負性情緒狀態對短時記憶表征的影響*

郭利靜 葉超雄，3** 龍芳芳 劉昕旸 謝蔚臻

（1.四川師范大學腦與心理科學研究院，成都 610068；2.于韋斯屈萊大學心理學系，于韋斯屈萊，芬蘭 40014；3.坦佩雷大學社會科學學院，坦佩雷，芬蘭 33100；4.南京大學心理學系，南京 210023；5.美國國立神經疾病與卒中研究所，美國國立衛生研究院，馬里蘭州貝塞斯達，美國 20892）

1 引 言

情緒狀態是指在某種事件或情境影響下產生的具有一定持續性的感受（Schachter&Singer，1962），有喚醒、動機和效價等維度。喚醒是情緒感受的強度；動機反映了個體趨避的意向；效價則體現了情緒內容的正負性等狀態（Kim et al.，2013；Yüvrük et al.，2020）。從生活經驗和實證研究的角度，情緒狀態對基本認知過程有著深刻而廣泛的影響：可調整注意資源的分配（Finucane，2011），改變感知覺靈敏程度（Todd et al.，2012），并影響記憶的表征和加工過程（Long et al.，2020；Spachtholz et al.，2014；Xie & Zhang，2016；Xie，Lu Sing，Martinez-Flores，&Zhang，2022）。目前情緒狀態對短時記憶表征的影響已成為記憶研究領域的熱點。短時記憶是在短時間內存儲并處理當前信息內容的認知系統，時常被描述為工作記憶（Luck & Vogel，1997；Luck，2008）。該系統可以在短時間內保持、處理當前信息以及對已儲存在大腦中的信息進行提取和加工，服務于其他認知任務，其中包 括 感 覺 加 工（Hollingworth，Richard，&Luck，2008）和更高級的認知加工（如流體智力，Luck & Vogel，2013；決策判斷，Xie，Campbell，&Zhang，2020）。短時記憶與工作記憶在學界有所區分，但兩者差異甚小。前者強調信息的暫時存儲過程，反映記憶內容；而后者則包含記憶信息的暫時存儲與加工過程（Baddeley，2010）。鑒于本文主要關注記憶的表征，即記憶存儲的內容，將統一使用短時記憶的概念對前人研究進行評述。

近來，對短時記憶表征的研究主要圍繞在記憶內容的質量（精度）和數量（容量）這兩個方面（Fukuda，Awh，et al.，2010；Xie& Zhang，2017a；Ye et al.，2017，2019，2020；Zhang&Luck，2008；Zhang et al.，2017）。這兩者與人們整體認知表現呈正相關（Zokaei et al.，2015），在一定程度上反映了人們的精神健康狀態（Gold et al.，2010；Strauss et al.，2012；Xie et al.，2019）。因此，理清情緒狀態如何影響短時記憶的表征不僅在理論上能夠進一步闡明情緒對基礎認知過程的影響，并在精神健康狀態的測量和診斷方面有一定現實意義（Xie et al.，2018b）。

在情緒狀態影響短時記憶領域的研究中，分為兩種情況，正性和負性情緒狀態對短時記憶的影響。大多數研究發現正性情緒狀態并未影響短時記憶或影響比較微弱（Souza et al.，2021；Xie，Ye & Zhang，2022；Xie&Zhang，2016；Yang et al.，2013），因此對于正性情緒狀態影響短時記憶的了解很少，難以推出穩定的結論。然而在負性情緒狀態對短時記憶影響的研究中發現，負性情緒狀態能夠促使大腦快速釋放去甲腎上腺素，讓人進入警覺狀態（Mather et al.，2016），在短時間內提高人們對注意范圍內事物的認知加工能力，但是負性情緒狀態也占據認知資源，影響人們同時記住多個事物的能力。大部分研究者認為負性情緒狀態下短時記憶精度增加（Spachtholz et al.，2014；Xie& Zhang，2016），但記憶的項目數量減少（Long et al.，2020；Figueira et al.，2017）。這些發現，符合Eysenck（2007）的認知控制理論，認知控制理論認為在焦慮狀態下個體注意的處理效率受到不利影響，導致注意范圍內刺激數量減少，但個體使用更多的認知資源加工此刻注意力范圍內的刺激，進而對這些刺激的處理質量增強。對指導人們充分認識負性情緒狀態對認知影響的雙刃作用有積極意義。然而相關領域的研究者對這一發現存有不同觀點。因此，本文旨在梳理近年來負性情緒狀態影響短時記憶表征領域的研究成果，分析其影響因素并探討其作用機制。

2 負性情緒狀態與短時記憶表征

2.1 短時記憶表征的測量

在短時記憶領域，研究者常采用變化檢測任務（Change Detection Task）測量被試的短時記憶容量（Luck & Vogel，1997）。在該任務中，被試先觀看若干識記刺激（編碼），然后在短暫延遲后（保持），判斷測試刺激是否與識記刺激完全一致（提?。?。研究者能根據反應結果利用信號檢測論對被試短時記憶容量進行量化（Cowan，2001）。除此之外，研究者還使用事件相關電位技術（event-related potential，ERP），測量被試大腦信號中與短時記憶容量有關的電位活動（例如對側延遲活動，contralateral delay activity，CDA），CDA 是記憶保持間隔期間從頂葉和枕葉電極點提取的慢波，其波幅反映了短時記憶容量（Luria et al.，2016；Vogel&Machizawa，2004）。然而，在變化檢測任務中，被試的行為表現以及大腦活動不僅受到短時記憶容量的限制，更受到了刺激材料復雜程度和變化程度等因素的影響（Alvarez&Cavanagh，2004）。這些因素反映了短時記憶內容之間的抗干擾程度或者精確程度（Oberauer&Lin，2017），所以被試的變化檢測的任務成績不僅受到總體容量的限制，還受到記憶內容精度的影響。

為更好地區分記憶項目的容量和內容精度，研究者通過回憶任務（Recall Task）測量短時記憶的容量和精度（Zhang&Luck，2008）。該任務與變化檢測任務相似，只是在探測階段有所不同，被試需要在測試階段回憶所記住的刺激信息，并用鼠標進行反饋。例如探測顏色時，被試通過使用電腦鼠標在色輪上的360 個顏色值中選擇一個來報告被探測記憶項目的顏色。根據Zhang和Luck（2008）的混合模型，回憶誤差分布可分解為兩個成分：（1）被試成功記住探測項目形成的分布。這種情況下被試反饋的值將會形成一個以記憶值為中心的馮·米塞斯分布（Von Mises Distribution），當被試記憶精度越高時，該分布的標準差越小；（2）被試并未成功記住探測項目形成的分布。這種情況下被試的反饋值將會形成一個完全隨機的均勻分布（uniform distribution）。通過模型擬合能夠估算出在被試反饋值中每種成分的占比，推算出被試的成功記憶概率與猜測概率，短時記憶中維持的項目數量可換算為識記組中項目數量與成功回憶概率的乘積。此外，通過估算馮·米塞斯分布的標準差對記憶精度進行量化。雖然學界對影響人們短時回憶誤差的成分有不同的看法，并提出了一系列其他模型，例如資源模型（單西嬌，2010；何旭，2013；Bays et al.，2008）、三因素混合模型（Bays et al.，2009）和變化精度模型（Fougnie et al.，2012；Van den Berg et al.，2012），但是這些模型的分歧只在于短時記憶的質量限制（例如精度或者記憶強度）是否可以完全替代解釋短時記憶的容量限制。因此這些模型尚不能完全否定記憶質量和數量在理論上以及實際實驗中的可被分別測量的實證結果（Adam et al.，2017；Xie & Zhang，2017b）。另外，Ku 等人（2015）提出在短時記憶任務的整個保持期間，短時記憶的質量和數量分別對應兩個不同的腦區：感覺皮層和前額葉皮層（PFC）。Machizawa 等人（2020）證明在短時記憶任務中保存更多項目的個體，左側枕葉區域的灰質體積更大，而具有高精度保留能力的個體，右頂葉的灰質體積更大。這些認知神經科學的證據表明短時記憶表征在質量和容量維度存有一 定 的 區 分（Adam et al.，2017；Xie &Zhang，2017b）。基于這些測量基礎，本文回顧前人對負性情緒狀態和短時記憶表征之間關系的研究。

2.2 負性情緒狀態對短時記憶表征的影響

2.2.1 變化檢測任務

Figueira 等人（2017）使用變化檢測任務發現負性情緒狀態會降低被試短時記憶容量。他們認為這是因為負性情緒狀態下個體表現出對負性刺激的注意偏向（Joor-mann & Gotlib，2008），導致注意力范圍縮小以及認知靈活度受損，從而增加維持任務相關項目的認知成本。然而，Zhang 等人（2017）使用相似的實驗任務，發現個體差異可導致不同實驗結果，低記憶容量個體認知資源較少，受情緒狀態影響，導致更高的任務負荷，使得記憶刺激項目的資源不足，從而記憶數量下降。而高記憶容量個體認知資源更多，情緒狀態對高記憶容量個體的影響，不足以導致記憶刺激項目的資源不足，反而提高了注意范圍內事物的警覺 程 度（Gotoh et al.，2010；Soto et al.，2008），提高短時記憶的質量。這些研究結果表明個體在負性情緒狀態下短時記憶的項目數量會受到影響，但是這種影響受到個體差異干擾。

2.2.2 回憶任務

近來人們嘗試使用回憶任務探究該問題。例如，Spachtholz 等人（2014）發現誘發負性情緒狀態減少個體短時記憶項目數量但是提高了記憶精度。隨后，Xie 等人（2016）發現，負性情緒狀態確可增加短時記憶精度，但短時記憶容量并不受情緒誘發影響。這些研究者認為，負性情緒狀態可能改變了短時記憶的處理優先級（Sakaki et al.，2014），使之趨向于更詳細處理，從而產生更精確的記憶（Xie&Zhang，2016）。Long等人（2020）借鑒Xie 等人（2016）的方法發現，個體處于負性情緒狀態時可能在短時記憶資源分配后期（Ye et al.，2017）以犧牲短時記憶容量來提高短時記憶精度。然而，近來Souza 等人（2021）嘗試重復前人的研究，六項實驗中有五項實驗未發現情緒狀態對短時記憶的表征有任何影響。他們據此認為，情緒狀態可能并不足以影響短時記憶的表征，尤其當短時記憶任務的內容與所誘發的情緒無直接關系時。這一結論，支持了短時記憶系統不受過度的外部和內部干擾的特性（Liesefeld et al.，2020），但與前人大量的行為學以及認知神經科學的證據 相 矛 盾（Figueira et al.，2017，2018；Spachtholz et al.，2014；Xie & Zhang，2016）。此外，一項新近發表的元分析研究重新分析包含Souza 等人（2021）研究在內的前人累計13 個回憶任務實驗（491 名被試）的數據（Xie，Ye & Zhang，2022），結果支持了負性情緒狀態會降低回憶內容的變異（記憶精度更高），但同時也會提升回憶失敗的可能性（猜測率更高）。

如上所述，之前關于負性情緒狀態影響短時記憶的研究結果似乎是矛盾的。一方面，許多研究表明負性情緒狀態傾向于降低短時記憶的項目容量（數量）（Figueira et al.，2017；Zhang et al.，2017）；另一方面，其他研究表明，負性情緒狀態可以提升短時記憶的精度（質量）（Xie&Zhang，2016；Xie，Ye&Zhang，2022）。但是短時記憶表征在質量和容量維度是分離的，并且Spachtholz 等人（2014）的研究發現在負性情緒狀態下，短時記憶容量降低、精度增加，可以證明這些看似矛盾的結果是可以相融的。Long 等人（2020）的研究發現個體處于負性情緒狀態時可能在短時記憶資源分配后期（Ye et al.，2017）以犧牲短時記憶容量來提高短時記憶精度也進一步證明了這個結論。并且負性情緒狀態下，短時記憶容量降低、精度增加這一結論符合認知控制理論的觀點。

3 影響負性情緒狀態與短時記憶表征關系的因素

通過整合梳理負性情緒狀態影響短時記憶數量和質量相關研究，發現負性情緒狀態下，短時記憶的記憶項目數減少，記憶精度增加。但是對前人研究存在不一致結果的原因還未可知。我們從實驗設置和被試因素兩方面進行分析，實驗設置包括情緒狀態的誘發和短時記憶任務。因此下文我們講逐一討論情緒狀態誘發的有效性，短時記憶任務差異和被試本身的個體差異等因素，剖析造成爭議的原因。

3.1 情緒狀態誘發

研究者通常用兩種方法誘發情緒：圖片誘發和視頻誘發。但是兩種誘發方法在誘發材料、手段以及時間長短上都存在差異，這導致不同的情緒誘發方法引起的情緒 狀 態 維 度 比 不 同（Novák & ?olcová，2017）。而情緒狀態的不同維度對短時記憶的 影 響 是 不 同 的（Xie & Zhang，2016；Yüvrük et al.，2020），例如Xie 等（2016）發現喚醒度的高低對個體短時記憶沒有影響，而負性效價則增加短時記憶表征的精度，Yüvrük 等（2020）發現情緒狀態的動機維度對短時記憶的影響比效價維度更有效。以往大部分的研究按照效價維度將情緒狀態分為正性、負性以及中性，但是情緒是多維度的。目前情緒的動機維度對于短時記憶表征的影響仍不清楚，因此在探究過程中忽略對情緒狀態復雜維度的控制，會導致研究結論的差異。除此之外，情緒狀態誘發的有效性也會影響負性情緒狀態與短時記憶表征關系，因為情緒狀態具有一定的持續性，并且情緒被誘發過程中，不同時間段激活的腦區活動不同（Osaka et al.，2013），這導致在實驗過程中上階段還未消退的情緒狀態可能會影響下一階段情緒狀態的誘發（Joseph et al.，2020）。Long 等（2020）分別在不同的實驗分組中誘發不同的情緒狀態，避免了兩種不同情緒狀態的相互抵消，而在Souza 等（2021）的實驗中，混合隨機呈現三種不同的情緒刺激（正性、負性和中性）誘發被試相應的情緒狀態，可能影響情緒狀態誘發效果。

3.2 短時記憶任務

眾多實驗設計中短時記憶任務存在很大差別，例如識記組呈現時間，且在識記組呈現時間不同的情況下得出的結論不一致。Long 等人（2020）在回憶任務中，使用200ms 和500ms 的呈現時間，200ms 是指在資源分配前期、500ms 是在資源分配后期（Ye et al.，2014，2017，2019），證明了負性情緒狀態會影響資源分配后期的短時記憶整合過程，但對資源分配前期的沒有影響。Long 等人認為負性情緒狀態對短時記憶表征的影響可能只發生在記憶刺激編碼間較長的情況下。這與Guo 等人（2020）的發現有相關性，Guo 等人發現負性情緒狀態在短時記憶的保持階段影響短時記憶，他們認為負性情緒狀態下被試記憶刺激項目數量的減少是編碼階段后期被試對刺激項目的注意減少所致，因為注意效應從枕部向中心部位擴散需要時間，到了后期（即保持階段），負性情緒狀態的主效應才達到顯著性。這也可解釋為何負性情緒狀態在較短的記憶項目呈現時間（200ms）條件下并未能改變短時記憶的表征質量和數量。

3.3 個體差異

即使做到情緒誘發程序的絕對科學，被試本身對情緒誘發的受用程度也會影響到情緒誘發的有效性，例如不同情緒特質的被試，在受到相同的誘發程序后會呈現不一致的情緒狀態。Hur 等（2015）發現當個體處于負性情緒狀態時，正性情緒特質可能在認知控制中作為補償機制發揮保護作用，導致負性情緒狀態誘發的有效性受損。此后，Figueira 等（2018）用發現具有積極特質的個體抗負性情緒干擾能力更強，以及在Zhang（2017）研究中發現高焦慮特質個體更容易受到負性情緒狀態的影響。此外前人研究表明，負性情緒對知覺、注意、記憶等認知過程的影響可受到ADRA2B 基因的影響（Xie et al.，2018a）。該基因主要調控人們去甲腎上腺素α2 受體的總量。由于α2 受體對去甲腎上腺素有拮抗 作 用 （Aghajanian & VanderMaelen，1982），缺乏ADRA2B 基因的個體在負性情緒誘發下通常產生更多去甲腎上腺素，因此他們的認知功能更容易受到實驗室誘發負性情緒的影響（Rasch et al.，2009）。另外，被試以往創傷經歷也可能影響實驗室內的負性情緒誘發效果（Xie，Lu Sing，Martinez-Flores，&Zhang，2022）。

在情緒狀態誘發成功之后，被試的記憶容量也會影響到短時記憶成績，例如Zhang 等人（2017）發現高和低短時記憶容量組之間在情緒狀態下的短時記憶成績存在不同趨勢，并且在相同的情緒狀態下，高容量組的額部比低容量組激活更強。而額部是情緒加工機制的重要腦區（Habel et al.，2007）。因此不同短時記憶容量的個體可能具有不同的情緒加工機制，從而導致個體在情緒對短時記憶的影響上存在差異。這與Ye 等人（2018）發現高低短時記憶容量的個體對于負性情緒信息干擾過濾能力存在差異的結果相吻合（Ye et al.，2018）。然而其他研究中并未對個體容量差異進行區分（Long et al.，2020；Souza et al.，2021；Spachtholz et al.，2014；Xie & Zhang，2016），在組層面的分析上，不同容量被試的結果可能會削弱不同情緒下記憶表現差異，因此導致了當前存在不同的研究結論。

4 負性情緒狀態影響短時記憶的理論機制

Fredrickson 等人（1998）提出積極情緒的拓寬和構建理論，該理論認為正性情緒擴大了個體注意力范圍，而負性情緒相反。并且Derryberry 和Reed 等人（1998）的研究發現，在負性情緒狀態下，具有焦慮特質個體的選擇性注意能力會提高，即注意力聚焦于與目標相關的信息，忽略與目標無關的信息。以及Finucane 等人（2011）發現高喚醒的負性情緒狀態抑制了非目標信息的處理并增強選擇性注意。這些證據表明，個體在負性情緒狀態下會把注意力范圍縮窄到與個體目標活動有關的位置，這種現象可能會幫助個體更好地動員其認知資源朝著目標相關的信息調動，快速應對潛在的威脅（Finucane et al.，2011）。

據此我們結合三重嵌套模型理論（Oberauer，2002，2009）對該領域的理論機制進行探討。三重嵌套模型中提出注意焦點是短時記憶捕捉刺激信息的主要途徑，在注意力焦點出現的刺激項目會受到注意無限捕捉（Soto et al.，2008）。三重嵌套模型（如圖1）區分了短時記憶的三個組成部分。長期記憶的激活部分：保持一些與正在進行的認知活動相關的、長時記憶中被激活部分，以便它們更容易被提取出來。直接訪問區域（寬焦點）：容量有限，一次可保存大約四個項目，并將他們綁定到新的結構中。單一項目的注意焦點（窄焦點）：選擇一個項目或塊作為下一個認知操作的目標，在這個目標中明確地挑選出一項操作所需的信息，在窄焦點內項目編碼精度更高。在負性情緒狀態下，個體的注意力范圍縮窄到與個體目標活動相關的位置，而這個位置成為個體當前的注意力焦點。

圖1 節點和直線代表長時記憶表征的網絡，其中一些節點被激活（黑色節點）。這些項目的子集保存在直接訪問區域（大橢圓）。在直接訪問區域內，通過注意焦點（小圓）選擇一個項目進行處理。直接訪問區域之外的激活項目形成了長期記憶的激活部分。（Oberauer，2002）

個體可以靈活地選擇短時記憶中需要立即訪問的信息子集（寬焦點）（Ma et al.，2014）。在負性情緒狀態下，個體的注意力范圍變窄，導致短時記憶寬焦點中項目數量變少（容量降低），在窄焦點對象切換的情況下，需要時間從保持在寬焦點的候選對象中訪問新目標對象，寬焦點內項目越少，對項目選擇花費時間越少，這些項目便可經過窄焦點更精細的處理，導致精度提升（如圖2）。然而，這一模型尚有需要理清的地方。例如，一些理論認為注意的范圍受限于注意焦點，對注意資源的分配隨著距離注意焦點增加而減少（Eriksen&James，1986），另一些理論認為我們可以無限放寬注意的焦點從而記住更多項目（Fougnie et al.，2012；Ma et al.，2014；Van den Berg et al.，2012）。因此情緒狀態如何影響注意焦點范圍的極限當作進一步探討。

圖2 負性情緒狀態影響，在負性情緒狀態下，直接訪問區域（大橢圓）變小，保存在直接訪問區域內的被激活的項目（黑色節點）變少。這些項目更容易經過單一項目注意焦點（小圓）處理，進行更大程度的精細加工

5 小結與展望

本文回顧負性情緒狀態影響短時記憶的相關研究結論，發現負性情緒狀態下，個體短時記憶的容量降低、精度增加。并從情緒誘發、短時記憶任務和個體差異三個部分解釋爭議的原因，最后根據三重嵌套模型推斷出負性情緒狀態影響短時記憶表征的理論機制。但該領域對情緒狀態影響短時記憶的腦機制探究較少。下文我們將對情緒狀態影響短時記憶腦機制進行合理推測，探究這些問題將有助于我們更科學地理解負性情緒狀態對短時記憶表征的影響。

情緒狀態能夠影響廣泛的認知操作，以及人類使用自上而下的認知控制從而調節情緒反應的能力（Dolcos，2006；Pessoa，2008；李雪冰，2007）。前額葉區域和杏仁核在情緒與認知的相互作用中起著重要作用。杏仁核通常被歸類為與恐懼加工密切相關的情感區域，并與注意力和聯想學習相關的認知功能有關，能夠監測、更新和整合感覺信號（L?w，Lang，Smith，& Bradley；2008）；前額葉皮層對于信息的維護和操作至關重要，且可以檢測沖突、執行認知控制，以及其部分區域與情緒有關（Pessoa，2008）。Ku 等人（2015）提出短時記憶的數量和質量主要依賴于前額葉皮層和感覺皮層的配合。感覺皮層的延遲激活反映了短時記憶內容的精度，而前額葉皮層的延遲激活反映了短時記憶的項目數量。Amaral等人（2003）發現在對恐懼面孔進行反應時，杏仁核表現出的活動與視覺皮層非常類似，這表明感覺皮層與杏仁核有著密切的聯系。杏仁核激活的增加與警惕性和注意力的增加有關，特別是在恐懼和威脅生命的情況下。此時個體會增加觀察環境的敏感性，從而對目標相關刺激進行詳細加工（MacLeod，Mathews，&Tata，1986）。之后感覺皮層傳出的信息輸入到前額葉皮層的部分區域，個體使用認知控制機制提高選擇性注意的能力，過濾無關信息，使得進入到注意范圍內的刺激項目數量減少。在未來的研究中，如果有更高的時間分辨率和合理的空間分辨率的記錄技術（如顱內腦電圖或腦磁圖），可能會更好地探究這個問題。

隨著我們對負性情緒狀態影響短時記憶影響存在不同觀點原因的了解，未來會有更多更有效的調控方法來避免其他因素對實驗結果的干擾，幫助我們更深入地了解負性情緒狀態對短時記憶的影響，從而使負性情緒狀態對個體更多地帶來幫助而非危害。