前瞻記憶的生理機制研究綜述

陳幼貞

（福建師范大學 教育學院，福建 福州350007）

□心理學

前瞻記憶的生理機制研究綜述

陳幼貞

（福建師范大學 教育學院，福建 福州350007）

從認知神經科學研究、神經心理學研究以及年老相關差異研究三個方面對前瞻記憶的生理機制研究進行綜述。大部分研究表明，前瞻記憶的生理基礎和前額葉以及丘腦、顳葉的功能有關。文章還對今后研究方向做了展望。

前瞻記憶；生理機制；認知神經科學；神經心理學

前瞻記憶（prospective memory，PM），是指對在未來某一時刻或某一場合要完成某項或某些活動的記憶。日常生活中的記憶失敗有50%-70%屬于前瞻記憶的失敗，前瞻記憶的失敗有時會嚴重影響人們的生活和發展。正因為其對人們正常活動功能的維持起著重要作用，近年來前瞻記憶已成為一個新的研究熱點。但前瞻記憶的生理機制研究尚處于嬰兒期，可喜的是，最近用不同的方法對前瞻記憶的生理基礎進行考察的研究日益增多。大部分研究表明，前瞻記憶的生理基礎和前額葉以及丘腦、顳葉的功能有關，前額葉是前瞻成分(prospective component)的生理基礎，在前瞻記憶任務中主要負責意向維持、目標監測，丘腦、顳葉是回溯成分(retrospective component)的生理基礎，在前瞻記憶任務中主要負責對意向內容的提取。

一 認知神經科學研究

（一）前瞻成分的神經機制

現有研究證實，額葉皮層與前瞻記憶特別是前瞻成分的認知機制緊密相關[1，2]。電生理學證據表明，前額葉參與了前瞻記憶的加工，West等[3]通過對前瞻記憶和回溯記憶的事件相關電位的對比研究表明，前瞻記憶中意向維持階段出現了雙側額極的激活。神經影像學研究對額葉的具體部位在前瞻記憶中的作用的定位較為精確，例如，Einstein等[4]的fMRI研究表明，對PM目標的監測依賴于內側額葉后部的激活。Burgess[5]等人采用PET技術對前瞻記憶的腦神經機制進行研究，讓被試執行四種不同的前瞻記憶任務，即用四種不同的實驗材料（圖形、數字、單詞等），每種實驗材料包含三種條件：控制條件，預期條件和執行條件。控制條件只有背景任務，沒有前瞻記憶任務；預期條件是告知被試在背景任務中包含一定的前瞻記憶任務，當看到PM目標時要做出某種反應，但實際上預期的PM目標卻始終沒有出現；執行條件是告知被試需要完成背景任務和前瞻記憶任務，PM目標實際出現的比例大約為20%。PET數據表明，相對于控制條件，四種實驗材料的預期條件和執行條件在PM目標未出現時都激活了雙側額極布洛德曼10區，相應的在右側前額葉的局部腦血流（rCBF）出現了下降。所以Burgess認為布洛德曼10區、右側前額葉、頂葉后部區域和意向的保持或線索監測有關。

上述研究證明，前額葉區域參與前瞻成分的認知過程，但關于前額葉的不同部位的作用有一些不同的研究結果，有待于進一步研究。

（二）回溯成分的神經機制

Burgess等的兩項PET研究都發現，當被試執行前瞻記憶任務時，丘腦被明顯激活，表明丘腦和意向的實現有關。同樣，Oka等[6]的fMRI研究也表明，丘腦參與了前瞻記憶的提取，在較長前瞻記憶任務條件下雙側丘腦出現了激活，且在高目標頻率(target frequencies)的前瞻記憶條件下的激活遠強于低目標頻率的條件下的激活。這表明丘腦在前瞻記憶中由當前進行的活動適時地轉換為目的行為的過程中起著重要的作用。Simons等人[7]采用腦成像技術，對前瞻記憶的兩種成分是否具有共同的生理基礎進行考察，把目標識別和意向提取的認知需求水平作為自變量進行操縱，目標識別條件把意向提取的認知需求水平最小化，把目標識別的認知需求水平增大，而意向提取條件把目標識別的認知需求水平最小化，把意向提取的認知需求水平增大，從而實現了對目標識別和意向提取在一定程度上的分離。結果顯示目標識別和意向提取條件下行為數據有差異，但兩者在前額葉皮質（BA 10）有明顯相同的血液動力學改變模式，Simons等人推測雖然目標識別和意向提取可能行為上獨立，但他們至少在前額皮層有一些共同的神經基礎。另外兩個研究從某種程度上驗證了這一點。Einstein等[8]的fMRI研究表明，前瞻記憶執行的調整過程更多地依賴于前額葉的外側。Burgess[9]的PET研究也表明，在執行前瞻記憶時，雙側額極的局部血流量增加，但布洛德曼10區的內側和外側在前瞻記憶中的作用是不同的，內側抑制目的行為的產生，而外側則促進目的行為的產生。

二 神經心理學研究

神經心理學的大量實驗研究表明, 額部的損傷對前瞻記憶有很大的影響，因為額葉的執行功能是前瞻記憶完成的關鍵[10]。對阿爾茲海默氏癥(Alzheimer’s disease,AD)、帕金森氏癥(Parkinson’s disease, PD)、精神分裂癥(schizophrenia)、腦卒中（stroke） 患者，閉合性腦損傷（closed-head injury）患者的研究表明，這些額葉損傷患者都存在不同程度的前瞻記憶障礙。

（一）AD患者的研究

50%的AD患者最初的癥狀都是記憶缺失，特別是前瞻記憶，對于癡呆癥的早期發現非常敏感，可以作為臨床上的最早探測手段。一項研究對46個AD患者在失憶診斷前3年的前瞻記憶成績和回溯記憶成績與正常人的比較表明，臨床前AD患者在前瞻記憶和回溯記憶方面都有缺陷。但前瞻記憶比回溯記憶更能獨立地對AD作出預測[11]。

（二）PD患者的研究

由于執行功能的損傷，PD患者對于要求適應新環境、自我發動的認知過程或自我監控的情況表現較差，因此在前瞻記憶任務上表現較差。Katai等人[12]對患病平均5.5年、無其他神經疾病歷史的帕金森氏門診病人與正常人在前瞻記憶上的表現進行對比，結果表明，帕金森氏病人在事件性前瞻記憶上得分顯著低于正常人。而且，有研究[13]表明晚期病人比初期病人的前瞻記憶有更大的缺陷，說明這些缺陷隨著疾病的加重而增加。有研究[14]考察了PD病人進行事件性前瞻記憶任務的意向形成，意向維持，意向啟動，和意向執行四個不同的階段的表現，結果表明，PD病人的意向形成階段受損，并表現出意向啟動受損的傾向。相反，即使需要執行的意向復雜，意向的回溯記憶也沒有受損。

（三）精神分裂癥病人的研究

首個對精神分裂癥病人和正常人的前瞻記憶表現差異的研究中[15]，采用三種測量前額葉功能的神經心理測驗和三種前瞻記憶任務（時間性、事件性、活動性前瞻記憶）對慢性精神分裂癥病人前瞻記憶能力進行研究。背景任務為一般知識性的三選一題目，三種前瞻記憶任務為：時間性任務要求被試每五分鐘用對講機告訴研究助理他的累計正確分數，被試按空格鍵可以隨時查看時間。事件性任務要求被試每看到一般性知識問題中出現單詞“警察”就通過對講機告訴研究助理，共出現五次。活動性前瞻記憶任務中，一般性知識任務分成5分鐘一段，每段結束電腦屏幕變得一片空白，要求被試按空格鍵使電腦恢復并告知研究助理。結果表明，雖然精神分裂癥病人能夠理解和記住三種前瞻記憶任務的細節，但是他們的成績都顯著差于正常人。這一發現表明，精神分裂癥病人有一定的前瞻記憶缺陷，可能主要是因為不能認出線索和在適當的時機執行意向行為。在時間性前瞻記憶上的差異更顯著，可能是由于時間性前瞻記憶更依賴前額葉，而精神分裂癥病人的前額皮層病變造成的，結果支持了前額葉在前瞻記憶加工過程中的重要作用。郭緯和楊治良[16]對精神分裂癥病人的研究結果也驗證了以往研究。

（四）腦損傷病人研究

神經心理學研究者對兩個腦損傷病人進行前瞻記憶訓練[17]，證明了前瞻成分和回溯成分的神經機制可能是分離的。病人Y.O.，內側顳葉（medial temporal lobe）雙側受損，病人T.K.，基底前腦（basal forebrain）和右內側額葉（right medial frontal lobe）受損，兩個病人都有嚴重的順行性遺忘（anterograde amnesic）癥狀和正常的IQ。訓練前，對他們的一般記憶和前瞻記憶能力進行測試。訓練要求病人記住五種簡單的日常行為和執行的時間，然后當把時鐘撥到該時間時讓他們回憶行為內容。訓練一周一次持續3個月，訓練結束后再做同樣的記憶測試。結果表明Y.O.的記憶成績在整個訓練過程中逐步提高，而T.K.沒有明顯的提高。更詳細的分析發現，Y.O.的記憶成績中回憶時間好于回憶內容，而T.K.回憶內容好于回憶時間。而且，最后的記憶測試結果表明Y.O.的前瞻記憶成績的改善在于記得去記（前瞻成分），T.K.的提高在于記得內容（回溯成分）。說明基底前腦和右內側額葉是前瞻成分的基礎，內側顳葉是回溯成分的生理基礎，結果為前瞻成分和回溯成分具有獨立的神經基礎提供了證據。

三 年齡相關差異的生理機制研究

最近的行為和電生理學研究表明，前瞻記憶的年老相關差異是由于支持前瞻記憶編碼和目標識別的神經基礎的年齡差異造成的。具體反映在老年人較不易察覺PM目標，目標-意向的編碼似乎較年輕人效率低，對線索的正確反應下降錯誤反應增加。以往研究表明，前瞻成分年老相關的下降大于回溯成分，即使任務中的線索和意向數量相對較大時也是如此[18]。

前瞻記憶年老化的研究證實老化效應的出現很可能是由額葉執行功能的差異造成的[19]。Kliegel等人對40名老年人、40名年輕人的前瞻記憶和執行功能的關系進行考察，結果表明，前瞻記憶的年齡差異主要取決于執行功能的年齡相關的個體差異。而且，執行功能可以不同程度預測前瞻記憶成績。一項神經心理學研究對老年人前額葉功能、內側顳葉功能進行評估，并讓被試執行實驗室的事件性前瞻記憶任務[20]。結果表明，前額葉功能較好的被試比功能較差的被試表現出更好的前瞻記憶，內側顳葉功能對前瞻記憶則沒有顯著影響。而且，年齡差異只在高度復雜的前瞻記憶任務條件下顯現出來，可能是由于隨著任務難度的加大，要求中央執行系統參與的程度更大，老年人可供分配的注意資源比年輕人少，因而出現年老化效應。此外，年輕人的前瞻記憶成績也隨著任務難度的增加而下降。所以，Kliegel等人認為，額葉的執行功能與前瞻記憶有關。王麗娟[21]對3-5歲之間的學前兒童和青少年前瞻記憶的發展研究表明，年齡效應的存在與執行功能的成熟與完善密切相關，由于年幼被試相對于年長被試抑制背景任務的能力和在兩種任務間轉換注意的能力較差，因而在前瞻記憶的加工過程中成績較差。

電生理學研究驗證了前額葉調節的神經系統的效率下降導致老年人前瞻記憶失敗的假設。ERP研究表明，N300與線索覺察有關，而老年人N300的波幅較年輕人小，而且前額葉的慢波也相對減弱[22]，說明由前額葉支持的對意向的精細編碼隨年齡增長而衰弱了。而且，老年人顳葉及頂葉區域的前瞻正波的波幅比年輕人大，可能反映了紋狀皮質以外的區域（extra striate cortex）的神經活動，說明老年人對意向進行編碼時傾向于依賴加工水平較淺的知覺加工，而年輕人傾向于依賴精加工[23]。此外，腦功能成像研究表明，老年人前額葉出現明顯的老化現象，而且前額葉相對于其他腦區神經元數量減少和皮層萎縮更快[24]。

上述研究證明前額葉在前瞻記憶加工中起著核心作用，主要涉及前瞻成分，同時丘腦、內側顳葉是回溯成分的主要生理基礎，前額葉的部分區域也參與了回溯成分。此外，一些研究表明，前瞻記憶還與其他的一些腦區有關。如den Ouden等[25]的研究發現，右頂葉、楔前葉、扣帶前回和扣帶后回亦與前瞻記憶有關。但一些研究結果存在一定的差異，有待于進一步研究。

五 研究展望

有關前瞻記憶神經機制的研究可能為癡呆的早期診斷提供幫助和信息。但目前前瞻記憶生理機制的研究都是以事件性前瞻記憶為研究對象，關于時間性前瞻記憶的生理機制的研究嚴重缺乏，主要是由于技術問題較難開展。時間性前瞻記憶與事件性前瞻記憶的不同之處主要在于，它是在完全沒有外顯提示的情況下自我激發執行意向的，對前額葉的依賴程度可能是不一樣的。今后應加強對時間性前瞻記憶的生理機制的研究，以促進對前瞻記憶的生理機制的進一步了解。

此外，以往研究往往簡化回溯成分，從而保證如果前瞻記憶任務沒有執行不是由于回溯成分的影響，因此把問題限制在主要是與前瞻成分有關的變量上。然而，前瞻成分和回溯成分是前瞻記憶的兩個不可分割的成分，回溯成分不能被輕易忽略和簡化。因此，今后應加強對復雜的前瞻記憶（即回溯成分認知需求較高）的研究，以豐富前瞻記憶的研究體系。此外，對于前瞻成分和回溯成分是如何相互作用的，人們知之甚少，這種認識的缺乏將是未來關注前瞻成分及二者之間的交互作用的研究的動力。

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A Review on Researches of Physiological Mechanisms Underlying Prospective Memory

CHEN You－zhen
（Department of Psychology,Fujian Normal University,Fuzhou,Fujian 350007,China）

This article reviews researches of physiological mechanisms underlying prospective memory from studies of cognitive neuroscience and neuropsychology as well as age-related differences.Most studies show that physiological mechanisms underlying prospective memory are related to frontal lobe,thalamus and temporal lobe. The article also does research on the future prospects.

prospective memory;physiological mechanisms;cognitive neuroscience;neuropsychology

B844

A

1674-3652（2010）01-0095-05

2009-11-26

陳幼貞（1977- ），女，福建漳州人，福建師范大學教育學院心理學系講師，博士，主要從事發展心理學研究。

[責任編輯：阿 力]