短时记忆定向遗忘症的负荷效应：来自ERP的证据_短时记忆论文

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      1 引言

      主动遗忘一些无关干扰信息、负性情绪信息可以提高人类认知加工的效率，保持较高的身心健康(白学军，王媛媛，杨海波，2012)。然而，有意遗忘比有意记忆需要更多的认知资源(Cheng，Liu，Lee，Hung，& Tzeng，2012)。有意遗忘的研究通常采用定向遗忘范式，要求被试在学习阶段学习一定数量的学习材料，并根据不同的线索记住或遗忘相应的内容，其中一半的学习材料要求记忆(TBR)，而另一半的项目要求遗忘(TBF)。研究表明，遗忘项目比记忆项目有更差的记忆成绩(Festini & Reuter-Lorenz，2013)。

      选择复述论与认知抑制论对上述效应的产生机制分别进行了解释。前者认为在指示线索作用下，TBR项目比TBF项目得到更多复述，从而得到更好编码(李琦，赵迪，郭春彦，2007)。这一观点获得了一些电生理研究的支持。脑电研究发现，在线索呈现后的200～600ms，记忆线索诱发了比遗忘线索更正的ERPs。选择复述论认为这种ERP差异缘于两种线索条件下产生的不同复述策略。与遗忘线索相比，记忆线索可能导致更多的认知资源分配于TBR信息的复述过程(Cheng et al.，2012)。

      提取抑制论认为，遗忘线索呈现之前，遗忘项目已经得到深加工，但由于遗忘线索的作用，在提取时会阻碍或抑制通达到需要遗忘的项目，从而导致TBF项目较差的记忆成绩(白学军，杨海波，沈德立，2004；慕德芳，宋耀武，陈英和，2009)。注意抑制理论认为，遗忘线索的呈现使TBF项目变为无关信息，引发了注意抑制，从而使TBF项目有较差的记忆成绩。认知抑制论也获得了电生理研究的支持。Ullsperger等人(2000)研究发现，在头皮额区与顶区，正确辨认出的TBR项目比正确辨认出的新项目诱发了更正的ERP成分，而TBF项目只在额区表现出这种效应。由此认为TBF项目受到抑制而更难以被提取。

      以往研究关于定向遗忘是否存在主动抑制的成分依然没有明确的结论。Ergen(2012)研究发现工作记忆能力与抑制控制能力紧密相关，记忆不同负荷的信息涉及的抑制控制的强度也不同。基于此，我们也许可以像操纵记忆负荷一样，操纵遗忘的不同水平。如果定向遗忘确实与抑制机制过程关联，则遗忘不同负荷信息的过程可能伴随着不同强度的抑制过程，遗忘更多的信息可能需要更强的抑制过程。因此通过考察不同遗忘水平下的外部行为或脑电反应则可证明是否存在“内部”抑制过程。

      本研究设置了两种不同的记忆负荷条件，即在记忆/遗忘线索呈现前，要求被试在工作记忆中编码并保持不同负荷的信息。考察不同负荷条件下的记忆/遗忘线索是否诱发不同的脑电反应。我们预测当记忆线索呈现后，被试需要对学习材料进行进一步的加工，相对于低负荷的学习材料，更多的认知资源参与到对高负荷的材料的加工之中，即出现记忆的负荷效应。我们假定如果遗忘线索能够引起抑制机制，则遗忘线索呈现后，抑制不同数量的学习材料需要不同量级的认知资源(Soriano & Bajo，2007)。由此我们推测，不同负荷的遗忘线索将诱发不同的ERPs。

      Mecklinger，Parra和Waldhauser(2009)研究发现，相比要求信息提取的条件，不要求信息提取条件诱发了更大的N2成分，表明N2成分与试图遗忘有关。Ergen等人(2012)研究发现注意抑制能力越强的被试诱发的N2和P3波幅越大。此外，Shucard(2009)研究发现，P3的波幅随着记忆负荷的提高而增大。因此，我们预期记忆和遗忘的负荷效应可能体现于N2与P3这两个成分。

      为了更精确地考察遗忘线索呈现瞬间所诱发抑制过程，本研究设计了一个新范式，即短时记忆定向遗忘任务。采用这一任务的主要意义在于克服传统单字法trial之间的相互影响。因为在单字法定向遗忘的研究中，被试需要在学习阶段学习大量的项目，这些项目在不同的试次(trial)中可能存在相互干扰，而短时记忆定向遗忘范式则消除了这种干扰(Festini & Reuter-Lorenz，2013)。

      2 方法

      2.1 被试

      14名本科生(8名男性和6名女性)参加本次实验。被试年龄18～24岁，平均年龄21.4岁。所有被试身体健康，视力或矫正视力正常，无色盲色弱，均为右利手。

      2.2 设计与材料

      采用2(线索：记住或遗忘)×2(负荷：高或低)被试内设计，四种条件随机呈现。在本实验中，提前告知被试需要学习一系列的刺激，这些刺激是某一密码的组成部分。被试的任务是找到正确密码。在正式实验中，每个trial中依次呈现两个线索前刺激(S1，S2)、一个线索刺激、两个线索后刺激(S3，S4)，最后呈现探测刺激(见图1)。线索前后的四个刺激均由数字(1～9)和/或字母(A～Z)组成。线索刺激为不同颜色(红或绿)的希腊字母“θ”。S3和S4均由一个数字和字母组成，并且两个刺激中的数字之和小于10。探测刺激由四个密码选项组成，四个选项分别呈现于屏幕上、下、左、右(见图1)。其中，正确密码的位置在不同trial中随机分布。所有字母和数字的字号均为30，背景为银灰色。被试头部距离屏幕80cm，测试刺激呈现于5cm×5cm的空间中，以保证水平视角和垂直视角均小于4°。

      在低负荷条件下，Sl为一个数字，S2为一个字母。在高负荷条件下，Sl与S2均由一个数字和一个字母组成(见图1)。“θ”的颜色作为要求记忆/遗忘的线索。例如，当“θ”为绿色时，表明线索前刺激(Sl与S2)应作为密码的一部分被记住；当“θ”为红色时，表明线索前刺激与密码无关，不需记住。线索颜色的意义在被试间平衡。

      被试的任务是在探测刺激呈现后又快又准地在四个选项中找出正确的密码并按键反应。若正确密码在屏幕上方，则在数字键盘上按“5”键，在下方按“2”键，在左侧按“1”键，在右侧按“3”键。以图1为例，当线索为绿色时，被试需要记住Sl与S2，同时要记住两个线索后刺激(S3与S4)中的数字之和，所形成的正确密码为“2N7”，被试在探测刺激呈现时应按“5”键。当线索为红色时，所形成正确密码为“7”，被试应按“2”键。

      2.3 程序

      首先，在屏幕中央呈现500ms注视点，随后空屏1000ms。再依次呈现Sl与S2各1000ms；Sl与S2之间空屏1000ms。S2之后随机空屏1000-1300ms，然后呈现线索“θ”50ms。线索后空屏1000ms，再依次呈现S3、S4各1000ms。最后在屏幕中央呈现探测刺激等待被试选择答案。被试按键后进入下一个trial(图1)。实验总共由320个trial组成，每种条件80个trial。四种条件随机呈现，每80个trial休息一次。在正式实验之前，被试练习32个trial。

      2.4 数据分析

      2.4.1 行为数据

      反应时定义为探测刺激呈现到被试按键反应的时间。准确率为每种条件下被试在测试屏中正确搜索到答案的次数占各条件总trial数的百分比。

      2.4.2 EEG记录和分析

      使用德国Brain Products公司的ERP记录与分析系统，按照国际10-20系统扩展的64导电极帽记录EEG。参考电极为双侧乳突连线参考，水平眼电(HEOG)安置在双眼外侧，垂直眼电(VEOG)安置在右眼上下。滤波带通为0.05～80Hz，采样频率为500Hz/导；在正式实验之前，各电极点的头皮阻抗均小于5kΩ，。采用Vision Analyzer软件离线处理连续记录的EEG数据。采用回归法对水平眼电和垂直眼电进行校正，并充分排除其他伪迹。

      

      图1 实验流程及刺激材料样本

      注：上图为低负荷条件，下图为高负荷条件；当线索为绿色时，要求记住S1与S2，当线索为红色时，则不需要记住S1与S2。

      2.4.3 ERPs数据处理与统计分析

      分析线索刺激“θ”诱发的ERPs。脑电分析时程为线索呈现前200 ms(基线)至线索呈现后800ms。波幅在±80μV之外的成分作为伪迹被自动剔除。每种条件平均叠加次数均在50次以上。选择以下15个电极点进行统计分析：额区：F3、Fz、F4，额中央：FC3、FCz、FC4，中央：C3、Cz、C4，中顶区：CP3、CPz、CP4，顶区：P3、Pz、P4。

      3 结果

      3.1 行为结果

      对准确率和反应时分别进行线索(记忆，遗忘)×负荷(高，低)的重复测量方差分析。准确率的统计结果表明，线索主效应显著，F(1，13)=18.7，p=.001，

=.59。被试在遗忘条件下对测试刺激的反应准确率显著高于他们在记忆条件的反应准确率。负荷的主效应及负荷与线索的交互作用均不显著(图2)。

      对反应时的统计结果表明，线索主效应显著，F(1，13)=21.7，p＜.001，

=.63，遗忘条件的反应时显著小于记忆条件的反应时，线索和负荷的交互作用显著，F(1，13)=14.0，p=.002，

=.69。经过简单效应检验，记忆条件的负荷效应显著，F(1，13)=29.2，p＜.001，而遗忘条件的负荷效应不显著，F(1，13)=.1，p=.765。在低负荷下，遗忘条件反应时显著短于记忆条件的反应时，F(1，13)=29.4，p＜.001，

=.69；在高负荷下，遗忘条件反应时也显著短于记忆条件的反应时，F(1，13)=19.1，p=.001，

=.59(图2)。

      3.2 脑电结果

      在不同负荷条件下，由记忆/遗忘线索诱发的ERP波形如图3所示。以线索(记忆，遗忘)，负荷(高，低)，前后(额区，额中央，中央，中顶区，顶区)和电极点作为被试内因素分别对三个脑电成分：N2(230～280ms)，N2-P3(280～330ms，330～380ms)和P3(380～430 ms)的平均波幅进行重复测量的方差分析。

      在N2窗口，负荷主效应显著，F(1，13)=10.3，p=.007，

=.43。高负荷条件的线索比低负荷条件的线索诱发了更正的ERPs。线索主效应不显著，各交互作用均不显著(图3)。

      在280～330 ms时间窗口，负荷主效应显著，F(1，13)=18.9，p=.007，

=.59。前后×线索的交互作用显著，F(4，52)=7.0，p＜.001，

=.31。简单效应检验表明，在头皮中前区，记忆线索比遗忘线索诱发了更正的ERPs[额区：F(1，13)=7.8，p=.015，

=.37；额中央：F(1，13)=6.4，p=.025，

=.33；中央：F(1，13)=5.4，p=.038，

=.29)](图3)。

      

      图2 四种条件下的准确率(左)及反应时(右)差异统计图

      注：**P＜.01。

      在330～380ms时间窗口，负荷主效应显著，F(1，13)=13.3，p=.003，

=.50。前后×线索的交互作用显著，F(4，52)=8.2，p＜.001，

=.60。简单效应检验表明，记忆线索比遗忘线索在头皮额区与额中央区诱发了更正的ERPs，[额区：F(1，13)=8.7，p=.011，

=.40；额中央：F(1，13)=4.8，p=.048，

=.36]。

      在380～430ms时间窗口，负荷×前后×电极点的交互作用显著，F(8，104)=2.5，p=.016，

=.21。简单效应检验表明，在C3、CP3、C4、CP4电极点，高负荷线索比低负荷线索诱发了更正的ERPs。前后×线索的交互作用显著，F(4，52)=12.9，p＜.001，

=.50。记忆线索比遗忘线索在额区诱发了更正的ERPs，F(1，13)=6.7，p=.022，

=.26。

      

      图3 四种条件的线索诱发的ERPs

      注：虚线框对应负荷效应：实线框对应线索效应。

      4 讨论

      Soriano和Bajo(2007)认为，遗忘线索并不是造成TBF项目记忆成绩差的充分条件，还需要一系列新项目的呈现。在遗忘线索呈现后出现的新学习材料对引发抑制机制有重要作用。因此，我们也在线索前后分别设置了学习材料。首先给被试呈现不同数量的信息S1、S2，随后呈现记忆/遗忘的线索。要求被试对线索前的信息或者记忆或者遗忘。在线索后呈现S3、S4，并要求被试对S3、S4进行数字加工。最后呈现探测刺激以检验被试是否按照线索指引正确地找到密码。

      与预期相符，被试在遗忘条件下找寻密码的成绩更好，这说明有意遗忘或忽略无关信息后确实有利于后续的认知加工。具体地说，遗忘线索的呈现阻断了对S1、S2的进一步加工与保持，从而把更多的认知资源运用到后续刺激的加工。最重要的是，忘记无关信息后，工作记忆中只需要保持较少的信息，所以能够对探测刺激做出更好的反应。

      被试对探测刺激的反应时进一步揭示了工作记忆的负荷效应。被试在高负荷记忆条件下比低负荷记忆条件需要更长的反应时间。这表明了随着工作记忆负荷的增加，被试的记忆成绩越来越差(Shucard et al.，2009)。

      从行为结果来看，本研究关注的负荷效应仅仅体现在记忆条件下对探测刺激的反应时指标上，在遗忘条件下，没有对探测刺激表现出负荷效应，说明负荷效应可能在遗忘线索呈现后至探测刺激呈现前的时段就已经消失(图4)。因为S1与S2在遗忘线索呈现时就被认定为无关信息，随后被抑制或排除在工作记忆之外，所以在遗忘条件下，线索前信息的多少不会影响被试对探测刺激的加工。

      由于线索呈现4s后被试才对探测刺激进行反应。所以，被试对探测刺激的行为反应结果不能直接反映被试对线索刺激的认知过程。由于ERP的高精度的时间分辨率，从线索诱发的ERP的特征分析则可以准确地推断被试加工线索的认知过程。首先，在N2-P3、P3成分上，记忆线索比遗忘线索诱发了更正的ERPs。此结果与以往研究一致(Paz-Caballero，2004)。选择复述论对此ERP效应的解释是：在线索呈现前，被试通过保持性复述将学习材料保持在工作记忆中。如果出现遗忘线索则停止对学习材料的复述；如果出现记忆线索，则复述这些材料。两种线索诱发的ERP差异可能反映了被试对不同性质(遗忘或记忆)的线索信息采取了不同的认知加工策略，及不同数量的认知资源的分配。另外，本研究在头皮前部电极点发现的线索效应表明，不同线索(记忆或遗忘)可能引发了额叶的认知控制系统对不同性质(遗忘或记忆)的信息分配不同数量的认知资源(Hsieh et al.，2009)，从而进行不同的认知加工。

      最为重要的是，在230～430ms时间窗口记忆和遗忘线索均诱发了负荷效应，高负荷条件下的线索比低负荷条件下的线索诱发了更正的ERPs。当线索为记忆线索时，高负荷条件比低负荷条件有更大波幅，这表明更多的认知资源参与加工(复述)更多的信息(Studer et al.，2010)。因此，从这个角度看，记忆条件的负荷效应也可用选择复述论解释。即线索的呈现后，被试会继续复述TBR项目，同时，对不同数量的TBR项目进行复述时需要消耗由中央执行系统指派的不同数量认知资源(见图5)。

      

      图4 遗忘条件下的负荷效应存在阶段示意图

      遗忘线索呈现后被试不需要对工作记忆中的信息(Sl、S2)进行复述加工，因此遗忘的负荷效应可以用注意抑制理论来解释。遗忘线索呈现后，被试不需要把注意资源投入到要求遗忘项目的复述中，只需要把注意集中到后面的运算操作中。倘若被试对这些进入工作记忆中的要求遗忘的项目不做任何加工处理，那么忘得多与少在线索呈现瞬间其认知操作是无区别的，不同负荷条件下的遗忘线索诱发的脑电反应也应当无差异。然而本研究中的脑电结果却证明不同负荷的遗忘诱发了不同的脑电反应，这可能反映了不同强度的抑制，即遗忘线索呈现后，要求遗忘的项目受到注意抑制的作用，其活动强度得以衰减(Ergen et al.，2012)。

      记忆和遗忘线索提供了如何更新工作记忆的有效信息：在记忆线索呈现后，由于选择性复述机制的作用，TBR项目得到更精细的加工，随着TBR项目数量的增加，对其复述加工需要的认知资源也增多。然而，遗忘线索的呈现引发了注意抑制机制，随着TBF项目的数量的增加，抑制活动需求的认知资源总量也增多，体现在高负荷比低负荷条件下的遗忘线索诱发了更正的ERPs。因此，选择性复述和抑制控制机制作为中央执行系统的两个重要功能，在更新工作记忆的过程中均起作用(图5)。

      

      图5 中央执行系统在遗忘与记忆过程中的不同作用的假设模型

      5 结论

      为了直接考察定向遗忘中的抑制过程，本研究采用一个短时记忆的定向遗忘任务，并记录了不同负荷条件下记忆与遗忘线索诱发的ERPs。结果表明，遗忘负荷的不同，所诱发的脑电特征也不同，当需要遗忘更多项目时，在遗忘线索呈现后230-430ms的时间窗口内，诱发了更正的脑电成分。反映了更多的认知资源用来抑制更多的无关信息，证明了抑制机制在短时记忆的定向遗忘中有着直接的作用。

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