人類工作記憶的某些神經(jīng)影像研究
工作記憶(working memory)是一種對信息進行暫時性的加工和貯存的能量有限的記憶系統(tǒng)，對于語言理解、學(xué)習(xí)、推理、思維等復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)的完成起關(guān)鍵作用。這一概念最早由Baddeley和Hitch于1974年在分析短時記憶的基礎(chǔ)上提出，隨后Baddeley[1]將其進一步完善。Baddeley通過大量的行為實驗研究論證了工作記憶的合理性并提出了工作記憶的認(rèn)知結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)為工作記憶包括一個中央執(zhí)行器(the central executive)和兩個子系統(tǒng)——“語音回路”(phonological loop)與“視覺空間模板”(visuospatial sketch pad)。這一研究引起了人們的廣泛注意。自1992年以來，由于正電子發(fā)射斷層掃描(PET,Positron Emission Tomography)技術(shù)的進一步成熟以及功能磁共振成像(fMRI,Functional Magnetic Resonance Imaging)技術(shù)的產(chǎn)生，在有關(guān)工作記憶的行為實驗研究以及靈長類動物的實驗研究的基礎(chǔ)上，研究者利用這些神經(jīng)影像技術(shù)研究人類工作記憶的腦機理，取得了可觀成果。本文試圖對近幾年來采用PET、fMRI這類神經(jīng)影像技術(shù)探討人類工作記憶腦機理的一些重要研究作一嘗試性梳理和評述。1 至少存在兩種類型的工作記憶系統(tǒng)——詞語工作記憶和空間工作記憶
工作記憶并不是單一的系統(tǒng)，而可能存在多個，它們分別用于加工處理不同種類的信息。雙分離(double dissociation)原理可作為解決這一問題的邏輯前提。該原理應(yīng)用于人腦功能研究方面可明確表述為：若A任務(wù)與腦區(qū)a的神經(jīng)活動變化有關(guān)，與腦區(qū)b無關(guān)，而任務(wù)B與腦區(qū)b的神經(jīng)活動變化有關(guān)，與腦區(qū)a無關(guān)，則這兩個任務(wù)存在不同的腦機制。該原理為我們分離人的復(fù)雜心理過程提供了邏輯依據(jù)。基于這一點，目前采用神經(jīng)影像技術(shù)在研究人類工作記憶的腦機制時發(fā)現(xiàn)至少存在兩種類型的工作記憶系統(tǒng)，即詞語工作記憶(verbal working memory)和空間工作記憶(spatial working memory)，它們分別負責(zé)處理詞語信息和空間信息。
Jonides和Smith等人近幾年以正常人為對象，利用PET對工作記憶進行了一系列研究[2,3]。他們借用Sternberg于1966年研究記憶掃描的項目再認(rèn)范式(item-recognition paradigm)設(shè)計了不同類型的工作記憶任務(wù)。圖1是他們設(shè)計的詞語工作記憶和空間工作記憶任務(wù)。首先，在視屏中央呈現(xiàn)“＋”字500ms，然后在十字周圍出現(xiàn)四個大寫字母或三個黑點200ms（稱為目標(biāo)刺激），隨后間隔延遲3000ms，最后出現(xiàn)一個探測刺激——小寫字母或圓圈1500ms，要求被試判斷該小寫字母是否與前面呈現(xiàn)過的四個大寫字母中的任何一個匹配，或者圓圈是否圈住了前面呈現(xiàn)過的三個黑點中的任何一個。被試進行上述任務(wù)時同時接受PET掃描。注意，在詞語記憶任務(wù)中，讓被試比較小寫字母與大寫字母是為了使被試必須對字母的語音進行表征，以免被試僅從字母形狀作出判斷。
附圖
圖1 詞語工作記憶和空間工作記憶任務(wù)及其相應(yīng)的控制條件設(shè)計模式
上述任務(wù)除了需要工作記憶參與，還包括被試感知編碼刺激（字母和黑點）以及作出反應(yīng)等其它一般性的操作過程。因此，PET掃描數(shù)據(jù)所反應(yīng)的腦激活信號不僅包含工作記憶所激活的神經(jīng)信號，而且還包含感知刺激以及作出反應(yīng)等心理活動所激活的神經(jīng)信號。為了排除后者，實驗還設(shè)計相應(yīng)的控制任務(wù)（圖1）。它與記憶任務(wù)類似，區(qū)別僅在于當(dāng)目標(biāo)刺激呈現(xiàn)完畢立即呈現(xiàn)探測刺激，不存在延遲，所以該任務(wù)只需要被試感知刺激以及作出反應(yīng)等一般性的操作過程，沒有記憶參與或?qū)τ洃涃Y源的需求量極少。這樣，當(dāng)從記憶任務(wù)條件下所獲得的腦激活信號排除控制任務(wù)條件下所獲得的腦激活信號后，得到的僅是工作記
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