從ERP研究看前瞻記憶的神經基礎和認知加工機制

摘 要 關于前瞻記憶的ERP研究主要關注兩個方面：神經基礎和認知加工機制，神經基礎方面的研究發現：前瞻記憶誘發了兩種特異性的ERP成分——N300和前瞻性正波；前瞻記憶與回溯性記憶的神經基礎有相似又有不同；老年人的前瞻記憶可能存在一種不同于年輕人的神經機制，認知加工機制方面的研究主要為前瞻記憶的預備注意加工和記憶加工理論提供了ERP方面的證據支持。

關鍵詞 前瞻記憶；ERP；神經基礎；認知加工機制

分類號 B842

1 引言

前瞻記憶(prospective memory)指的是對將來在適當時機完成某項活動的記憶，其加工過程包括：形成計劃，保持計劃，在適當的時候執行計劃，以及評價執行結果(王青，楊玉芳，2003)。它是相對于回溯性記憶(retrospective memory)提出來的，回溯性記憶就是我們常說的記憶，指的是對過去已經發生的事情或者行為的記憶。以往的大多數研究主要關注的是回溯性記憶。然而在現實生活中，有50％～80％的日常記憶障礙是前瞻記憶障礙(KliegeMartin，2003)。正常的前瞻記憶是人們進行正常的生活、學習和工作的重要保證。

心理學對前瞻記憶的研究可以認為是從Loflus(1971)開始的(引自王青，楊玉芳，2003)，大多是行為研究(cZ，EinsteinMcdaniel，1992；Maylor，1996；Ydewalle，Luwel，Brunfaut，1999)對其神經機制的研究較少，近年來，隨著認知神經科學研究技術的迅速發展，越來越多的研究者開始運用事件相關電位(event-related potential，ERP)技術宋研究前瞻記憶的神經機制。基于頭皮腦電的事件相關電位可以在更為精確的時間分辨率(毫秒級)下研究腦皮層的活動，可以幫助我們進一步精細的了解前瞻記憶各個加工過程所涉及的神經活動，也可以為證實和修正前瞻記憶的各種認知模型提供進一步的證據。

目前，前瞻記憶的ERP研究報告主要見于美國圣母大學(University of Notre Dame)心理學系Robe~West及其合作者的研究。他們從2001年發表第一篇前瞻記憶的ERP文章以來，一直致力于利用ERP技術來研究前瞻記憶，研究范圍涉及神經基礎、認知加工機制等不同方面，本文對他們的研究進行綜述，以期梳理目前業內前瞻記憶ERP研究的主要脈絡，對今后更進一步研究前瞻記憶有所幫助。

2 從ERP研究的角度看前瞻記憶的神經基礎

2.1 前瞻記憶的特異性ERP成分——N300與前瞻性正波

采用ERP技術研究前瞻記憶的神經基礎，主要聚焦于對事件性前瞻記憶所誘發的ERP成分的識別。并且確定這些成分所代表的心理意義。事件性前瞻記憶(event-based prospective memory)指的是當某個特定的靶線索出現時記得執行某個行為的記憶(EinsteinMcdaniel，1992)。 事件性前瞻記憶的實驗室研究方法通常是，要求被試在忙于操作進行中任務的同時，在靶線索出現時，完成前瞻記憶任務(如，在做語義相關判斷任務的時候，遇到動物名詞時，做前瞻記憶任務)。這里的“進行中任務”(ongom，g task)指的是在前瞻記憶計劃保持階段，被試所進行的與前瞻記憶任務無關的其他任務(El‘nstelnMcdaniel，1990)。West，Herndon和Crewdson(2001b)以英文詞作為材料，要求被試在進行語義相關判斷任務(詞以小寫字母形式呈現，兩詞語義相關按“Y”鍵，無關按“N”鍵)的同時，對出現的靶線索(以大寫字母形式呈現的詞)做前瞻記憶任務(如，當在執行語義相關判斷任務的時候，出現\"CHICAGO'’時，按“V”鍵)。結果發現，相對語義相關判斷任務而言，前瞻記憶任務在枕頂區誘發更負的N300， 在頂區誘發更正的前瞻性正波(prospect~ve positivity)。該研究首次采用ERP技術來研究前瞻記憶，并且發現了與前瞻記憶任務相關的兩種重要的ERP成分--N300和前瞻性正波。West和他的合作者在以后很多前瞻記憶的ERP研究中都發現了N300和前瞻性正波這兩種與前瞻記憶有關的特異性ERP成分(WestWymbs，2004；WestBowry，2005a；WestKrompinger，2005b；West，Bowry，Krompinger，2006)。

N300是前瞻記憶任務中靶線索出現后300-500ms在枕頂區出現的負波(West ct a!。，2001b)，并且相對于前瞻記憶漏報和進行中任務而言，前瞻記憶擊中所誘發的N300的振幅最大(WestRoss-Munroe，2002)。N300在時程和形態上與N2非常相似。Hillyard和Anllo-Vento(1998)的研究認為，目標刺激顯著的知覺特征誘發了N2成分(引自魏景漢，羅躍嘉，2002)，而West他們認為N300反映的是前瞻記憶任務中對靶線索的覺察，West，Hemdon和Crewdson(2001b)在實驗中討論了N300與N2的異同。實驗分為前后兩部分，在前半部分，只要求被試進行語義相關判斷，忽略靶線索(遇到靶線索，照樣做語義相關判斷)，在后半部分，要求被試在進行語義相關判斷任務的同時，遇到靶線索進行前瞻記憶任務。結果發現：左半球，前后兩部分實驗所出現的N300沒有顯著差異，這可能反映的是對靶線索的知覺特征的加工，其意義與N2成分相似，而在右半球，實驗后半部分所出現的N300比前半部分所出現的更負。這說明右半球的N300是不同于N2的一種成分，它是在前瞻記憶任務條件下出現的，反映了前瞻記憶任務中對靶線索的覺察(West et al，2001b)，具備一定的特異性，

前瞻性正波是靶線索出現之后400ms-1200ms之間出現的正波，廣泛分布在中央區、頂區、枕區(West ct a1，，2001b)，并且前瞻記憶擊中比漏報的前瞻性正波更正(WestKrompinge~2005b)，前瞻性正波和P3成分在腦區分布和形態上很相似，P3是較早發現的內源性ERP成分，主要與人在從事某一任務時的認知活如：注意、辨別及工作記憶有關(魏景漢，羅躍嘉，2002)，West等人(2006)在他們的研究中試圖比較前瞻性正波和P]成分的異同，以確定前瞻性正波的心理意義。West等人(2006)要求被試在進行N-back任務(1。back、2-back、3-back)的同時還操作前瞻記憶任務。結果發現，N-back任務所誘發的P3成分受到N-back任務負載的影響，這與以往的研究(Gevins et al。，1996)是一致的，而前瞻記憶任務所誘發的前瞻性正波的振幅則不受N-back任務負載的影響。這表明前瞻性正波是不同于P3成分的一種ERP成分。West等人(2001b，2005a，2006)認為前瞻性正波是在前瞻記憶條件下才產生的，這種成分反映了計劃提取之后的加工過程。

2.2 前瞻記，億與回溯性記憶的神經聯系

如前所述，West等人(2001b，2005a，2006)認為N300和前瞻性正波是在前瞻記憶條件下才出現的ERP成分，N300反映了對靶線索的覺察，前瞻性正波反映了計劃提取之后的加工過程。這是否表明前瞻記憶的神經基礎不同于回溯性記憶呢?West和Krompinger(2005b)在一個ERP研究中同時考察了前瞻記憶和回溯性記憶，對二者進行了直接比較，進一步明確前瞻記憶的神經基礎。

該研究分為兩個實驗，實驗一主要考察再認與前瞻記憶的神經聯系，實驗二主要考察線索回憶與前瞻記憶的神經聯系。實驗一分為3個階段：編碼階段，給被試呈現前瞻記憶的靶線索詞以及再認的目標詞；前瞻記憶任務階段，要求被試在做語義相關判斷任務的同時，遇到前瞻記憶的靶線索做前瞻記憶任務；再認階段，要求被試對之前所學的再認目標詞進行迫選再認判斷。實驗二也分為3個階段：編碼階段，同時呈現詞和字母，詞是前瞻記憶的靶線索詞或線索回憶的目標詞，字母則代表相應的字母鍵：前瞻記憶任務階段，要求被試在做語義相關判斷任務的同時。遇到前瞻記憶的靶線索詞，按對應的字母鍵；線索回憶階段，要求被試在看到編碼時所學的目標詞時，按相應的字母鍵。

行為結果發現：實驗一中，再認的正確率顯著比前瞻記憶的正確率高，反應時沒有顯著差異實驗二中，線索回憶的正確率和反應時都顯著好于前瞻記憶，ERP的數據結果發現：在實驗一中，再認擊中和前瞻記憶擊中都在頂區出現了新舊效應，即舊詞比新詞所誘發的ERP波形更正(DonaldsonRugg，1998；RuggNagy，1989；Rugg ct al，，1998)，而在實驗二中，線索回憶擊中和前瞻記憶擊中都在中央區、頂區出現了慢波，該慢波在時程和形態上與以往線索回憶研究中所出現的慢波高度一致(AllanRugg，1998)。這說明前瞻記憶與回溯性記憶有一定的聯系，它們在對先前情節的提取加工上所涉及的神經過程是相似的。更重要的是，該研究還發現了前瞻記憶與回溯性記憶在ERP結果上的差異。相對再認擊中和線索回憶擊中而言，前瞻記憶擊中所誘發的N300更負，并且只有前瞻記憶任務在頂區誘發了前瞻性正波。這進一步證實了N300和前瞻性正波這兩種前瞻記憶的特異性波形的存在，說明線索覺察和計劃的延遲提取是前瞻記憶有別于回溯性記憶的獨立的加工過程，同時也說明前瞻記憶和回溯性記憶存在不同的神經基礎。

2.3 老年人前瞻記憶的神經基礎

老年人作為一個特殊的群體，其前瞻記憶能力一直備受關注。大量的行為研究發現，前瞻記憶中存在老化現象，即老年人的前瞻記憶成績顯著比年輕人低(Einstein，McDaniel，Manzi，Cochran，Baker，2000；McDanielEinstein，2003)。這種老化現象的出現。是否與老年人大腦功能的衰退有關?這是否提示老年人和年輕人的前瞻記憶存在不同的神經基礎?West他們采用ERP技術對老年人的前瞻記憶做了一系列研究，試圖了解造成這種老化現象背后的神經機制這些研究為我們更加全面的了解前瞻記憶的神經基礎提供了材料(WestCovell，2001a；West，Hemdon，Covell，2003；WestBowry，2005a)。

對老年人前瞻記憶的ERP研究主要是通過分析前瞻記憶任務所誘發的N300和前瞻性正波，宋考察年齡所影響的加工過程。West，Herndon和Covell(2003)的研究發現，在左半球年輕人和老年人的N300振幅是相似的，而右半球老年人的N300振幅小于年輕人，隨后的研究中也發現了類似的結果(WestBowry，2005a)。如前所述，右半球的N300反映了前瞻記憶任務中對靶線索的覺察(West ct a1。，2001b)，因此，West等人(2003)認為老年人右半球的N300振幅小于年輕人，可能是由于老年人集中注意力能力下降引起覺察靶線索困難導致的。年齡差異對前瞻性正波的影響比較復雜，不同的研究結果并沒有得出一致的結論。West和Covell(2001a)的研究發現，當前瞻記憶靶線索的知覺特征明顯時，相對于年輕人老年人的前瞻性正波振幅下降，West等人(2001a)認為這可能是由于前瞻性正波和P3成分的混合效應引起的，因為，以往的研究發現知覺特征突出的刺激容易誘發P3成分，且P3成分對老化過程非常敏感(Friedman，Kazmerski，Fabiani，1997)。而另一項研究則發現，年輕人和老年人的前瞻性正波的振幅相似(West ct a1，，2003)，可能是由于該研究中所采用的前瞻記憶靶線索的知覺特征不明顯，不容易引起強烈的P3成分，不會出現前瞻性正波與P3成分的混合效應。這些發現可能表明年齡差異對前瞻性正波的波幅影響相對較小。因此，我們可以認為，老年人與年輕人在前瞻記憶方面的差異可能主要是由于老年人對前瞻記憶靶線索的監控能力下降造成的。

3 West及同事的ERP研究對前瞻記憶的認知加工機制的探討

前瞻記憶的認知加工機制一直以來都是學者們爭論的焦點，到目前為止，還沒有形成一致的看法。West他們在研究前瞻記憶的神經基礎的同時，也努力采用ERP技術來探討其認知加工機制，試圖從ERP研究的角度證實和修正目前爭論不休的幾種認知模型觀點。

3.1 三種不同的認知模型觀點

目前，關于前瞻記憶的認知加工機制主要有三種不同的理論觀點：預備注意加工和記憶加工理論、自動激活理論以及多重加工理論。這些認知理論爭論的焦點在于前瞻記憶的加工過程是否需要策略監控，是否需要消耗認知資源。

預備注意加工和記憶加工理論(preparatoryattentional processes and memory processes theory，簡稱PAM)認為，前瞻記憶任務是一種非自動化的過程，當告知被試需要執行前瞻記憶任務時，即使靶線索尚未出現，被試仍會進行預備注意加工，這種監控過程需要消耗一定的認知資源，以確保監控到靶線索的出現，并且，靶線索出現之后的確認和對意向行為的提取同樣需要消耗認知資源(smith，2003；SmithBayen，2004)。

自動激活理論(spontaneous activation theory)認為前瞻記憶是由一種自發的聯想記憶系統來調節的，其提取在很大程度上是自動加工的過程。當接受前瞻記憶任務后，被試形成一個關于靶線索一行動的聯結，當這個聯結從工作記憶中消失后就處于一種特殊的閩下激活狀態，當靶線索出現時，這個聯結就提高到閾限以上進入意識，使被試注意到靶線索，并從靶線索一行動的路徑自動激活擴散，實現對先前意向(即前瞻記憶任務)的提取 (McDaniel，Robinson-Riegler，Einstein，1998)。一些行為研究的結果提示有些前瞻記憶任務可能以自動的方式執行，如在Einstein和McDaniel(Ⅱ990)的研究中發現，在實驗后被試報告前瞻記憶不是源于自我啟動策略，而是當靶線索出現時突然自動進入。opped into)意識之中。

多重加工理論(multiple retrieval processestheory)認為前瞻記憶提取可以依賴于控制加工過程，也可以依賴于相對自動化的加工過程，至于何時依賴于需要注意力資源的控制加工過程，何時依賴于相對自動化的加工過程，則取決于前瞻記憶任務的重要性、靶線索的性質、進行中任務的性質、計劃和個體差異等多種因素(McDanielEinstein，2000)。Meier，Zimmermann和Perrig(2006)在他們的行為研究中發現，在靶線索出現之前呈現啟動線索，增加了前瞻記憶任務中自動加工的成分，提高了前瞻記憶的成績；而在實驗之前告知被試前瞻記憶任務出現的具體的背景，則增加了被試對前瞻記憶任務的預期，增加了控制加工的成分，從而提高了前瞻記憶的成績。這個結果提示根據實驗條件的不同，前瞻記憶任務既可以依賴自動提取加工，也可以依賴策略監控加工。

3.2 West及同事的ERP研究證據

West等人(2006)采用ERP技術，以英文字母為實驗材料，N-back任務為進行中任務，考察進行中任務的難度是否影響前瞻記憶，結果發現，相對于1，back條件，3-back條件下的前瞻記憶任務的反應時沒有差異，而3一back條件下誘發的N300減弱，前瞻性正波則沒有顯著差異(West ctal，2006)。這說明增加進行中任務的難度影響了對靶線索的識別，即對靶線索的識別是監控加工的過程。需要消耗認知資源，支持了預備注意加工和記憶加工理論。

West(2007b)進一步考察了前瞻記憶任務的完成是否需要策略監控。該實驗分為兩個階段：編碼階段，要求被試對靶線索進行編碼；再認階段只要求對綠色的靶線索做前瞻記憶任務，對其他顏色的靶線索只做再認判斷。行為結果發現，有前瞻記憶任務嵌入的再認判斷的反應時比沒有前瞻記憶任務嵌入的再認判斷的反應時長，而ERP的結果發現：前瞻記憶漏報條件和再認條件都在頂區出現新舊效應(DonaldsonRugg，1998)，但是只有在前瞻記憶擊中的條件下，才出現N300和前瞻性正波。這些結果表明：N300所反映的對靶線索的覺察，前瞻性正波所反映的提取計劃內容之后的加工活動，都需要策略監控，也支持預備注意加工和記憶加工理論。

與此相似，West，McNemey和了ravers(2007a)進行了有前瞻記憶任務條件下和無前瞻記憶任務條件的比較研究，行為結果發現。相對于無前瞻記憶任務條件，有前瞻記憶任務條件下進行中任務的反應時更長，說明了在有前瞻記憶任務條件下需要策略監控。ERP的結果發現，只有在前瞻記憶擊中的條件下，才出現N300；并且前瞻性正波在擊中條件下比正確拒絕條件下更正。這些結果都支持前瞻記憶活動中需要策略監控加工的參與，支持預備注意加工和記憶加工理論。

可以看出，目前West等人(2006，2007a，2007b)的ERP研究主要支持前瞻記憶的預備注意加工和記憶加工理論，但是他們在證實該理論的同時，并沒有否認前瞻記憶的提取依賴自動加工和多重加工的可能性(West，2007b)。鑒于目前關于自動加工和多重加工的觀點都有行為研究的支持，也許在不久的將來，會有研究者們提供新的ERP研究證據來證實自動激活理論和多重加工理論，而這也是我們可以研究的方向。

4 展望

West和他的同事們利用ERP技術譜寫了前瞻記憶研究的新篇章，涉及了前瞻記憶領域的不同方面，如神經基礎的研究，認知機制的研究等。但是，前瞻記憶的ERP研究作為一個新興的研究領域，還有很多有待研究的問題。例如，目前大多數前瞻記憶的ERP研究都支持控制加工的觀點(West ct al，2006；West et al，2007a；West，2007b)，而一些行為研究的證據則提示自動加工和多重加工的存在(Einstein et al，1990；Meier ctal，，2006)，但尚缺乏ERP研究方面的證據，其次，關于前瞻記憶與回溯記憶的聯系問題，目前相關的研究較少，傳統研究中采用雙向實驗性分離技術證明了內隱記憶和外顯記憶的獨立性，在前瞻記憶的研究中，也可以考慮借鑒雙向實驗性分離技術考察前瞻記憶與回溯記憶的獨立性。另外，目前尚未有基于時間的前瞻記憶的ERP研究報道，基于時間的前瞻記憶要求被試在沒有明顯外部線索的提示下，當預定時間到了以后，從記憶中自發提取前瞻記憶意向并執行，而ERP實驗本身對被試頭動、眼動、疊加數等都有特殊的要求，很難真正實現基于時間的前瞻記憶條件，如何發展一種合適的實驗方法來解決該問題將是今后研究值得努力的方向。此外，大量的行為研究表明，線索特征、情緒、認知風格、AB型人格、進行中任務的加工性質等會影響前瞻記憶的操作成績(BrandimomePassolun~hi，1994；Brunfaut，Vanoverberghe，D'Ydewalle，2000；GrafUttl，2001；MeierGraC 2000；Nater st a]，，2006；李壽欣，丁兆葉，張利增，2005；孫瑩瑩，2006)，那么，這些因素是否也會對N300和前瞻性正波產生影響呢?這也是可資探討的方面。最后，關于前瞻記憶的fMRI研究也少見報道，如果把它和ERP技術結合起來，分別利用它們的高空間分別率和高時間分辨率，則會對我們進一步認識前瞻記憶的神經機制有很大的幫助。相信在未來的時間里，隨著認知神經科學技術的不斷發展，越來越多的研究者會投入前瞻記憶的研究領域中，為我們全面了解前瞻記憶提供更多的理論支持，而這也會對記憶相關障礙和老化等臨床治療提供幫助。