认知神经科学视野中的熟悉与回忆_心理学论文

认知神经科学视野中的熟悉与回忆_心理学论文

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神经心理学和神经成像的研究结果表明人类的再认记忆反映了两种不同的记忆类型: 回想和熟悉性,对过去事件的记忆可以是基于回想,也可以是基于对事件熟悉性的评估 。许多年以来,再认记忆的认知过程一直都是实验心理学研究的焦点。为了解释各种行 为研究的结果,早在亚里士多德时期就已经开始讨论这两种类型的记忆之间的差异了, 但是直到20世纪70年代认知心理学家才提出了正式的双加工模型,所有这些模型都认为 再认记忆有两种不同的记忆形式:熟悉性和回想。以往的研究资料从四个方面阐明了至 少存在这两种类型的记忆过程:(1)加工速度的研究表明熟悉性反应比回想快;(2)不同 的加工过程影响两种测验类型的成绩:(3)回想和熟悉性显示了不同的电生理学相关;( 4)某些脑损伤对回想的影响比对熟悉性的影响大,说明这两个加工过程依赖于不同的脑 区[1]。

哲学家和心理学家已经广泛地研究过了人类记忆的这两种形式,但是还不清楚它们的 神经解剖学基质。结合了实验心理学和神经科学的认知神经科学为我们进一步理解再认 记忆的这两种方式提供了更好的方法。认知心理学家们在熟悉性和回想的神经基础方面 进行了大量的研究,结果表明熟悉性和回想依赖于不同的脑区或神经机制,说明这两个 再认过程在性质上是不同的。

1 熟悉性和回想的研究范式

通常采用的熟悉性和回想的研究范式有两大类:任务分离法和加工估计法。任务分离 法是为了确定分离两个加工的一个任务或测验条件,如反应速度法,回忆/再认比较和 项目/联想再认比较。加工估计法有加工分离,记得/知道和ROC程序。以下详细叙述几 种常用的方法:

(1)检查某些条件下的测验成绩。在这些条件下,再认在很大程度上依赖于其中的一个 加工过程。如通常认为熟悉性的加工快于回想,那么要求被试做出快速再认判断的加工 就可能主要反映了熟悉性而不是回想。相反,自由回忆的成绩则主要反映了回想加工而 不是熟悉性加工。

(2)使用加工分离程序。它的前提是如果被试能够回忆出一个给定的项目,那么他们就 能够确定最初是在什么时候,在哪里学习它的,而对于只有熟悉性感觉的项目则不能。 这样,能够做出准确的相关再认判断的能力就是回想,认出一个没有回忆出的给定项目 的条件概率就是熟悉性。

(3)使用“记得/知道”范式。这个范式最初是由Tulving(1995)提出来的。如果被试在 认出一个单词的同时伴随着对这个单词在学习序列中的出现的有意识的回想,那么就让 被试选择“记得”。相反,如果被试认出单词是在学习序列中,但是不能有意识地回忆 起关于它的出现的任何事情,那么就让被试选择“知道”。大多数的研究都采用了这个 范式。

(4)采用“接受者操作特征(ROC)”程序。这个方法要求被试估计他们再认记忆判断的 信心,然后将之绘制成一条ROC曲线。

通过以上几种方法[2],研究者们从编码和提取,以及健忘症病人和正常人等方面对熟 悉性和回想进行了各种研究,本文将主要回顾一下认知神经科学方面的研究成果。

2 事件相关脑电位的研究

通过使用事件相关脑电位的技术发现熟悉性和回想有不同的头皮分布,因此这两种形 式的记忆可能有不同的神经基质。

编码时,与一个广泛分布的正走向的ERP偏向相联系的项目在后来更可能被认出来,与 在熟悉性基础上认出的项目相比,后来回忆出的项目的这个结果更显著。Sanquist等人 观察到随后记忆正确的项目在学习阶段诱发的ERPs比随后记忆不正确的项目在学习阶段 诱发的ERPs有更大的晚正成分,并将这两类ERPs的差异称为相继记忆效应[3]。对于言 语材料,与回想和熟悉性有关的相继记忆效应有些不一致。Smith(1993)使用“记得/知 道”判断任务发现,稍后记住的ERP反应和稍后知道的ERP反应有类似的相继记忆效应结 果,而Friedman和Trott(2000)只发现了稍后记住的反应显著的相继记忆效应结果。对 于图示材料,在一个物体照片的实验中,左侧的正性与稍后的熟悉性相联系,而右侧的 正性与稍后的回忆相联系[4]。与此相反,在一个关于面孔的熟悉性和回想的研究中[5] ,研究者发现从刺激开始后大约400ms开始,后来忘记的面孔产生了最低的振幅,后来 回忆出职业的面孔产生了最高的振幅,只在测验阶段熟悉的面孔产生了中等程度的振幅 。地形图结果表明,600~800ms稍后回忆出职业的面孔的ERPs比稍后忘记的和稍后熟悉 的面孔的ERPs显著地更正,没有单侧化效应。熟悉的相继记忆效应不是双侧对称的,在 左半球差异不显著,在右半球差异显著。说明编码时右侧的神经活动预测了随后的熟悉 性,双侧的后部头皮位置正的最大脑电位预测了随后的回想。

Curran(2000)已经分离出了提取时熟悉性和回想的ERP相关:分别为“FN400新旧效应 ”和“顶新旧效应”[6]。FN400和顶结果不同的时间和空间地形图支持熟悉性和回想由 不同的认知神经过程产生的观点。在Curran(2000)所做的一个再认记忆任务中,要求被 试区分三种单词:以前学过的单词,在学习和测验间改变了形式的相似的单词和新单词 [6]。结果发现,FN400(300~500ms)成分随着单词的熟悉性而改变(新的>学习过的 = 相似的)。顶成分(400~800ms)与改变形式的单词的回想相联系(学过的>相似的 = 新 的)。在2003年Curran又以图片为刺激研究了熟悉性和回想,发现在区分学习过的图片 ,高度相似的图片(学习图片的镜像翻转)和新图片时的结果和以单词为材料得出的结果 相同[7]。

在Galit和Paller(2004)的研究中[5],在大约400~700ms熟悉项目比正确的新项目的

ERP反应更正,之后有一个逆转。在大约250~850ms回忆出职业的项目比正确的新项目 的ERP反应更正。地形图分析表明提取时熟悉性和回想的地形图没有显著的差异,两种 记忆都与两侧有关,脑电位在顶骨最大。

一个最近提出的再认记忆的计算模型(the Complementary Learning Systems model) 认为增加序列的强度将会削弱对特定学习细节的回想,而不会削弱有关熟悉性的非特定 感觉。Norman等人(2002)通过两个实验证明了序列强度影响回想但是不影响熟悉性的

CLS模型的预测,并将字词刺激的这种分离进一步延伸到面孔刺激[8]。

3 fMRI的研究

ERP研究不同的头皮分布表明回想和熟悉性依赖于不同的神经基质,但是对于回想再认 和熟悉性再认分别激活了哪一部分脑区没有给出直接的证据,fMRI的研究可以解决这个 问题。一项有关知道感的fMRI研究表明,知道感与不知道感可能是由不同的脑神经网络 所支持,并通过不同的认知过程来实现的。相对于有不知道感的项目而言,知道感项目 伴随有明显的左侧前额叶的活动[9],而稍后的顶骨活动则预示了回想。但是也有不同 的结果,一个最近的研究揭示了相对于简单的项目再认,在要求恢复知觉细节的源提取 中左侧前额叶的激活[10]。不管测验探针是学习过的还是新颖的都会观察到这个结果。 因为新颖的项目不能产生对情境细节的回想,所以这个发现表明PFC反应所反映的是被 试使用测验探针的方式,而不是回忆它们以往的情节。

在进行记得/知道判断的fMRI研究中,Eldridge等人(2000)发现只有当提取伴随着对学 习情节的有意识的回忆时,海马的活动才增加。对于只做出熟悉性判断或未认出的项目 ,海马的活动没有增加,表明海马选择性地支持情节记忆的提取[11]。在用图片作为测 验项目的一个源判断研究中,Cansino等人(2002)发现,后来认出并做出正确的源判断 的项目比认出但源判断错误的项目编码时在左枕和左前额皮层有较大的活动,提取时在 右海马和左前额皮层有较大的活动,说明这些区域在情节信息的编码和提取,而不是单 纯的项目再认中有重要的作用。[12]

通过对颞中回损伤的病人的研究发现,与最近发生的事情相比,他们更容易回忆起很 久以前发生的事情。说明在长时记忆中,颞中回的作用是具有时效性的,也就是说,随 着时间的推移,记忆痕迹逐渐独立于颞中回而得到巩固。Luo通过比较7年以上的久远自 传体记忆和两年之内的新近自传体记忆发现,被试在提取新近记忆时左侧颞中回有较大 的活动,这个活动从旁海马一直延伸到海马,为形成长时记忆的过程中颞中回的时效性 作用提供了直接的神经成像的证据。当提取伴随着许多细节时,新近记忆中涉及到的颞 中回的活动比久远记忆中多得多,但是当回忆伴随着较少的细节时,这个差别就消失了 [13]。Eldridge(2000)等人的研究结果表明[11],对于所有的描述性记忆的提取,海马 不是重要的,提取时这个结构的作用是具有时效性的,因为在海马损伤很早以前获得的 记忆,随着时间的推移发生了一个巩固过程,以至于最终即使是对于情节提取也不再需 要海马。

fMRI显示了左前额皮层和顶皮层的新旧效应,表明这些区域对成功的提取敏感,或指 示了成功的提取。而其他的证据表明前额皮层和项新旧效应反映了回忆努力的不同的控 制加工,而不管回想成功与否。Kahn等人(2004)的研究表明左前额皮层子区域对以熟悉 性为基础的提取成功敏感,但是对以回想为基础的提取成功不敏感。当熟悉性水平落在 一个内部的决定标准之上时,这些结构似乎支持引导回想努力的控制加工[14]。

以上fMRI的研究结果既支持双加工模型,又支持颞中回中存在回想和熟悉性区别的假 设,但是还需要进一步的研究来排除其他的解释。

4 有关健忘症病人的研究

不同的健忘症病人有着截然不同的记忆损伤模式。以前的记忆理论认为颞中回的不同 成分是一个单个的功能记忆系统。对由于脑损伤而造成记忆缺陷的病人的研究表明颞中 回的损伤导致了一种健忘症,这种健忘症影响回想,但是熟悉性是完整的。有许多最近 的研究表明海马区域对于回想是重要的,而颞中回和颞下回的周围结构对于熟悉性是重 要的。包括海马和周围颞叶的损伤破坏回想和熟悉性,但是通常对回想有一个较大的破 坏。相对选择性的海马趾损伤似乎破坏回想,而不是熟悉性。相反,Yonelinas等人(20 02)认为海马区域的损伤广泛地削弱了回想和熟悉性[15]。研究结果显示,单纯海马损 伤所致的逆行性遗忘的特点是呈阶梯性下降,即距损伤时间越近的记忆受损越明显,随 着距损伤时间的变长,记忆受损减轻,儿童时期的记忆受损最少[16]。

近年来对于回想和熟悉性分离的研究主要集中在颞中回(MTL)损伤的病人中,这些病人 由于缺氧而产生了记忆困难。在缺氧症中,海马尤其容易受到伤害。一些缺氧症病人表 现出了回想缺陷,而另外一些相似的病人则同时表现出了回想和熟悉性缺陷。

Yonelinas等人(2002)研究了缺氧症病人的回忆,再认和缺氧症的严重程度三者之间的 关系[15]。结果表明,缺氧症病人的回想被削弱了,但是以熟悉性为基础的记忆反应是 完整的。通过记得/知道和ROC方法得到的回想和熟悉性的数据表明在一部分的病人中, 回想有一个选择性的损伤。相反,广泛的颞叶损伤的病人显示了回想和熟悉性的缺陷。 Yonelinas等人(2002)的研究还表明颞叶的前面和后面部分都涉及到熟悉性[15]。在生 命早期遭受过短暂的缺氧症的病人,回忆缺陷比再认缺陷严重得多,与回想有关的头皮 记录的事件相关电位受到破坏,而与熟悉性有关的却没有。表明他们也遭受到了选择性 的回想缺陷。这些研究结果为经历了缺氧症的某些个体的回想和熟悉性可以分离提供了 强烈的证据。

总之,一些研究表明海马在回想中起的作用比熟悉性大,而另外一些却没有。尽管大 量的神经解剖学的双加工模型致力于颞中回的贡献,丘脑和额叶对于回想和熟悉性也有 重要的作用。例如,Aggleton和Brown(1999)认为通过穹窿连接海马和前丘脑的一个回 路支持回想,而连接鼻周围皮层和中间背侧丘脑的回路支持熟悉性。他们也认为从丘脑 到额叶直接的发射表明额叶可能在回想和熟悉性中都起着重要的作用,这两个区域对于 编码和提取操作可能都是重要的。

5 展望

总的看来,双加工模型较好地解释了再认记忆的两种形式。以往的研究结果都认为再 认包括功能上分离的两个过程:熟悉性和回想,并且这两个过程依赖于性质上不同的神 经机制。另外,这些结果还表明海马在回想中起着重要的作用,而在熟悉性中则起着较 小的作用,至于编码时哪一部分的脑区反映了以熟悉性为基础的反应现在还不清楚。尽 管来自脑损伤和神经成像的研究结果只是为我们提供了关于熟悉性和回想的不同的神经 基质的初步认识,但是它们为将来进一步的研究指明了方向。关于这两个不同的再认过 程仍然有许多问题需要解决,如以上研究结果表明,伴随着回想的再认比伴随着熟悉性 的再认对海马的激活更大,说明海马在回想中起着一个选择性的作用。但是现在还不能 说明海马趾的活动是与从记忆中提取的信息的数量还是性质有关。而且,丘脑在熟悉性 和回想中起着怎样的作用现在也还不清楚等等。随着实验技术的不断完善以及实验条件 的不断改进,人类有望在不久的将来进一步弄清楚熟悉性和回想的神经机制以及它们的 加工过程。

致谢:该项研究完成于北京市重点实验室——首都师范大学学习与认知实验室。

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