r yt a s k s ：s p a t i a lw o r k i n gm e m o r ya n dv e r b a lw o r k i n gm e m o r yt a s k s ，f u r t h e r m o r e ， e v e r yt a s ki n c l u d e dt w ol e v e l so f d i f f i c u l t y t h er e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： 1 r e a c t i o nt i m ew a sf a s t e rw i t hi n c r e a s i n ga g e ，p a r t i c u l a r l yi nt h em o r ed i f f i c u l tt a s k ，b u ti td i d n tt or e a c h s i g n i f i c a n c e ， 2t h e r ei sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei na c c u r a c yo f s i m p l et a s k si nt h r e eg r o u p s tb u tt h e r ei ss i g n i f i c a n t d i f f e r e n c ei na c c u r a c yo f c o m p l i c a t e dt a s k si nd i f f e r e n ta g eg r o u p sw i t h j u n i o rh i 曲s c h o o ) g r o u p s i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a no t h e r s 3 t h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei nn 1 0 0a m p l i t u d ea n dl a t e n c yo nf r o n t a la r e ai nt h r e eg r o u p s 4p 2 0 0a m p l i t u d eo nf r o n t a la r e aw a sd e s c e n d i n gw i t ha g ei n c r e a s i n ga n dt h e r ew a s s i g n i f i c a n td 讯b r e n c e b e t w e e nj u n i o rh i g hs c h o o lg r o u pa n dc o l l e g eg r o u p i t sl a t e n c yw a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e i n t h r e eg r o u p s 5p 1 0 0a m p l i t u d eo no c c i p i t a la r e aw a sd e s c e n d i n gw h e na g ew a si n c r e a s i n ga n dt h e r ew a ss i g n i f i c a n t d i f f e r e n c ei nl a t e n c yo f j u n i o rh i g hs c h o o lg r o u pa n dc o l l e g eg r o u p 6n 1 6 0a m p l i t u d eo no c c i p i t a la r e a w a s i n c r e a s i n g w i t h a g e i n c r e a s i n g a n d t h e l a t e n c y w a sd e s c e n d i n g w i t h a g ei n c r e a s i n ga n dt h e r ew a ss i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei nj u n i o rh i g hs c h o o lg r o u p a n dc o l l e g eg r o u p - 7p 3 0 0a v e r a g ea m p l i t u d eo np a r i e t a la r e aw a si n c r e a s i n gw i t ha g ei n c r e a s i n ga n dj u n i o rh i g hs c h o o g m u p sw a ss i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a nt w oo t h e r s k e y w o r d ：w o n i n gm e m o r y , e r p , n b a c kp a r a d i g m ，e f f e c to fa g e 2 前言 1 研究意义 工作记忆是一种重要的认知功能，包括信息编码、保持和提取过程。在进行复杂认知任务如言语 理鸯孚、心算，学习、推理时，都需要在工作记忆系统中作暂时的信息储存和操作( l i n d ak m e v o y , 2 0 0 1 ) 。 工作记忆具有明显的年龄敏感性和个体差异性。因此，可以认为工作记忆能力是年龄和个体差异的一 项重要指标( 刘吕，2 0 0 2 ) 。 近年来，认知神经科学得到了心理学界、神经科学界的高度重视，弗成为2 0 世纪最后1 0 年心 理学研究的一个重要方向。认知心理学旨在探讨人类心理 舌动的脑基础( t h e n e u r a tb a s e s o f m i n d ) ，以 揭示心理与脑的关系。由于1 ：作记忆是人类非常重要的认知功能，因此，【：作记忆和脑的关系即1 ：作 记忆的脑机制的研究倍受人们的关注( 刘昌，2 0 0 3 ) ，对于传统的工作记忆脑机制的研究主要集中在神 经心理学领域即通过研究各种原因所致的脑局灶性损伤病人的生理心理及行为变化，虽然积累了大 量数据，但由于受到脑损伤特点等因素的限制，难于对所希望研究的特定脑功能进行随意设计和控制， 还不能满足脑研究工作者的需要。无损伤技术的出现为研究 ：作记忆的脑枫制带来了希望。这些方法 主要有正电子发射断层扫描( p o s i t r o ne m i s s i o nt o m o g r a p h y ，p e t ) 、功能磁共振成像( f u n c t i o n a lm a g n e t i c i m a g i n g ，f m r i ) 、脑电图( e l e c t r o e n c e p h a l o g r a m ，e e g ) 、脑事件相关电位( e v e n t - r e l a t e dp o t e n t i a l s ， e r p ) 等( 刘吕，1 9 9 9 ) 。作为新型无损伤技术的代表之一的e r p 技术为研究f 作记忆提供了一个新 的方法和途径，再加上近年来高密度记录技术的发展，也提高了e r p 在功能定何方面的作用冈此e r p 的麻用也日嵛j 泛。由丁= _ e r p 的研究方法具有高时间分辨率的特点，e r p 成分对注意及i ：作记忆任 务要求具有很好的敏感性，闻此它可以角来研究工作记忆加二i _ = 的精细过稃及通过e r p 的头颅分布所反 映的不同的神经模式可以进行脑定位分析从而进一步揭示工作记忆生理机制( 罗跃嘉，2 0 0 2 ) 。 2 研究现状 ：j ：作记忆是b a d d e l e y 和h i t c h 晟早在短时记忆基础上提出( 短时记忆是一种短时存贮信息的能力， 而工作记忆是对一种对信息进行暂时性加工和存贮的综合能力。) ，然后由b a d d e l e y 进一部完善。 b a d d e l e y 通过大量行为实验研究论证- y t 作记忆概念的合理性并提出了t 作记忆模型，认为丁作记忆 包括一个中央执行系统( t h ec e n t r a le x e c u t i v es y s t e m ) 和两个子系统诰音同路( p h o n o l o g i c a ll o o p ) 与视觉空间摸板( v i s u o s p a t i a ls k e t c hp a d ) 。中央执行系统是负责i ：作记忆中注意机制，是一个能鼙有 限的控制系统：视觉空间摸板是负责视觉材科的存贮；语音回路是负责言语材料的存贮。从信息加小 的类型来看，工作记忆可分为词语工作记忆、空间工作记忆及客体工作记忆( o b j e c tw o r k i n gm e m o r y ) ( 所谓客体，指的是一些熟悉或不熟悉的物体图形，如几何图形、面孔等，其本质是一些不含词语信 息肃l 空间信息的视觉信息。从信息加i 的过程来看，一f ：作记忆系统中的信息加 ：可分为三个环m 信 息贮存( s t o r a g e ) 过群，其中的信息一般很容易消退；信息维持或复述( r e h e a r s a l ) 过程，即通过不断 地复述所贮存的信息激活贮存器中正在消退的信息：执行加工( e x e c u t i v e ) 过程，负责1 作记忆系统 信息加工的控制与协调。 目前较多的神经影像研究( 主要是f b t r i 和p e t ) 表明，丁作记忆主要与额叶有关，而不同工作 记忆类型与不同脑区相联系。j o n i d e s 和s m i t h 等人通过p e t 扫描和j i a n g 等人采_ l = | jf m r i 观察到词语 i ：作记忆主要由人脑左半球参与，其中顶叶后部参与信息贮存，b r o c a 区、前运动医和辅助运动区参 与信息的复述，背外侧前额皮层和前扣带回参与信息的控制与协调，不能排除前额叶一顶叶联合参与 词语信息的贮存：空间】：作记忆主要由大脑右半球执行，但参与信息贮存、复述的脑区可能分别位于 脑后部顶枕区雨i 脑前部运动区，脑前额防参与信息的控制与协调：采项目再认实验模式研究寮体i 。 作记忆，观察到左颞叶、顶口f 以及额n f 的一些脑区参与( 与参与词语 作记忆的脑区没有重叠) ，但 c o u r t n e y 等观察到左右脑各区同等参与。u n g e r i d e r 等据此认为左右脑各区参与客体。i i - 作记忆的程度 依赖丁被试刺激项目的熟悉性以及对客体刺激采用何种形式的编码。当鼓励被试对不熟悉刺激采用词 语编码时，所激活脑区的左脑一侧化更明显，当鼓励被试对不熟悉刺激图像编码时，所激活脑区的右 脑一侧化更明显。有关l ：作记忆的执行加：【脑机制研究中常观察到外测前额皮层医以及前扣带同明显 激活。总之前额叶在工作记忆中的作用相当复杂，包括对记忆信息的注意和抑制、管理、信息整台等 功能。 在，f 作记忆的年龄特征的行为研究中，有关：e 作记忆年龄若异的报告有不少如g 儿i n s k y 和 j u d d ( 1 9 9 4 ) 在研究小作记忆毕生发展中，发现一l ：作记忆得分1 9 至2 9 岁绸最高，然后随着年龄的增长 明显下降。s w a n s o n ( 1 9 9 9 ) 报告了7 7 8 名6 至7 6 岁的儿童到老年人视觉空间作记忆和词语j ：作记忆 得分年龄曲线的高峰在3 0 岁以后。我国心理学家李德明等人( 2 0 0 3 ) 在研究小作记忆毕生发展中报告 了1 9 9 3 名从1 0 至9 0 名儿童到老年人数字：j ：作记忆广度的研究，她发现数字i ：作记忆j 度随着年龄的 对数成抛物线变化测验最高成绩在1 6 至1 9 岁组( 即高中生组) 。 在工作记忆的年龄特征的事件相关电位研究中，在国内的研究很少，在国外也是主要集中在老 年化的研究如m c e v o ylk ，等研究发现，年老导致顶区p 3 0 0 成分潜伏期延艮，波幅减小，而额区 p 2 0 0 成分波幅增大。l u c i a n ap e l o s i 等人( 1 9 9 8 ) 采用s t e r n b e r g 项目再认作业研究。l ：作记忆老年化 研究发现，随着年龄的增长，听觉任务诱发的p 1 0 0 波幅和视觉任务诱发的p 1 4 5 波幅也随着增加t l i n d a k m c e v o y 等人( 2 0 0 0 ) 采用倒数n 项作业范式的老年化研究发现，n 1 6 0 成分的最大值在顶枕区，随 着年龄的增艮老年被试n 1 6 0 的潜伏期在逐渐推迟：p 2 0 0 的满伏期没有年龄筹异，但老年被试所诱发 4 的p 2 0 0 的波幅要比青年被试明显要大，并且主要分布在额区：三个年龄组的p 3 0 0 波幅的最大值都在 顶区且在顶区所诱发的p 3 0 0 波幅老年被试较小，p 3 0 0 的潜伏期随着年龄的增长而延长。 3 研究内容和方法 对三个年龄段各在智商( 通过瑞文测验) 及性别上做了匹配的健康矗利手有效被试5 4 名( 各年 龄组的人数和性别比例基本相当) ，用e r p 的手段来研究j 【作记忆的生理机制并且通过研究青少年发展 的三个不同的年龄段( 初中组，高中组大学组) 在行为数据上( 主要从正确率和反应时上来考察) 的变 化和e r p 主要波形的潜伏期、波幅的变化及脑区分布的变化。 本实验采用3 ( 年龄组) 2 ( 任务类型) x 2 ( 任务难度) x 2 ( 刺激类型) 重复测晕三个冈索 的四因素混合设计，其中年龄组是被试间变量，任务类型、任务难度乖l 刺激类型均为被试内变量。实 验范式是倒数n 项作业( n b a c kt a s k ) 。本实验的靶刺激材料为大写的“a ”、“b ”、“c “、“d ”四种 字母，有上、f 、左和右4 种空间位置。在空间任务和词语任务中两种难度水平( 即0 - b a c k 和2 - b a c k ) 的匹配刺激都是5 0 。在空间任务中，要求被试忽略言语信息判断空间位置：在词语任务中要求被试 忽略空间位置判断字母的匹配性。 4 主要研究结果 在统计分析过程中，在行为结果中以被试的各年龄组平均反应时和平均止确率为因变量，以年龄 组、任务类型、任务难度和刺激类型为自变餐进行重复测量多元方差分析。在e r p 结果中，以额r 的 n 1 0 0 和p 2 0 0 成分的峰值和潜伏期、枕区的p 1 0 0 和n 1 6 0 成分的峰值和潜伏期及坝犀的p 3 0 0 成分的 平均幅值为因变量，阻年龄组、任务类型、难度水平、刺激类型和电极位置为白变量进行重复测量多 元方差分析。结果显示，随着年龄的增长，被试的反应在加快，正确率在提高。n 1 0 0 的峰值和潜伏期 没有年龄土效应：p 2 0 0 舶峰值随着年龄的增长而明显减小，该成分嚣幸伏期没有年龄土敛庶；p 1 0 0 的峰值和满伏； | 都是随着年龄的增k 而显著减小：n 1 6 0 的波峰随着年龄的增| = ：= 而明显增加，而其满伏 期随着年龄的增长在明显减少；p 3 0 0 的平均幅值有明显的年龄主效应，随着年龄的增长而增加。 5 问题的提出 近年来e r p 在认知神经科学内进行广泛研究。在九十年代以前，心理学家们主要集中在研究感 知和注意等人脑比较低级的心理功能研究。后来才开始注重人脑高级心理功能j ：作记忆等方面的 研究。但e r p 的研究在国内才剐刚兴起不久。在工作记忆方面的e r p 研究主要集中在某一年龄段( 如： 儿童、少年，青年中年老年等) ，还有一些特殊行业( 如航天脑科学等) ，还有就是对国外一些研 5 究结果的综述。在国外关于这方面的研究主要集中于就目前可查阅读的文献而言，国内外还很少涉及 n ：y - 作记忆发展的e r p 研究，在儿童和青少年_ 1 _ = 作记忆的年龄差异e r p 研究方面目前几乎是空向。 本论文从前人研究启发的基础上，进行对青少年工作记忆的e r p 年龄差异研究，并从b a d d e l e y 等提 出的认知结构模型中的视觉空间摸板和语音回路两个子系统出发分别从空间i ：作记忆和词语：1 ：作记忆 两个角度上做了比较研究。 6 创新之处 在研究范式所采_ l = | j 的n b a c k 任务上，使用了同一刺激材料实现了空间i 。佧记忆任务和词语 l 作记忆任务的检查，且在本实验中研究了多种实验条件t - 的年龄特征。目前为i r 在国内外研究文 献中，关于i 作记忆发展的e r p 的研究并不多，而且，常见的主要是1 作记忆老年化的e r p 的研究， 而关于青少年工作记忆发展的e r p 研究目前还未发现。本实验对青少年一作记忆的年龄特征的多重条 件下的e r p 实验研究在某种程度上增强了在工作记忆的年龄特征的e r p 的系统性平完整性。 6 第一部分文献综述 1 工作记忆的概述 1 1 _ 1 2 作记忆的含义 工作记忆( w o r k i n gm e m o r y ，w m ) 这个术语最早是由m i l l e r , g a m m e ra n dp r i b r a m ( 1 9 6 0 ) 在他们 的早期著作行为的计划和结构中提出来的，这个术语后来被用于计算模型的方法以及要求动物在 同一大内通过一些尝试来储存信息的学习研究中。最后在认知心理学中，由1 9 7 4 年b a d d e l e y 和h i t c h 等人在短时记忆基础上对这个术语进行了明确的界定，他们认为工作记忆就是指一种对信息进行暂时 性加- 和储存的能量有限的记忆系统。工作记忆与短时记忆既有联系又有庆别的两个概念。短时记忆 仅强调暂时性的储存能力，而：【作记忆同时强调暂时性加工和存储能力。因此， ：作记忆是更为复杂 的缔构和系统( 李德明，刘吕等，2 0 0 3 ) 。 从信息加1 的过科来看，1 ：作记忆系统中的信息加i - n # ) j z + g 。1 ，：信息贮存( s t o r a g e ) 过 程，其中的信息一般很容易消退：信息维持或复述( r e h e a r s a l ) 过程，即通过不断地复述所贮存的信 息激活贮存器中正在消退的信息；执行加丁= ( e x e c u t i v e ) 过程，负责i 作记忆系统信息加j l ：的控制与 协调。有研究者发现某类神经病患者可以具有良好的信息短时储存的功能，但执行加1 ：功能却存在缺 陷( s m i t ha n dl o n i d e s ，1 9 9 8 ，1 9 9 9 ) 。 从信息加：【的类型来看，工作记忆可分为词语工作记忆、空间1 ：作记忆及客体1 ：作记忆( o b j e c t w o r k i n gm e m o r y ) 。所谓客体，指的是一些熟悉或不熟悉的物体图形，如几何幽形、面孔等，其本质烂 一些不含词语信息利空间信息的视觉信息。从现有的文献来看，s m i t h 等人( 1 9 9 5 ) 所说的客体工作 记忆与u n g e r l e i d e r 等人( 1 9 9 8 ) 所说的视觉工作记忆( v is u a lw o r k i n gm e m o r y ) 的含义是相同的( 刘 昌，2 0 0 2 ) 。 1 2 ：t ：作记忆模型 b a d d e l e y 通过火量行为实验研究论证了t 作记忆概念的合理性并提出了i 作记忆模型，认为1 作记忆包括个中央执行系统( t h ec e n t r a le x e c u t i v es y s t e m ) 和两个子系统语音同路( p h o n o l o g i c a l l o o p ) 与视觉空间摸扳( v i s u o s p a t i a ls k e t c hp a d ) 。中央执行系统是负责f 件记忆孛注意机制，是一个 能量有限的控制系统：视觉空间摸板是负责视觉材料的存贮：语音同路是负责言语材料的存贮。大餐 来自行为方面和生理方面的研究都证明了这三个子系统的存在。 中央执行系统是一个容量有限的系统，它负责在两个服务系统与长时记忆之间进行联系，它还 负责策略的选择和计划。它是工作记忆模型的核心。s m f f h 和j o n d e s 认为，中央执行系统包含三种不 同操作：( 1 ) 对与j ：佧记忆有关豹反应倾向或心理过程进行抑制；( 2 ) 对心理过拌有选择性注意，并 在不同过程之间切换：( 3 ) 对工作记忆中的表征进行编码和检验。后来他们又将执行控制具体为五个 方面：( 1 ) 注意与抑制将注意集中在相关信息加工过程上，而对无芙信息及及其加1 ：过程进行抑 制：( 2 ) 任务管理将复杂任务中的具体过程排序，荠集中注意在不同过程间转换：( 3 ) 计划 制定一系列具体任务，以完成某一目标；( 4 ) 监控一更新与检验工作记忆中的内容，以确定序列任 务的下一步；( 5 ) 编码按时间和位置对工作记忆中的表征进行编码。在这百种操作过程率前两 个是最基础的部分，它们之间关系最密切。另外，中央执行控制与年龄关系密切，成年后随若年龄 的增长，这种功能在降低。 语音同路由两部分构成：语音储存系统和语音复述系统。除非有复述的更新，储存的痕迹会在 约2 秒的时间内消退。通过即时回忆语音相似的系列项目比语音不同的项目的成绩要羞，这可以说明 在储存上有着语音相似效应( 所谓语音相似性效应是指c o n r a d 发现的语音混淆现象( 扬治良等人， 1 9 9 9 ) 。而意义的相似性通常在即时系列回忆范式的影响很小。c o n r a d 实验研究发现，自由同忆产生 的错误是以听觉特征而不是以视觉特征为基础的。这是因为语音同路是依赖语音进行编码的，所以如 果项目间发音相似，那么有特色的语音特征就很少，就容易产生混淆或遗忘。此外，无关言语效应也 证明了语音存储的存在，所谓无关言语设赢是指当向被试等现无关言诒信息时会妞制性进入语音存储， 从而破坏记忆痕迹。进一步研究发现，无关言语效虑的大小与材料的意义性无芙，这说明该系统对语 义特征不敏感，主要是语音存储。语音同路的另一部分是语音复述系统，词艮效麻支持了其系统的存 在。词长效应是指即时系列同忆的正确率是被记忆项目的长度的项目的线性函数( d i r e c t f u n c t i o n ) 。如 s h i l l ，p a y , w i t ，b a r , h o p 这样的系列很可能比h e l i c o p t e r , u n i v e r s i t y ，t e l e v i s i o n ，a l l i g a t o r , o p p o r t u n i t y 等要容 易正确回忆出来。这是冈为单词越长，发音就越长，复述就需要更多的时间，那么在给定的对间内， 单位项目复述的次数就越少，记忆痕迹消失的可能性就越大。有实验研究表明如果抑制复述发音( 如 让被试不停读出 t h e ”的语音) 词长效应就会消失。对口语和书面语有缺陷的病人的研究发现那些 失去外周发音肌肉控制的病人仍然能够复述，面那些在中枢神经系统失去了构思言语能力的病人就无 法复述，这表明复述是反映中枢神经系统控制而不是发音的外显能力。 视觉空间摸板用丁二存储和加工视觉空间信息，在空间定位和解决视觉空间任务时起着很关键的 作用( l o g i e ，1 9 9 5 ) 。视觉空间摸板通过感知觉或从长时记忆中获得信息。该子系统的存在可以由f 面 的研究的来证明：引导被试用口头的编码或用视空闻编码来记忆材料。结果表明，当前的听觉或口头 的活动干扰一个系统，而视觉或空间的活动则干扰另一个系统。如：让被试使用空间想象的记忆术记 e l - - 系列单词其结果一致地明显优于机械背诵的控制缰。僵如果要求想象记忆术编的被试适对阁笔 追踪移动的光点时，两组的差别就消失了( b a d d e l e ya n dl i e b e r m a n ，1 9 8 0 ) 。的近年来有关研究表明 视觉编码与空间编码之间的分离。这方面的证据来自神经心理学的研究，两侧枕叶更多地参与视觉编 8 码，而空目的表征则更多地依赖于顶叶( f a r a h ，1 9 8 8 ) 。使用觉醒猴子佧单细胞电何记录表明( s i n g l e - u n i t r e c o r d i n g w o r k ) ，额叶也可能参与这个系统的工作( g o l d m a n r a k i c ，1 9 8 8 ) 。近期j o n i d e s 等人( 1 9 9 3 ) 用正电子发射断层扫描术( p e t ) 进行研究证实，上述脑区都参与视觉的一f 作记忆活动。 b a d r l e l e y 的工作记忆模型在近年来又有新的发展，那就是在工作记忆概念使用2 5 年后增加了 第四个子系统情节缓存( e p i s o d i cb u f f e r ) 作为负责来自子系统和长时记忆信息整合的临时缓存区 ( b a d d e l e y ，2 0 0 1 ) 。理论上看，现实世界中很少有纯粹的言语信息或空间信息要达到对客观事物的 真实认识，这种整合是自然而然的过程( 刘昌，2 0 0 2 ) 。b a d d e l e y 把他的模刑看作为可以加入其它子 系统的开放系统。从这个意义上说工作记忆就是包括若干子系统的机制每个子系统专门加丁井保 存不同类型的信息，并且每个子系统都有内部信息消退和信息加工效率的限制。 1 3 研究工作记忆常用的实验范式 ( 1 ) s t e r n b e r g 项目再认作业( i t e m r e c o g n i t i o nt a s k ) s t e r n b e r g 作业的典型范式是：先给被试依次呈现一系7 0 ( 一般3 9 个) 记忆项目( m e m o r ys e t ) ， 移开儿秒钟后，然后出现探测刺激( p r o b es t i m u l u s ) ，要求被试指出探测刺激是否与先前呈现的某一 个记忆项目相匹配( 即探测刺激是否就是记忆项目中的某个刺激) 。依据不同的实验材料( 如字母、 图像、面像、趔点等) 分别给予不同的命名，分别测定言语信息贮存、客体信息贮存以及空间信息贮 存。 ( 2 ) 倒数e l 项作业( n b a c kt a s k ) 饲数n 顼作业是指要求被试判断当前出现的项目是否与连续出现的测验的项目系列中倒数n 个 项目匹配，n 一般被认为反映记忆容量，如果n = o ( 常用作对照) ，即只要求对预先规定的靶刺激作出 反应。倒数n 项作业任务比s t e r n b e r g 作业或项目再认作业任务更强调i 作记忆的储存和复述功能的 作用，当然也需要如知觉编码和反应等一般性的操作过程， 2 工作记忆的脑机制 探讨入类i ：作记忆舶脑机制是吕前认知神经科学研究的一个接受关注的热点。目蔚较多的神经 影像研究( 主要是f m r i 和p e t ) 表明，一】：作记忆主要与前额叶皮质有关d e s p o s i t o 等( 1 9 9 8 ) 通 过研究被试在，j ：作记忆任务、非f ：作记忆任务及休息状态下的f m r i 研究发现，i ：佧记忆和非 ：作记忆 是前额研都有激活，只是与非工作记纪褶比二 作记忆任务激活趵信号要大。 习此，彳也 推断前额州度 质侧叶还支持除工作记忆之外的其他信息信息处理过程( 吴永明等，2 0 0 2 ) 。 除前额叫皮质外。其它脑区在工作记忆中也起到一定的作用，t 作记忆激活的脑医还和不同的 9 任务类型有关。j o n i d e s ( 1 9 9 3 ) 和s m i t h 等人( 1 9 9 6 ) 通过p e t 扫描和j i a n g 等人( 2 0 0 0 ) 采用f m r i 观察到词语j 1 ：作记忆主要由火脑左半球参与其中顶叶后部参与信息贮存，b r o c a 区、前运动区和辅 助运动区参与信息的复述背外侧前额皮层和前扣带回参与信息的控制与协调，不能排除前额叶一顶 叶联合参与词语信息的贮存：空间工作记忆主要由大脑右半球执行，但参与信息贮存、复述的脑区可 能分别位于脑后部顶枕区和脑前部运动区，脑前额区参与信息的控制与协调：采川项目蒋认实验模式 研究客体工作记忆，观察到左颞叶、顶叶以及额叶的一些脑区参与( 与参与词语i ：作记忆的脑区没有 重叠) ，但c o u r t n e y 等( 1 9 9 7 ) 观察到左右脑各区同等参与。u n g e r i d e r 等( 1 9 9 8 ) 据此认为左右脑 各区参与客体t 作记忆的程度依赖于被试刺激项目的熟悉性以及对客体刺激采用何种形式的编码。当 鼓励被试对不熟悉刺激采用词语编码时，所激活脑区的左脑一侧化更明显，当鼓励被试对不熟悉刺激 图像编码时，所激活脑区的矗脑一侧化更明显。有关j ：作记忆的执行加l ：脑机制研究中常观察到外测 前额皮层区以及前扣带同明显激活。这些研究说明作为一种较高级认知活动，需要脑内多个区域之间 的相互协调才能完成，而前额叶皮质在其中可能起到了主导作用。总之，前额叶在r 作记忆中的作用 相当复杂，包括对记忆信息的注意和抑制、管理、信息整合等功能。但有芙前额n 1 对t 作记忆信息是 如何进行控制与协调、以及它是否参与信息维持，还需进一步探讨( 刘吕，2 0 0 2 ) 。 3 工作记忆年龄特征的行为研究 j r 作记忆的发展一直是认知发展领域的一个重要课题。年龄是影响r 作记忆能力的个重要变 鲑。s a l t h o u s e ( 1 9 9 4 ) 指出，作为加工资源( p r o c e s s i n g r e s o u r c e ) 的一作记忆能力的下降，可能 是导致成人般认知能力f 降的主要原因。在行为研究中。有关r 作记忆年龄差异的报告有不少，如 g i l i n s k y 和j u d d ( 1 9 9 4 ) 报告了2 7 8 名1 9 至9 6 岁成人3 项二【：作记忆测验年龄筹异的研究，发现1 作记 忆得分1 9 至2 9 岁组最高，然后随着年龄的增长明显下降。s w a n s o n ( 1 9 9 9 ) 报告了7 7 8 名6 至7 6 岁的 ，l 童到老年人视觉空闻工作记忆和词语工作记忆得分年龄曲线的高峰在3 0 岁以后。我国心理学家李德 明等人( 2 0 0 3 ) 报告了1 9 9 3 名从1 0 至9 0 名儿童到老年人数字工作记忆广度的研究，她发现数字1 作 记忆j 一度随着年龄的对数成抛物线变化测验最高成绩在1 6 至1 9 岁组( 即高中生鲷) 。 4 工作记忆年龄特征的神经影像研究 运用神经影像技术来研究工作记忆的脑机制的报告不少，但有关年龄差异的比较研究还较少。 r y p m ab 和d e s p o s i t o ( 2 0 0 0 ) 应_ j 功能磁共振成像( f b f r i ) 和止电子发射断层扫描( p e t ) 对不同 年龄工作记忆脑活动的比较研究发现，背外倒前额时皮层是工作记忆隧年龄变化比较敏感的一个脑区 并且老年人人脑左右两i | 球彼此相对席的脑区趋向于同时参与工件记忆加i ，提示l 。作记忆能力随着 年龄的增k 而减退现象可能与老年人脑功能一侧化程度的减弱有关。 1 0 5 工作记忆年龄特征的事件相关电位研究 电生理结果能够提供关于由于随着年龄的增长，使行为变得迟缓的相关d i - k 过程的有力见解。 反应时间所反映一系列加工速度的结果包括：在完成当前任务时的感知编码刺激、和已有信息进行比 较、选择反麻和执行反应。也许老化减慢了其中的个a n ；r 过程，也许是所有加：过释，从而导致反 应时间的延长。e r p 技术可以把任务的加工过程可以进行分解。这样就可以帮助我们确定随着年龄的 增长，哪一加工过程会发生变化。 目前麻用事件相关电位技术( e r p ) 来和年龄相关的工作记忆研究主要集中在老年化上的研究。 l u c i a n a p e l o s i 和l a n c e d b l u m h a r d t 等人( 1 9 9 8 ) 采用s t e r r i b e r g 项目再认作业研究i l 作记忆老年化， 对年龄范围从1 9 至7 i 之间的3 7 位健康被试用听觉或视觉呈现数字的方式的1 作记忆任务中记录他们 的行为数据和事件相关电位结果的年龄的效应。结果表明，随着年龄的增k ，视觉和听觉任务的反应 时间在r 降。在e r p 的甲划和晚期成分都表现出多重效应。对丁听觉年视觉反砖中，随着年龄的增长， 早期止成分( 听觉的p l o o 和视觉的p 1 4 5 ) 的幅值也随着增加。在老年被试中，主要晚止成分的潜伏 期明显推迟。在不同感觉通道的工作记忆任务中随着年龄的变化，在听觉e r p 中，早成分负波的波幅的 晟火值在发生转移( 在青年组中n 1 9 0 波幅最大值是在p z 点，在老年编中n 2 7 0 波幅的最火值是在c z 点，在听觉反应中晚成分( 在p 2 5 0 之j 菏) 的峰值的最火值往分布上也发生变化。在老年绗在额区的 主要正成分的潜伏期在明显延长，波峰在增大。而在中年组中听觉e r p 的晚成分却发生了重新分布。 在年龄和任务难度之间没有交互作削。因此，尽管从工作记忆行为数据上( 除了反应时间在减少外) 并没有明显的年龄效应，但e r p 结果显示在大脑的早期和晚期的加工对丁不同年龄有明显的变化。这 种变化也许表明老化使i 作记忆发生了微妙的机能障碍但义不影响完成任务的现象是一种补偿机制在 起作j j | 。 l i n d ak m c e v o y 等人( 2 0 0 0 ) 采用倒数n 项作业范式研究，对年龄范嗣从2 1 至7 0 之间的3 0 位健康被试( 分为：青年组、中年组和老年组3 组) 。通过给被试不同难度的空间i 作记忆任务来记录 他们的脑屯。研究发现随着年龄的增长，反应在减慢，尤其是较难的任务。从e r p 结粟可以看出随着 年龄的变化，大脑加工过程也发生了相应的改变，包括加：i ：的起始阶段。视觉e r p 的n 1 6 0 成分的最 大值在顶枕区，相对于青年被试来说老年被试n 1 6 0 的潜伏期平均推迟了1 0 m s 。这个结果对于不同任 务水平、不同刺激刺激类型都是一致的这也许反映了感知觉加1 j 过群随着年龄的增 王= 而减慢。随着 年龄增蚝，n 1 6 0 的满伏期延长但其波幅没有变化，所有被试在警现匹配刺激时要比不匹配刺激时所 i l 诱发的n 1 6 0 的波幅要大，这波幅的不同也许是由于匹配位置时被试需要雨i 记忆中已有的空间位置进 行选择注意重新定位造成的。当刺激呈现丁= | 被试所注视的视野时所诱发的甲 l | 视觉e r p 成分要比不注 视的要大，并且反应时间要短。和记忆中的刺激进行空间位置匹配选择性注意也许可以解释n 1 6 0 的 波幅在匹配刺激呈现时要比不匹配的要大的现象，也可以用来解释研究中反应时间由于刺激类型的不 同而不同。对于n 】6 0 来说，年龄和刺激类型没有交互作用，这表明尽管随着年龄的增长，感知觉速 度的稍稍减慢，但并不影响视觉注意定位的早期加工过程。p 2 0 0 的潜伏期没有年龄差异。由于n 1 6 0 的潜伏期随着年龄增& 而延长。而p 2 0 0 的潜伏期并没有延长，那么p 2 0 0 必然反映和n 1 6 0 并行加i 的一个过程。尽管p 2 0 0 的加r 时间没有随着年龄的变化而变化，但其波幅利头皮分布却有年龄差异。 老年被试所诱发的p 2 0 0 的波幅要比青年被试要大，并且主要分布在额区。在听觉o d d b a l l 实验范式标 准刺激所诱发的p 2 0 0 的波幅也是老年的大，也分布在额区，这就反映随着年龄的变化抑制无关刺激 的能力的变化。p 2 0 0 功能性含义在这项研究中还不太清楚。p 2 0 0 和年龄相关的显著差异表明随着年 龄的增长，早期加工过程有明显变化。p 3 0 0 的波幅、潜伏期和头皮分布均明显地受年龄的影响。在顶 区所诱发p 3 0 0 的波幅在老年被试中较小，但在额区却没有此现象。这个结果在许多研究中有此报道， 不管刺激类型和感觉通道是否相同。这种p 3 0 0 的波幅降低现象说明随着年龄的增& ，p 3 0 0 在头皮后 部发生源发生了变化。颅内损毁研究表明，在额区和相关后部脑区所诱发的p 3 0 0 是独立的。也许随 着年龄的增长选择性地影响诱发p 3 0 0 的后部脑区。另一个年龄差异就是p 3 0 0 的潜伏期随着年龄的 增k 而延艮，已有报道是其潜伏期延k = 速率为每年o9 1 1 8 m s ，该实验的结果为每年o 8 m s 。平均来说， 青年被试和老年被试淆伏期的筹异是3 8 m s ，不管任务难度水平如何。弄1 1 年龄相芙的p 3 0 0 的潜伏期独 立丁n 1 6 0 的潜伏期，闪为和年龄相关的n 1 6 0 的潜伏期增加之后，和年龄相芙的p 3 0 0 的潜伏期却儿 乎不变。p 3 0 0 的潜伏期被认为是中央执行加工速度的一种量度，它被认为是刺激评价所需要的时间， 但不包括选择反应所需的时间，冈为可以改变任务结构、刺激难度和反麻要求时显示出加过科的分 离效赢。在该研究中，和年龄相关的p 3 0 0 的潜伏期延长和任务难度无关。与此相反，反应时间受任 务水平明显影响。在复杂任务中的反应时间要比简单任务的要人。任务水平对p 3 0 0 的潜伏期和反应 时间的影响的分离现象说明和刺激评价及信息整合无关的其它因素是造成复杂反虎时间增加的原因。 例如，在大莓研究中，老年被试在复杂任务中反威比青年被试更倾向使川保守的反戍策略。 6 问题的提出 1 ：伟记忆是一种重要的认知功能，包括信息编码、保持和提取过程。在进行复杂认知任务如言语 理解、学习、推理、心算时，都需要在1 ：作记忆系统中作暂时的信息储存雨i 操作( l i n d a k m e v o y ，2 0 0 1 ) 。 1 ：作记忆具有明显的年龄敏感性和个体差异性。因此，可以认为一1 i 作记忆能力是年龄和个体差异的一