工作记忆与情景记忆的相互作用郭春彦 刘荣.docx

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工作记忆与情景记忆的相互作用郭春彦刘荣

工作记忆与情景记忆的相互作用（郭春彦刘荣）

【摘要】 虽然Baddeley的工作记忆模型得到大量实验研究的支持，但是有关工作记忆和长时记忆之间的关系未能得到详细阐述。

来自神经心理学的证据表明，工作记忆与情景长时记忆任务均诱发了前额区的激活，但同时发现前额区存在不同的功能分区，可能在工作记忆与情景记忆过程中具有独立的执行功能。

工作记忆与情景记忆的相互作用是当前记忆研究关注的问题。

已有研究发现，在情景记忆对工作记忆的作用过程中，时间进程与头皮分布均显示了年龄效应与材料加工特点。

而工作记忆对情景记忆的作用中，则发现工作记忆早期加工可能对情景记忆的成功形成有更大促进作用。

今后的研究应在理论模型支持下，利用多种技术手段探讨两种记忆相互作用的神经加工机制。

   【关键词】 工作记忆，情景长时记忆，前额区，年龄效应，材料特异性。

   1理论模型来源：

记忆三级加工模型与工作记忆模型

   工作记忆是对信息的短暂保持，具有对信息的保持、刷新及转换等功能[1,2]，对言语、推理等高级认知功能具有极为重要的作用。

情景记忆属于长时记忆系统，是个体对以往事件的累积性记忆（cumulativememory）[3]。

对于两者关系的探讨是近年来认知心理学家所关注的主题。

   在理论框架上阐述工作记忆与情景长时记忆的关系，首先要提及Atkinson与Shiffrin的记忆三级加工模型[4]。

该记忆模型中包含一个独立的能量有限的短时记忆系统，感觉信息通过感觉登记器进入容量有限、暂时储存的短时贮存系统，通过复述过程将短时储存中的信息“转移”进入容量无限的长时储存系统。

该模型的基本假设是，长时记忆是材料在短时记忆中保持时间长度的直接函数[5]。

但是一些研究表明，短时记忆中信息保持时间的长短与信息进入长时记忆没有必然联系。

另外，神经心理学的研究结果发现，短时记忆有缺陷的病人在长时学习上没有受损[6]，这种现象用记忆的三级加工模型无法解释。

基于上述疑问，Baddeley等人提出了工作记忆模型[2]。

工作记忆模型认为短时记忆不是单一系统，它是由很多独立成分组成的复杂系统，包括视觉空间模版、语音环和中央执行系统三个部分。

其中，中央执行系统是工作记忆的核心，具有信息控制、转换、监控等作用。

作为对三系统概念的补充，Baddeley又提出了情景缓冲器概念[7]，这是用于保存不同信息加工结果的次级记忆系统，在中枢执行系统的控制之下保持加工后的信息，支持后续的加工操作。

由此，形成了新的工作记忆模型。

   从信息加工的观点来看，长时记忆是相对于感觉记忆和短时记忆而言。

认知心理学研究中，长时记忆不再被看成单一的实体，而被分为不同的类型或系统，如情景记忆和语义记忆，表象系统和言语系统等。

如果说工作记忆概念取代了短时记忆，在三级加工模型基础上形成了工作记忆模型，则探讨工作记忆与长时记忆之间的关系就成为必然的研究主题。

   2来自神经心理学的证据：

前额区在工作记忆与情景记忆任务中的激活

   以往的PET和fMRI研究[8,9]结果揭示，工作记忆和情景记忆任务所激活的脑区具有重叠性，主要是前额皮层（prefrontalcortex,PFC）的激活，包括双侧前额叶腹外侧区域（bilateralventrolateralprefrontalregions）、前额叶背外侧区域（dorsolateralprefrontalregions）、左侧额中回前部（leftanteriormiddlefrontalgyrus）等。

前额皮层对情景记忆和工作记忆的重要性还表现在对病人的研究中，额叶病变病人出现了策略性加工障碍，情景记忆受损[10]。

且有证据表明情景记忆缺损具有材料特异性，左额叶病变病人在言语材料上具有不同程度的损伤，右额叶病变病人的这类损伤则表现在非言语材料的记忆上[11]。

同样，工作记忆研究也发现类似现象，额叶病变引起了工作记忆的受损[12]。

在工作记忆与情景记忆任务中激活脑区的重叠意味着，在神经机制上两种记忆存在密切联系[13]，是否上述两种记忆是由相同脑区所支配？

   有研究发现，尽管脑区分布具有很大相似性，但在额区中存在不同的功能区域，这些分区域可能在工作记忆和情景记忆任务中具有独立执行功能。

如前额叶的前部区域（anteriorPFC）只在情景记忆提取任务期间被激活[14,15]，具体地，右前额叶皮层背外侧区（rightdorsolateralprefrontalcortex）和右前额叶皮层前部（rightanteriorprefrontalcortex）在情景提取中有激活[16]，这些激活倾向于右侧区域，但也有实验报告左前部前额叶的激活，因此，常认为前额叶前部活动很大程度上体现了情景记忆的提取过程。

有少数研究直接比较了工作记忆和情景记忆任务诱发的脑区活动，其实验结果并不一致。

Braver等人[17]的fMRI结果显示，在执行工作记忆和情景记忆任务时，前额叶皮层腹外侧区（ventrolateralPFC）都被激活；前额叶皮层背外侧区和前部（dorsolateralandanteriorPFC）在工作记忆任务中有选择性的被激活，情景记忆任务则没有类似激活。

Cabeza等人的实验结果[9]与Braver不同，他们报告在情景记忆提取中前额叶前部、背外侧和部分腹外侧（anterior,dorsolateral,andpartsofventrolateralPFC）的激活明显比工作记忆要大。

以上矛盾的结果可能源于研究者采用的不同实验范式，Braver等人使用的2-back工作记忆任务和yes-no情景记忆任务体现了个体对刺激的“刷新水平”，而Cabeza等人使用的“延迟匹配”工作记忆任务和“记住-知道-新的”情景记忆任务则更注重被试对情景细节的记忆。

由此而来的实验结果差异可能反映出个体反省程度的差异，没有充分反映出两种记忆自身性质。

   工作记忆和情景记忆的脑区重合及分离表明，两种记忆的神经机制特征尚未得到解决，尤其是，两种记忆加工过程是否相互作用，以及如何相互作用等问题知之甚少；情景记忆中的已有知识经验对当前工作记忆过程的影响有何特点；执行工作记忆任务时，不同的条件刺激又会如何影响情景记忆的形成等，上述问题都有待于探讨。

   3研究焦点：

情景记忆与工作记忆的相互作用

   大量来自神经心理学研究的数据支持了Baddeley和Hitch的工作记忆多成分模型。

近几年该模型经几次修订并有所扩展，但是有关工作记忆和长时记忆的关系则一直没有详细的表述。

   3.1工作记忆在信息感知输入与长时记忆之间的角色

   对于上述问题有两种观点[18]。

第一，工作记忆是感知输入与长时记忆之间的通路。

证据来自具有语音储存缺陷的大脑损伤病人的研究，发现病人仍然具有正常的长时言语学习，说明虽然语音储存受到损伤，但是中央执行系统和视空间模版仍然在长时记忆学习中起作用。

另外，具有严重情景记忆障碍但是语音储存完整的某些病人表现出对新单词的正常的长时语音的过去。

这表明新单词的语音形式的长时获取要求语音储存的整合。

   第二种观点的提出者是Logie，他认为工作记忆在感知输入与长时记忆之间是作为一个工作空间进行操作的。

这个观点的核心是对以往知识和学习的获取在信息被工作记忆应用之前就已经发生。

换句话说，新近呈现给感知系统的信息可能激活了长时记忆痕迹，再被工作记忆中的各个成分所利用。

即工作记忆可能代表了长时记忆表征的选择性激活[19]。

这种观点的支持证据来自短时记忆任务中的长时记忆效应。

在记忆广度任务中，研究者发现单词的记忆广度成绩好于非单词，说明语音环是以识记者语音经验为基础的系统，该系统本身也反映了长时记忆。

其它研究[20]也显示，相比包含低频项目的单词列，个体对包含高频项目的单词列的及时序列回忆成绩具有显著优势。

显然，词汇或语义信息可能对记忆广度具有作用。

   从工作记忆在感知输入与长时记忆之间充当的角色可以看出，工作记忆与长时记忆关系密切，相互影响、相互作用，但是两者具体交互作用过程中的神经加工机制尚不清晰。

   3.2情景记忆如何影响工作记忆

   利用中央执行系统概念是探讨情景记忆对工作记忆影响的重要方法之一。

中央执行系统是工作记忆模型的核心系统，该系统能从工作记忆子系统和暂时激活的长时记忆成分中进行编码和提取信息，具有对各种信息的控制操作、刷新及信息间的转换等功能，对情景记忆中各类信息的“在线”提取与操作也主要在此系统中完成。

因此引发一个疑问，已经形成的情景记忆或已经贮存在情景记忆中的经验是如何影响（或作用于）工作记忆的。

从近期神经成像研究结果，我们能看到某些结论。

姜扬等人的事件相关fMRI研究[21]发现，大脑额叶皮层（frontalcortes）对区分靶项目与干扰项目起重要作用，而以外纹区（extrastriatevisualcortes）为主的区域与靶或干扰项目的重复效应相联系。

在要求个体完成不同工作记忆任务时，已学习的、在情景长时记忆中贮存的熟悉客体既可以诱发增强的神经反应，也可以诱发衰减的神经反应，主要取决于当时的工作记忆状态。

这两种不同的大脑神经机制共同参与，更有效地完成工作记忆任务，即对当前相关客体的有效再认和对非相关干扰的拒绝。

某些研究显示[22]，工作记忆与情景记忆中额区活动具有年龄差异。

我们最近完成的一系列事件相关电位实验得到了类似结论。

对于青年人（18~28岁），贮存在情景记忆中的熟悉客体与新客体相比，两者同时为靶、或同时为分心物时的大脑神经机制具有差异，特别表现在时间进程上[23]。

对新客体的加工比情景记忆中熟悉客体的加工提前50ms；熟悉客体和新客体的差异体现在中央区（图2）。

实验表明，熟悉客体与新客体在工作记忆过程中具有不同神经加工特征，暗示了情景记忆中的知识经验对工作记忆加工的影响。

   使用同样实验范式，老人（65~75岁）、儿童（12~13岁）的研究结果与青年人既有一致性又有所区别。

儿童的实验结果表明，新客体潜伏期比熟悉客体有所提前，但不如青年人显著。

相比熟悉客体，新客体的工作记忆在ERPs波形上表现出更正走向，这种大脑活动主要发生在额区-中央区（图3），在脑区分布上比青年人更多的额区定位。

与青年人类似，儿童也表现出靶与分心物的新/旧效应（图5），不同的是，儿童在分心物上的新/旧效应分为两部分：

150~350ms的额区新/旧效应，以及350~550ms的顶区新/旧效应（图5右），青年人则只显示了脑区后部的新/旧效应。

另外，儿童在新靶加工上出现P3a成分（图5左），这个加工特征在青年人中没有发现。

老人对靶、分心物加工的头皮分布有向中央区靠近的趋势，工作记忆加工的头皮定位类似于青年人（图4），不同的是，老人在对靶加工上，储存在情景记忆的熟悉客体与新客体在定位和时程上基本相同，两分心物在顶枕区略有差异。

比较不同年龄人群的实验结果（图2~4），儿童与青年人在执行工作记忆任务时，对熟悉客体和新客体表现出类似的加工特征，老年人则无法很好的区分两者差异，暗示情景记忆对工作记忆的作用受到老龄化的影响。

三个年龄组在分心物上均显示出典型的新/旧效应，青年人和老年人类似，体现在脑区后部，儿童则在不同时程上分别表现出额区新/旧效应和顶区新/旧效应。

这更证实了熟悉客体与新客体的加工具有年龄效应，暗示长时记忆信息对工作记忆的作用具有年龄差异。

    功能性神经成像研究揭示，工作记忆与情景记忆加工具有材料特异性。

情景记忆的相关研究[24]结果表明，左前额叶皮层下部（leftinferiorprefrontalcortex）在言语记忆条件下有更多激活，而右前额叶皮层下部（rightinferiorprefrontalcortices）在视觉空间记忆条件下有更多激活。

与此相比，前额叶皮层前部背外侧区（dorsolateralanteriorprefrontalcortices）的活动则不依赖于材料性质。

有研究者认为情景记忆研究中显示的这种材料特异性可能反映了具有材料特异性功能的工作记忆的作用，即工作记忆对特定事件特征的获取、保持和评价的作用。

Braver使用两种不同类型的刺激材料（熟悉单词，不熟悉面孔），探讨了工作记忆和长时记忆的激活脑区，在两种任务中，单侧前额叶皮层腹外侧区（lateralizedventrolateralPFC）均表现出材料特异性[9]。

为了探讨情景记忆对工作记忆的作用是否具有材料特异性，我们利用与先前相同的实验范式，分别使用汉字与图片材料对青年人进行研究。

实验初步结果显示，图片和汉字的ERPs波形略有差异，且在时间进程上不同。

对于图片，熟悉客体与新客体的工作记忆加工时间都早于汉字；对于汉字，无论熟悉客体还是新客体，其加工时间明显比图片短。

从地形图观察，图片和汉字的脑区分布相似，熟悉客体与新客体工作记忆都体现在中央区。

显然，储存于情景长时记忆中的经验作用于工作记忆的过程中也具有材料差异。

   在D’Esposito等人的工作记忆研究[14]中发现，同时执行双任务时，前额叶背侧中部（mid-dorsalprefrontalcortex）区域被激活，而分别执行双任务时并没激活相似区域，显然前额叶背侧中部区域具有执行调节控制的作用。

我们近期的一项研究欲探讨在工作记忆负荷发生变化的条件下，情景记忆对工作记忆的影响，行为实验与ERPs实验正在进行中。

   3.3工作记忆如何作用于情景记忆

   正如已有研究所显示，特定的额叶区域在情景记忆和工作记忆任务中都有激活，有研究者[24,25]对此提出如下可能性：

情景记忆任务中的额叶激活反映的是参与情景学习与记忆的工作记忆的加工活动。

情景记忆任务中的前额叶皮层下部（inferiorprefrontalcortices）活动的材料特异性，可能反映了与材料有关的工作记忆的加工过程；而背外侧（dorsolateral）和前部前额叶皮层（anteriorprefrontalcortices）活动的非材料特异性，则可能是材料非特异性的工作记忆加工的体现。

于是，有关工作记忆对长时记忆影响的问题得到研究人员进一步的关注。

   在检验工作记忆对长时记忆的作用中，通常有两种角度的研究，一种是将工作记忆保持作为单一的整体过程，另一种是将工作记忆保持分为早期与晚期两个阶段。

   第一种角度的研究结果发现，前额叶皮层腹外侧区（PFC）（ventrolateralsubregions,BA44、45和47）最有可能是工作记忆保持和长时记忆编码过程相互影响的区域。

一些研究者[3]认为，前额叶皮层腹外侧区（ventrolateralprefrontalregions）可能通过作用于工作记忆过程进而促进长时记忆的成功形成。

Johnson等[22]比较关注工作记忆的刷新功能，在一项行为实验中探讨了刷新操作对长时记忆作用中的老龄化问题。

实验采用学习—再认范式，学习阶段被试快速阅读视觉呈现的无关联的单词序列，长时记忆再认阶段让被试进行单词的新旧判断。

结果表明在刷新任务上有年龄效应，老人比青年人费时较长，而且老人的刷新操作对随后的长时再认记忆的促进作用较小。

之后，Raye等[26]使用fMRI技术探讨了青年人的刷新加工过程，发现左前额叶皮层背外侧区（leftdorsolateralprefrontalcortex）在刷新序列上有更大激活，而且该区域的活动在随后再认成功的项目上更大，显然刷新操作涉及的脑区影响了长时记忆成绩。

   从第二种角度入手的研究者认为工作记忆保持可能分两个阶段的操作[27,28]。

在早期阶段，允许个体将刺激的感知表征转化为内部代码，这种内部代码在外部刺激消失时仍可以保持；工作记忆保持的晚期阶段则可能是自动化的加工过程。

某一个研究[28]结果表明，与工作记忆保持晚期阶段相比，早期阶段加工或多或少地促进了长时记忆的形成。

Ranganath等人的fMRI结果表明[3]，在工作记忆保持的早期阶段，前额叶皮层背外侧和海马（dorsolateralprefrontalcortexandhippocampus）的活动能预测随后的情景长时记忆表现；对早期阶段的加工进行干扰，影响了情景长时记忆的形成，而对晚期阶段的干扰则没有显著作用。

由此可见，工作记忆保持的“早期”与“晚期”阶段的加工可能具有本质区别，早期阶段的加工能直接影响情景长时记忆的成功形成，并且该效应通过包括前额叶皮层的背外侧和海马在内的神经网络进行调节。

显然，工作记忆保持的两阶段加工的区分能更明确地评价工作记忆与长时记忆之间的关系。

   目前为止，有关工作记忆与长时记忆之间功能联系的研究尚处于探讨阶段，工作记忆在长时记忆形成中的具体作用还在不断争论中，未来的研究需要在已有理论框架支持下，结合多种技术手段，检验工作记忆对长时记忆作用过程中控制操作的空间与时间特性，这对明确两种记忆相互作用的神经机制具有重要意义。

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　作者：

郭春彦刘荣