（计算机应用技术专业论文）短期时序记忆加工过程的脑机制研究.pdf

摘要 摘要 短期时序记忆是工作记忆的一种，它对从一般的知识获取到推理都起到了 重要作用。以国际w i c 研究院的研究课题为例，归纳推理、演绎推理、学习稳 定性、决策、问题求解的神经科学基础研究都直接或间接地与记忆，特别是短 期时序记忆有关。短期时序记忆是直接与人类推理工作相关的研究内容，短时 记忆的脑机制研究将为归纳推理、演绎推理的研究提供参考。因此，短期时序 记忆的研究在“以思维为中心的脑信息学”研究中有基础性的作用。 短期时序记忆不但要记忆项目本身，同时还具有顺序、位置、间隔等属性， 属于短期记忆或工作记忆的范畴。本文首先采用对项目进行时序判断的方法考 察短期时序记忆的加工方式，同时也考察了短期时序记忆过程中是否存在系列 位置效应。结果表明：短期时序记忆的加工过程属于序列加工：在短期时序记 忆的加工过程中存在首因效应和近因效应；相同记忆容量的短期时序记忆的绩 效显著好于非时序记忆。 其次，事件相关电位( e v e n tr e l a t e dp o t e n t i a l s ，e r p ) 技术因具有很高的时 间分辨率并可通过其头皮分布观察不同实验条件所诱发神经活动的脑内源，近 年来已成为研究记忆加工机制的一个重要手段。本文利用e r p 技术，采用新进 行判断范式对1 5 名大学生被试进行了短期时序记忆加工过程的脑波实验。本试 验从时间维度上比较了短期时序记忆任务相对于短期非时序记忆的e r p 特异性 成分。实验结果表明：两种类型的刺激材料在额叶均诱发出了明显的p 2 0 0 、n 4 0 0 以及晚期正成分( l a t ep o s i t i v ec o m p o n e n t ，l p c ) 。在刺激后2 0 0 m s 一6 0 0 m 时间 段内短期时序记忆任务较短期非时序记忆任务有更正向的变化，而在 6 0 0 m s 1 2 0 0 m s 时间段内短期时序记忆判断任务较短期非时序记忆判断任务有 更负向的变化。通过比较短期时序记忆判断任务和短期非时序记忆判断任务的 e r p 波形变化和脑电地形图分布特点以及结合前人工作经验，初步结论为额叶 参与了短期时序记忆的加工过程。p 2 0 0 可能是对先前呈现的双字词刺激序列进 行识别提取的一种早期成分，n 4 0 0 可能对靶刺激判断加工过程的反映，l p c 反 映了一个背景更新( c o n t e x tu p d a t i n g ) 或决策后关闭( p o s t d e c i s i o nc l o s u r e ) 的过程。 关健词短期时序记忆；序列加工；平行加工：位置效应：p 2 0 0 ；n 4 0 0 1 l p c a b s t r a c t a b s t r a c t s h o r t - t e r mt e m p o r a lo r d e rm e m o r yi sak i n do fw o r k i n gm e m o r y , w h i c hp l a y s a ni m p o r t a n tr o l ef r o mt h ea c q u i s i t i o no fg e n e r a lk n o w l e d g et or e a s o n i n g t a k i n gt h e i n t e m a t i o n a lw i ci n s t i t u t e sr e s e a r c ht o p i ca sa ne x a m p l e ，i n d u c t i v er e a s o n i n g d e d u c t i v er e a s o n i n g ，t h es t a b i l i t yo fs t u d y , d e c i s i o n m a k i n ga n dt h ep r o b l e ms o l v i n g o fb a s i cr e s e a r c hi nn e u r o s c i e n c eh a v ead i r e c t l yo ri n d i r e c t l yr e l a t i o n s h i pw i t h m e m o r y , e s p e c i a l l yw i t ht h et i m i n go fs h o r t t e r mm e m o r y s h o r t t e r mt e m p o r a l o r d e rm e m o r yi sd i r e c t l yr e l e v a n tt ot h ew o r ko fh u m a nr e a s o n i n gr e s e a r c h t h e s t u d yo f b r a i nm e c h a n i s m so fs h o r t - t e r mm e m o r yc a np r o v i d er e f e r e n c ef o r t h es t u d y o fi n d u c t i v er e a s o n i n ga n dd e d u c t i v er e a s o n i n g t h e r e f o r e ，s h o r t t e r mt e m p o r a l o r d e rm e m o r yr e s e a r c hh a sab a s i cr o l ei nt h es t u d yo f t h i n k i n gb r a i na st h ec e n t e r o fi n f o r m a t i o nt os t u d y ” s h o r t t e r mt e m p o r a lo r d e rm e m o r yi sw i t h i nt h ec a t e g o r yo fs h o r t t e r mm e m o r y o rw o r k i n gm e m o r y , w h i c hd e m a n d st om e m o r i z en o to n l yt h ei t e m sb u tt h e i ro r d e r s a n dl a g s f i s r t l y , t h ep r e s e n ts t u d ye x p l o r e dt h ep r o c e s s i n gp a t t e mo fs h o r t t e r m t e m p o r a lo r d e rm e m o r ya n dt h es e r i a lp o s i t i o ne f f e c t sd u r i n gi t sp r o c e s s e sb yt h e w a yo fi u d g i n gt h et e m p o r a lo r d e ro ft h ei t e m s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e p r o c e s s e so fs h o r t - t e r mt e m p o r a lo r d e rm e m o r ym i g h tb et h es e r i a lp r o c e s s i n ga n d t h e r ew e r et h ep r i m a c ye f f e c ta n dt h er e c e n c ye f f e c td u r i n gt h ep e r i o do ft h e p r o c e s s e s t h er e s u l t sa l s os u g g e s t e dt h a tt h ep e r f o r m a n c eo fs h o r t - t e r mt e m p o r a l o r d e rm e m o r yw i t hi d e n t i c a lm e m o r yc a p a c i t yw a ss i g n i f i c a n t l yb e t t e rt h a nt h a to f n o n - t e m p o r a lo r d e rm e m o r y s e c o n d l y , t h ee v e n t r e l a t e dp o t e n t i a l st e c h n o l o g yh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tt o o l o fr e s e a r c hp r o c e s s i n gm e c h a n i s mo fm e m o r y r e c e n t l y , d u et oi t sh i g ht i m er e s o l u t i o n a n do b s e r v i n go ft h eb r a i nn e u r a la c t i v i t yi n d u c e db yt h es o u r c em e m o r yr e s e a r c h t h r o u g hi t ss c a l pd i s t r i b u t i o ni nd i f f e r e n te x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s i nt h i st h e s i s ， f i f t e e ns t u d e n t sw e r et e s t e df o rs h o r t t e r mt e m p o r a lo r d e rm e m o r yp r o c e s s i n go ft h e e e g e x p e r i m e n t ，w h i c ht a k e san e wp a r a d i g mu s i n ge i 冲t e c h n o l o g y t h es p e c i f i c e p rc o m p o n e n t sw e r ec o m p a r e do nd i m e n s i o no ft h et e s to ft i m eb e t w e e nt h e s h o r t t e r mt e m p o r a lo r d e rm e m o r yt a s ka n dn o ns h o r t - t e r mt e m p o r a lo r d e rm e m o r y i nt h i se x p e r i m e n t t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t ：b o mo ft h et w ot y p e so f s t i m u l u sm a t e r i a l i n d u c eas i g n i f i c a n tp 2 0 0 、n 4 0 0a n dl a t ep o s i t i v ec o m p o n e n ti nt h e f r o n t a ll o b e s h o r t t e r mm e m o r yt a s k sh a v eam o r ep o s i t i v ec h a n g et h a nt h en o n s h o r t t e r mm e m o r yt a s k sd u r i n gt h e2 0 0 m s 一6 0 0 m si ns t i m u l a t i n g h o w e v e r , s h o r t - t e r mt e m p o r a lo r d e rm e m o r yt a s k sh a v eam o r en e g a t i v ec h a n g et h a nn o n s h o r t t e r mt e m p o r a lo r d e rm e m o r yi nt h et i m ep e r i o do f6 0 0 m s 一12 0 0 m s i n s t i m u l a t i n g b yc o m p a r i n gt h ec h a n g e si nt h ee r pw a v e f o r m sa n dt o p o g r a p h i c d i s t r i b u t i o no fe e gb e t w e e nt h es h o r t t e r mt e m p o r a lo r d e rm e m o r yt a s k sa n dn o n s h o r t t e r mt e m p o r a lo r d e rm e m o r yt a s k s ，a sw e l la st h ep r e v i o u sw o r ke x p e r i e n c e h a sb e e nc o m b i n e dw i t h t h ep r e l i m i n a r yc o n c l u s i o ni st h a tt h ef r o n t a ll o b ei s i n v o l v e di nt h et i m i n go fs h o r t - t e r mt e m p o r a lo r d e rm e m o r yp r o c e s s i n g p 2 0 0m a y b ep r e s e n t e da ne a r l yi d e n t i f i c a t i o no fe x t r a c t e dc o m p o n e n t si n t h ep r e v i o u s i i i 北京t 业人学t 学硕卜i t 论文 t w o 。w o r ds e q u e n c e st os t i m u l a t e n 4 0 0m a yb ear e f l e c t i o np r o c e s st od e t e r m i n eo f t a r g e ts t i m u l u s l p cr e f l e c t sap r o c e s so fac o n t e x tu p d a t i n go rp o s t d e c i s i o n k e yw o r d s s h o r t t e r m t e m p o r a lo r d e rm e m o r y ；s e r i a lp r o c e s s i n g ；p a r a l l e l p r o c e s s i n g ； p o s i t i o ne f f e c t ；p 2 0 0 ；n 4 0 0 ；l p c - i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：墨茎立日期：冱里2 笸：f 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：_ 萄 导师签名：墨钮日期：三出f 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 短期时序记忆 记忆是对输入大脑的信息进行编码、储存，以后在一定条件下提取的过程。 它是人脑最基本和最重要的功能之一，也是一切高级认知活动加工的基础。记 忆在日常生活中起着极其重要的作用。 随着认知神经科学的快速发展，人类的高级认知功能如学习、记忆、注意、 情绪、思维、意识等神经机制的研究已受到广泛关注，记忆神经机制的研究一 直是认知神经科学最为关注的热点之一，是解丌大脑之谜的重要前提。 有时候，我们不仅需要记住事件本身，还需要记住事件发生的先后顺序。 比如去某个地方，只知道拐几个左弯和右弯是不够的，还需要记得转弯的先后 顺序。做事情，只知道有哪些任务是不够得，还需要弄清步骤。 时序就是指人们能将两个或两个以上事件知觉为不同的时间先后，并按顺 序将其组织起来，包括顺序、间隔、位置三个属性【l l 。时序记忆( t e m p o r a lo r d e r m e m o r y ) 就是关于连续发生事件先后顺序关系的记忆1 2 1 ，包括长期时序记忆和 短期时序记忆。一般保持时间短于1 分钟的时序记忆定为短期时序记忆，短期 时序记忆的识记项目在1 0 个以内，符合短时记忆的容量7 + 2 组块的法则【3 l 。 时序记忆也属于时间认知的范畴【引。时间认知( t i m ec o g n i t i o n ) 是个体对客 观事件的持续性和顺序性的认识，包括个体对事件的时间长短、先后、快慢等 变化的认识。时间是客观存在的，但人类却没有特定的感知时间的感受器，个 体对时间的知觉是在多种感受器的参与下，通过对事件的始末的时点及有关的 时间参照系进行加工而间接地认知时间的。时间具有不可逆转的一维性，人们 不但不能反复感知一段延续时间，甚至于不能同时知觉其起点子终点，对时间 认知也是一种心理重构的过程，受到时间的知觉、记忆、表征、推理、运算乃 至计划、语言等多种认知因素的制约。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 短期时序记忆心理学研究现状 早期关于短期时序记忆的研究主要集中在探讨时序记忆的加工方式和提取 机制问题上。时序记忆加工过程包括编码、存储、保持和提取四个水平1 5 1 。关 于时序记忆的加工是否需要认知努力则存在较大的分歧和争论6 0 1 ，也即是时序 北京t 业人学t 学硕 ：学位论文 量曼曼邑蔓曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼笪皇曼曼皇曼曼曼笪曼曼量曼曼量曼置舅曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼舅量曼曼曼曼鼍i i 量曼曼曼 记忆加工是自动加工还是控制加工。控l l d h - r 论认为【9 - 1 0 i 时序加工需要注意投入 或认知努力，是受被试控制的实际性操作序列；自动加工论认为时序加工是 快速的，不受资源i i i 1 0 。h a s h e r 和z a c k s t 7 1 进一步提出记忆自动加工的5 个标准： 感知但不需要意识的努力去完成；有意编码不会促进记忆；不受同时加 工任务的干扰；不受练习、策略、年龄因素影响；个体差异小( h a s h e re t a l ，1 9 7 9 ) 。研究者围绕时序信息的编码是否是自动加工的问题展开了一系列的研 究_ 13 1 。 j a c k s o n 研究发现，对复杂材料时序记忆的加工不是自动而是有意识的，需 要认知努力的参与才能完成j 1 2 i 。n a v e h b e n j a m i n ( 1 9 9 0 ) 采用相对顺序和绝对 位置两个指标，用四个试验较为严格系统的考察了注意、加工水平、任务干扰、 练习效应和年龄对时序加工的影响，研究结果表明，时序记忆加工受到有意学 习、竞争任务负荷、编码策略以及被试年龄的影响的【1 4 1 。由此，n a v e h b e n j a m i n 认为前人的研究得到时序记忆是自动加工的结果至少一部分是由于方法造成 的。研究者迸一步指出人类对时序记忆是一个自动加工与非自动加工连续的过 程，二者的区分表现于不同的加工水平。时序记忆加工包括编码到提取之间不 同的水平，可能在有的水平上是自动加工，而在其他水平上是控制加工或者被 试使用加工策略。因此，不同的研究方法得到的结果可能只适合于解释某一个 水平。同时，n a v e h b e n j a m i n 也认为h a s h e r 和z a c k s 提出的自动加工标准过于 绝对化。李国军运用g l u c k s b e r g 和m c c l o s k e y ( 1 9 8 1 ) 的问答模型【”1 ，通过两个 实验检查了项目的时序记忆的加工机制，结果表明时序信息的编码是一个控制 的、精细的加工过程，也许存在个别特殊位置的项目的时序是自动被编码的。 研究者也对时序记忆的提取机制进行了大量的研究，比如，李宏翰和黄希 庭【1 6 i 采用新近性判断范型和早远性判断范型对时序信息的提取机制进行了深入 的考察。结果表明提取信息既存在逆向串行搜索，又存在顺向串行搜索，在不 同的提取任务中，被试采用不同的策略提取；早远性判断易化早远部分，新近 性判断易化新近部分。郑云等【 1 以英文字母和汉字为材料，对时序信息的提取 特点作了实验研究，结果表面材料的呈现顺序对时序信息提取的正确率和速度 有影响。 短期时序记忆的理论【i8 l 主要有：项目之间的联结链理论( a s s o c i a t i v ec h a i n i n g t h e o r i e s ) 、直接编码理论( d i r e c tc o d i n gt h e o r i e s ) 、分层编码理论( h i e r a r c h i c a l c o d i n gt h e o r i e s ) 、特征编码理论( f e a t u r ec o d i n gt h e o r i e s ) 以及幅度编码理论 ( m a g n i t u d ec o d i n gt h e o r i e s ) ( m a r s h u e t z ，2 0 0 5 ) 。 联结链理论【1 9 i 认为，事件与时问上直接相继的事件联结在一起，从而提供 了时序记忆的参考信息。事件顺序的编码不是依靠时间序列中的位置，而是依 靠相继事件之间的成对联系( l e w a n d o w s k y & m u r d o c k ，1 9 8 9 ) 。该理论在解释情 第l 苹绪论 节记忆中的时间信息方面存在很多问题。根据该理论，相邻项目时间顺序判断 的准确性应优于相邻较远的项目间的时序判断，但相关研究结果表明，时间上 临近的两个不相关事件通常被记忆得较差。 顺序码理论1 2 1 1 ( o r d e rc o d et h e o r y ) 认为，事件的时间信息是附加在储存项目 的顺序之上的，特别是当一个新项目的呈现引起了某个旧项目的恢复，二者的 顺序就储存着时间记忆。与联结链模型不同，顺序码模型不要求联结的两个事 件在时间上一定紧连相继，因而大量的，尤其是有语义关联的事件或项目之间 的先后顺序就可以全方位地储存在记忆之中。根据顺序编码理论，当两个事件 或项目在意义上相关时，就会引起旧项目的恢复，因此其时序判断就会比无关 事件或项目更准确。但该理论对于两个毫无关系的事件的相对顺序是如何建立 起来的，却不能给以合理的解释。 链接理论通过邻近事件的两两联系来表征顺序。直接编码理论和分层编码 理论直接对事件发生的时间进行编码。特征编码理论和幅度编码理论认为：时 序记忆取决于事件整体表征的模式差别。这些理论在逻辑上并非完全对立，大 量研究表明：它们中的任何一个都无法解释所有的记忆现象。不同记忆任务对 应于不同的神经活动，提示我们：时序记忆或许与多重心理机制有关1 2 2 1 。 事物的记忆表征是包含各种特征的整体。不同类型的记忆是基于同一表征 建构的产物。记忆也是连续认知过程的组成部分。记忆表征的形成，保持，加 工和提取，往往伴随着其他的认知过程。一个良好的记忆理论，应当同时体现 记忆表征的整体性，以及记忆过程与其他认知过程的连续性。幅度编码理论就 是这样一个记忆理论。该理论认为：顺序记忆取决于不同表征的模式差别 f p a t t e m s e p a r a t i o n ) ( m a r s h u e t z ，2 0 0 5 ) 。刺激表征的模式差别不仅取决于刺激本身， 还与编码过程有关。因此，编码过程能够影响顺序记忆。 1 2 2 短期时序记，i l 乙e r p 研究现状 张志杰、黄希庭【：3 l 利用事件相关电位研究结果证实时间信息加工和非时间 信息加工存在时间历程上的差异，并且时间信息加工还存在的显著半球优势效 应。 时间知觉的e r p 研究1 2 4 1 1 3 4 i 结果表明，c n v ( c o n t i n g e n tn e g a t i v ev a r i a t i o n ) 是 反映时间信息加工过程的特异性成分，并且大脑两半球也存在加工时i 日j 信息的 差异。 n 2 0 0 是刺激后2 0 0 毫秒左右的一个较大负波，它至少可以分为n 2 a 和n 2 b 。 n 2 a 反映大脑对刺激物理特性的自动加工过程，而n 2 b 所反映可能与受试者对 靶刺激辨别加工有关，主要分布在后头部。根据以往的研究证实，n 2 b 容易受 北康丁业人学t 学硕卜学化论文 概率的影响，它的振幅与刺激概率成反比。 1 2 3 短期时序记忆f m rl 研究现状 近年来，随着脑功能核磁共振( f u n c t i o n a lm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g ，f m r j ) 技术的兴起和广泛应用，研究者以健康人和有各种记忆障碍以及脑损伤的病人 为研究对象进行了时序记忆的研究。s u z u k i l 2 5 j 运用f m r i 对被试进行两个项目的 时i 白j 先后顺序的判断任务，结果表明在检索列表间和一个列表内的项目时间顺 序时，前额叶在检索时间顺序信息时起到了重要作用；c o r s i l 2 6 1 ( 转引自m i l n e r ， 1 9 7 1 ) 对前额叶或颞叶损伤的病人关于项目顺序记忆的研究也表明出了类似的 结果：前额叶在顺序记忆中起到了一个重要的作用；a m i e za n dp e t r i d e s l 2 7 1 用 f m r i 测得被试在编码短系列的视觉刺激的精确顺序时，中背外侧前额叶皮层参 与其中，结果表明在高水平的认知计划和思维控制时依赖前额叶皮质。 m a r s h u e t za n ds m i t h t 2 剐通过f m r i 对被试做了顺序记忆的事件相关电位实验， 结果表明顶叶皮质区域可能通过幅度编码( m a g n i t u d ec o d e s ) 仲裁顺序信息的表 征。n e n a d i ce t a l1 3 0 l 针对基底神经节对时序记忆的加工所起到的作用提供了一个 新的f m r i 证据；m a r s h u e t za n ds m i t h t 2 9 1 综述了顺序信息的工作记忆是被依赖 不同的神经回路的不同认知机制所仲裁的。 由前人的研究结果总结出【3 i l 【3 列，包括前额叶皮质、运动皮质、顶叶皮质和 颞叶内侧结构的这些神经区域分别操作了不同水平和不同阶段的时序的工作记 忆。 国内杨珍、黄希庭【2 4 1 从神经心理学研究时间认知探讨了小脑、基底神经节、 前额叶在时间信息加工中的作用和大脑两半球在时间认知中的不对称性。 1 3 短期时序记忆的研究范式 很多研究试图弄清时序记忆的心理机制。它们使用的材料可以分为两类： 言语材料和非言语材料。前者包括无意义音节、字母、数字、词表以及容易识 别的客体：后者包括空间位置、随机点阵、人脸等无法用言语准确表达的信息。 由于时序记忆的复杂性及影响因素的多样性，所以时序记忆研究有很多不同的 范式。 根据具体研究过程中对被试注意程度的控制，可以划分出两种实验范式： 回溯式和预期式。回溯式实验范式是指被试在实验前不知道实验的真正目的， 而是在实验后才告诉他们要对项目的出现先后顺序做出判断。在实验进行过程 当中，实验者通常需要控制被试的注意以避免使其注意到事件的顺序特征。预 期式实验范式则是在实验开始之前就告诉被试他们将需要在实验结束时对项目 第l 覃绪论 出现的先后顺序做出判断。 根据被试在实验结束时对时序特征的判断类型，可以划分出顺序判断 ( o r d e r j u d g m e n t ) 、间隔判断( 1 a g j u d g m e n t ) 和位置判断( p o s i t i o n j u d g m e n t ) 三种研究范式。这三种范式对被试在提取时序信息时的难度要求有所不同，一 般说来，间隔判断和位置判断的难度大于顺序判断，因而研究结果通常表明顺 序判断的成绩由于其它两种研究范式。 除了早年的序列回忆任务以外，时序记忆的研究主要采用4 神实验范式： 顺序重建任务( o r d e rr e c o n s t r u c t i o n ) ，顺序辨认任务( o r d e r - i d e n t i f i c a t i o n ) ，探 测任务( p r o b e ) 和新近性判断任务( r e c e n c y - j u d g e m e n t ) 。一般认为，顺序重建 任务和顺序辨认任务是用来测量绝对顺序记忆的；探测任务和新近性判断任务 是用来测量相对顺序记忆的【3 4 i ( 杨志新，1 9 9 8 ) 。在序列回忆与顺序重建任务中， 序列的再现有可以分为两类：正序回忆( f o r w a r dr e c a l l ) 和倒序回忆( b a c k w a r d r e c a l l ) 。 1 4e r p 技术 本研究采用事件相关电位技术( e v e n tr e l a t e dp o t e n t i a l s ，e r p ) 1 3 5 1 对短期时序 记忆加工过程中所诱发的e r p 成分进行探讨研究。 在记忆研究中，相对于f m r l 和p e t 技术来说，e r p 有以下几个优点1 3 6 1 ： ( 1 ) f m r i 和p e t 测量的参数延迟时间都较长，例如p e t 的数据积累大约 需要3 0 6 0 秒，因而不能对记忆的时问进程做精确的分析。而e r p s 的时间 分辨率较高，精确度可以达到毫秒( m s ) 级，允许对神经活动的精确时间特征进 行测量。 ( 2 ) e r p 成分在测量隐蔽的信息加工时很有用处，它能在缺乏行为反应的 情况下得到不同条件之间的差异。 ( 3 ) e r p 波形能在实验后根据事先设定的“事件 种类或被试行为反应形 成不同条件，对它们进行“离线 ( o f f - l i n e ) 操作。这样可以获得不同分类的e r p 波形。 ( 4 ) e r p 记忆效应的头皮分布可以探索不同实验条件下诱发的脑神经活动 模式。 北京丁业人学t 学硕i 学f 童论文 1 5 本研究的目的和创新点 1 5 1 以往研究的局限性 随着科学研究手段的不断发展，研究者意识到仅仅采取特定的行为手段难 以解决具体的心理活动，而神经电生理学的发展为研究者研究大脑的认知活动 提供了新的方法和途径。1 9 2 9 年，h a n sb e r g e r 首先描述了脑电记录法( e e g ) ， 从此科学家们力图从e e g 中提取心理活动信息，以揭示大脑的活动。脑的心 理活动所产生的脑电信号通常比自发电位小，它埋没在自发电位中难以被观察 到，采用计算机叠加技术可以将这种信号从自发电位中提取出来，这样提取出 来的信号就是事件相关电位( e m p ) 。由于事件相关电位是刺激事件引起的脑电 真实的实时波形，具有很高的时间分辨率，甚至达到微秒级，这一特点得到了 心理学研究者的广泛关注，于是研究者结合序列学习与时间密切相关的特点，将 其应用到了序列学习的研究中，取得了许多可喜的成果。下面将系统介绍序列 一些学习的e r p 研究。 以往研究在数据收集与处理方面，主要采用反应时和正确率为指标，不能 明确的反映出具体的心里活动以及大脑的反映情况。想对短期时序记忆的心理 和神经机制有一个深刻全面的了解，仅仅通过这种行为研究的方式还远远不够。 脑成像技术的产生与应用提供了研究短期时序记忆的新途径。 1 5 2 本研究的目的 在本研究中，采用汉语双字词为实验材料，将行为学实验与e r p 实验结合 起来，目的在于： ( 1 ) 探讨短期时序记忆和短期非时序记忆的加工方式； ( 2 ) 探讨短期时序记忆加工过程中靶刺激在序列项目中的位置间隔对短 期时序记忆的影响，是否存在系列位置效应； ( 3 )比较不同记忆容量的短期时序记忆的e r p 成分的差异以及参与的脑 区： ( 4 )探讨短期时序记忆加工过程和短期非时序记忆加工过程的e r p 成分 的差异以及参与的脑区。 第1 章绪论 1 5 3 本研究的创新点 本研究的创新点在于： ( 1 ) 运用事件相关电位技术探讨了汉语双字词的短期时序记忆加工过程。 ( 2 ) 探讨了短期时序记忆加工过程诱发的特异性e r p 成分及脑区分布。 ( 3 ) 为认知神经心理学提供新的实验范式。 1 6 本研究的意义 短期时序记忆是工作记忆的一种，它对从一般的知识获取到推理都起到了 重要作用。以国际w i c 研究院的研究课题为例，归纳推理、演绎推理、学习稳 定性、决策、问题求解的神经科学基础研究都直接或间接地与记忆，特别是短 期时序记忆有关。短期时序记忆是直接与人类推理工作相关的研究内容，短时 记忆的脑机制研究将为归纳推理、演绎推理的研究提供参考。因此，短期时序 记忆的研究在“以思维为中心的脑信息学”研究中有基础性的作用。 未来智能软件设计的目标之一是使计算机能模拟人类的思维和行为方式。 探索和认识人脑的记忆原理是实现人工智能的重要一环，也是电脑模拟或实现 人脑智能的必经之路。短期时序记忆在人机交互中具有重要的作用，比如输入 密码时，我们不仅需要记住符号本身，还要记住符号的排列的先后顺序：使用 列表时，只有熟悉选项的位置，才能高效地进行选择。短期时序记忆帮助我们 对信息进行组织与定位。b e c k ( 1 9 8 9 ) 在研究列表浏览与提取时发现1 3 7 l ：被试对 于列表顺序越熟悉，提取效率越高。许多促进时序记忆的序列特征如分组， 同样有助于列表的提取效率。 随着计算机的高速发展，人工智能技术及其应用也得到了空前的发展，在诸 多影响因素中，存储技术起了十分关键的作用，然而在检索速度，存储容量等方面， 远未达到人类记忆的水平，目前关于记忆的研究仍处在初始阶段，那么弄清楚记 忆特别是对时序记忆的加工过程研究是真正意义上的智能计算机的实现的一个 重要环节。 1 7 本研究的主要内容 论文包括绪论、正文和结论三部分。文共分四章，具体章节安排如下： 绪论部分简要介绍了短期时序记忆的概念、研究意义以及本研究的目的和 创新点，并对短期时序记忆在国内外的研究现状进行了分析。 正文部分设计行为实验和事件相关电位实验来对短期时序记忆的加工机制 北京t 业人学下学硕i j 学1 移论义 进行研究。本章包括实验目的，被试选取以及实验设计与方法。并对实验结果 进行了详细的分析和讨论。 结论部分给出了主要的研究结论，并针对本研究的不足之处对下一步研究 提出了设想。 8 第2 幸行为实验研究 2 1 实验目的 第2 章行为实验研究 短期时序记忆不但要记忆项目本身，同时还具有顺序、位置、间隔等属性， 属于短期记忆或工作记忆的范畴。本文采用对项目进行时序判断的方法考察短 期时序记忆的加工方式，同时也考察短期时序记忆过程中是否存在系列位置效 应。 2 2 实验设计与方法 2 2 1 被试 3 0 名大学生被试( 男1 7 人，女1 3 人，平均年龄2 4 5 岁) ，裸眼或矫正视 力均在5 o 以上，均为右利手，既往无神经疾病和心理疾病，以汉语为母语。 所有被试均没有参加过类似的心理学实验，实验后获取一定报酬。 2 2 2 实验仪器和软件工具 本实验采用心理学实验专用刺激呈现软件e p r i m e1 0 编写并呈现刺激材 料，同时记录相关的反应指标；采用o f f i c e e x c e l 2 0 0 3 软件的数据分析功能对 实验数据进行统计分析。 2 2 3 实验材料与设计 实验材料：以汉语双字词为实验材料。这些双字词均选自现代汉语频率 词典( 1 9 8 6 ) 的“频率最高的前8 0 0 0 个词词表”，均为常见名词，中性特征， 语义没有明显关联。 实验设计：采用两因素组内实验设计，两因素分别为记忆容量( 5 个项目、7 个项目) 、任务类型( 短期时序记忆、短期非时序记忆) 。共设计了4 组实验任务， 分别为5 个项目的短期时序记忆任务、5 个项目的短期非时序记忆任务、7 个项 目的短期时序记忆任务和7 个项目的短期非时序记忆任务。实验顺序在被试问 进行平衡。 短期时序记忆任务中靶刺激( 即目标刺激) 的两个项目均来自之前呈现的 北京t 业人学t 学硕i j 学位论文 序列中，且两个项目在呈现序列中的位置间隔分别为o 、1 、2 和3 ，每种间隔 的t r i a l s 均设计了1 6 个。对于短期非时序记忆任务，其中3 2 个t r i a l s 中的靶刺 激来自之前呈现序列中，其余t r i a l s 中的靶刺激的两个项目有且只有一个项目 来自之前呈现序列中，另一个为新词。 2 2 4 刺激呈现 所有实验任务均在p c 机上完成，在实验机器中载入采用心理学实验专用刺 激呈现软件e p r i m el 。0 编写好的程序。被试的眼睛距离屏幕中心6 0 c m ，显示 器分辩率为1 0 2 4 x 7 6 8 像素，屏幕刷新率为7 5 h z 。背景为黑色，刺激为白色。 双字词刺激依次呈现在屏幕中央，字体为宋体，字号为7 2 p t 。每组实验的t r i a l s 均以随机的形式呈现，刺激呈现过程见图2 1 。 图2 一l行为实验的刺激呈现过程 f i g 2 1p a r a d i g mo fs t i m u l ip r e s e n t a t i o nf o rb e h a v i o re x p e r i m e n t 2 。2 。5 实验步骤 本实验在实验室中采用个别施测的方法进行。该实验室具有隔音的功能， 可以确保实验在比较安静、舒适的环境中进行。实验室还设置了合适的光源， 以避免被试在执行实验任务的过程中因光线暗淡而容易引起眼睛的疲劳。实验 步骤如下： 第一步，让被试熟悉实验室环境，向被试介绍实验的设备以及使用时的相 关注意事项。 第二步，实验开始前，要求被试端坐显示屏前的椅子上，距离为6 0 c m ；将 第2 荦行为实验珂f 冗 右手放在小键盘上，食指放在数字键“l ”上面，中指放在数字键“2 ”上面。 第三步，向被试介绍实验流程以及具体要求，在被试确认理解实验任务及 流程的前提下进行实验练习。 第四步，开始正式实验。每组实验结束后，均要求被试休息5 分钟以上， 以消除被试由于过度疲劳引起的对下一组实验的影响。 实验过程中要求被试清醒睁眼，积极配合完成实验。 时序记忆任务的指导语是：这是一个关于记忆的实验，任务开始时，屏幕 中央会出现“+ ”提示符，请集中注意力注视“+ ”，“+ ”消失后，屏幕中央 依次呈现5 个( 7 个) 项目序列，接着呈现靶刺激( 即两个项目的判断任务) ， 如果这两个项目的排列顺序符合刚刚呈现的项目序列的先后顺序，则尽可能快 地按“l ”键；否则，尽可能快的按“2 ”键；接着呈现“号提示符，此时 您可以休息片刻，紧接着会出现“+ ”提示符，开始下一个实验任务。如果对 实验任务和要求没有其他疑问，请集中注意力认真完成任务。下面我们将开始 正式实验。 非时序记忆任务的指导语是：这是一个关于记忆的实验，任务开始时，屏 幕中央会出现“+ ”提示符，请集中注意力注视“+ ，“+ ”消失后，屏幕中 央依次呈现5 个( 7 个) 项目序列，接着呈现靶刺激( 即两个项目的判断任务) ， 如果这两个项目均出现在刚刚呈现的项目序列中，则尽可能快地按“l ”键；否 则，尽可能快的按“2 ”键；接着呈现“ 号提示符，此时您可以休息片刻， 紧接着会出现“+ ”提示符，开始下一个实验任务。如果对实验任务和要求没 有其他疑问，请集中注意力认真完成任务。下面我们将开始正式实验。 2 2 6 行为数据分析的指标 在短时系列记t l ( s h o r tt e r ms e r i a lm e m o r y ) 的认知心理学研究中，对记忆成绩 的评定常用的是记忆广度( m e m o r ys p a n ) 、保存分数( s a v i n gs c o r e ，用项目数或 百分比表示) 或正确率( 回忆率，r e c a l lp r o b a b i l i t y ) 3 8 1 1 3 9 1 。 本实验的统计分析主要采用以下指标： ( 1 ) 正确率：是心理学行为实验研究中常用的指标，是指被试作出正确反 应的百分数。 ( 2 ) 反应时：是心理学研究中一个十分重要的指标，基于反应时的测量技 术是信息加工心理学的主要研究方法和技术之一。它为探讨不能直接观察到的 心理过程提供了一个有效的测量方法。反应时是指从刺激呈现到有机体接受刺 激并做出外显应答之间的时间间隔，即从被试接受刺激到做出反应之间的潜伏 期( 1 a t e n c y ) ，包括感知、认识、反应选择和反应执行等过程所要花费的时间。 北京t 业大学t 学硕f 学位论文 被试的这段反应时间可以作为刺激在大脑内的认知加工过程。 2 2 7 行为实验数据分析 在进行行为实验指标分析时，错误答案一半以上的被试数据将被剔除。经 合理筛选后，最后对3 0 人实验数据进行统计