執行功能中更新的研究范式介紹

馬明明

陜西師范大學心理學院

執行功能中更新的研究范式介紹

馬明明

陜西師范大學心理學院

執行功能就是指在完成復雜的認知任務時，對各種認知過程進行協調，以保證認知系統以靈活、優化的方式實行特定目標的一般性控制機制。而更新是其功能的一個重要的組成部分。以英文文獻中的實驗方法為著眼點，對執行功能更新的研究范式或方法進行了簡單介紹與評價，同時涉及了記憶刷新的其他兩種主要研究范式：活動記憶范式和n—b a c k范式，以期研究者對相關研究有更深刻的理解。

意識和無意識加工；執行功能；更新；獎賞；努力

面對瞬息萬變的世界，我們需要實施計劃行為、形成推理、解決問題、同時完成多項任務、適應新的環境和遵守社會規范。而要順利完成這些，我們必須學會隨時監控外部世界及內心活動，排除或抑制無關信息的干擾，選擇必要的信息輸入，并從長時記憶中提取有關信息，對這些信息進行比較、整合；此外，我們還需要抑制不必要的、但已形成的優勢反應，以產生協調有序的動作和行為。完成這些活動所必需的高級認知功能就是“執行功能”。換言之，執行功能就是指在完成復雜的認知任務時，對各種認知過程進行協調，以保證認知系統以靈活、優化的方式實行特定目標的一般性控制機制；其本質就是對其它認知過程進行控制和調節，而它的根本目的就是產生協調有序的、具有目的性的行為。執行功能出現障礙會導致患者產生認知、情緒和社會功能等方面的異常。因此，對大腦執行功能進行研究既具有重大的理論意義，也具有重要的現實意義。

一、文獻簡介

所閱讀英文文獻的題目是Conscious and Unconscious Reward Cues Can Affect a Critical Component Of Executive Control(Un)consciousUpdating?其涉及的主要信息如下：

1、研究目的

文章的研究目的是確定無意識的獎賞提示是否和有意識的獎賞提示一樣也能增加參與者在更新任務中的表現。在這一任務中，參與者須記住一些數字并且依據一系列的算術操作獨立地更新這些數字。在每次試驗的開始，獎勵（1歐元或5美分）被無意識（27ms）或有意識地（300ms）呈現。如果參與者能夠成功地報告出最后正確的數字序列，他們可以獲得這些獎勵。我們假設，無論在有意識或無意識的條件下，相對于低獎勵而言，獲取高獎勵的可能性以及表現將會增加。

2、實驗方法

被試

Liege大學的學生28名（20名女性，年齡21-30歲），右利手，視力正常或接近正常。該實驗得到當地的倫理學委員會的認可并付諸實施，符合赫爾辛基的宣言。每名參與者進入實驗之前都閱讀并且簽署了知情同意書。參與者可收到他們在實驗中獲得的獎勵。該實驗采用2（獎賞價值：低vs高）×2(獎勵呈現：閾上vs閾下)設計。

更新任務

更新任務在75-HZCRT的屏幕上呈現。首先，參與者接受四種練習實驗（每種條件下一次試驗），接著是任務本身，包括60個試驗（每種條件下重復15次）。每次試驗開始，會出現一個十字標志。緊接著是前掩蔽，獎勵刺激，后掩蔽，最后是更新任務。參與者被告知如果他們反應正確，他們將獲得試驗開始時呈現的獎勵。累積的收入會在每次試驗結束時顯示出來。參與者被告知獎勵刺激是1歐元或5美分，而且有時這些數值會很難被識別。這一程序確保參與者在更新任務期間將注意力集中在獎勵上。

更新任務要求被試記住五個數字并且根據六次算術操作獨立地更改這些數字。算術操作包括加法和減法，為保持難度一致，每位數字的中間和最后的結果的范圍劃定為0-9。參與者被告知必須報告出五個正確數字才能獲得獎勵。在每一試驗的開始時獨立地記住的五個數字，六種連續的更新的操作和反應在60種試驗中都是不同的，這一程序保證了獎勵刺激和反應之間不存在內隱學習和聯系的可能性。

知覺辨認任務

更新任務結束后，參與者實施迫選測驗。參與者先接受4種練習試驗，接著是更新任務中的60個試驗。每個試驗包括與更新任務中相同序列的掩蔽和刺激，與此同時顯示一些選擇。參與者可以按鍵做出選擇，鍵1表示“看見1歐元”，鍵2表示“看見5美分”，鍵3表示“猜測是1歐元”，鍵4表示“猜測是5美分”。參與者被告知與反應速度相比，反應準確性更重要。不同的反應結果停留在屏幕上直至做出正確的反應。

3、主要的結果

該實驗采用兩因素方差分析。分析解釋獎賞價值有顯著效應F(1,27)=17.23,p＜.0003,η2p=.39.

更該方差分析揭示相對于在意識條件下，被試在無意識條件下會在更新任務中有更好的表現,F(1,27)=7.31,p＜.01,η2p=.21.兩因素交互作用不顯著（p＜.70）。為確定在兩種條件下存在獎勵效應，該實驗補充實施了t檢驗。檢驗表明參與者在兩種條件下，相對于低獎勵對高獎勵有較好的表現。

對正確反應數字的百分比同樣進行了兩因素方差分析，結果顯示，獎勵價值有顯著效應F(1,27)=10.57,p＜.003,η2p=.28.獎勵持續時間也有顯著效應F(1,27)=6.08,p＜.02,η2p=.18.方差分析揭示兩者之間沒有顯著的交互作用（p=.61）。我們同樣確定在兩種條件下存在著獎勵效應。然而，參與者在無意識條件下，相對于低獎勵而言對高獎勵顯現出較好的表現，t(27)=4.56,p＜.0001,η2p=.44,在意識條件下則不然(p=.14)

為了探測速度-準確性權衡中潛在的變化，實驗對反應時間進行了兩因素方差分析，反應時間會在每次試驗結束時被收集。因此，只有正確反應百分比的反應時間被檢驗。結果出現了邊緣獎勵趨勢，F(1,27)=3.85,p=.06,η2p=.15。相對于低獎賞條件，參與者傾向于對高獎賞表現出較好的反應時間。t檢驗結果揭示在無意識條件下，相對于低獎勵，參與者對高獎勵的反應更快，也付出了更多的努力，而在意識條件下則無此現象發生。分析還揭示了獎勵提出持續時間效應和交互效應不存在，這表明試驗中無速度-準確性權衡。進一步分析表明，正確反應的比例與反應時間無顯著聯系。

我們對正確反應的平均值實施了主要能見度測試分析，一個正確的反應意味著參與者已經看到或是猜到硬幣的數值。在閾下意識條件下，正確反應的平均百分比是51.79（SD=7.32），與猜測的數值無顯著差異，t(27)=1.45,p=.16。每位參與者的d’成績（M= 0.09；SD=0.03）也與零無顯著差異t(27)=1.43,p=.16。

二、研究范式的簡介與評價

以上研究范式是在Salthouse,Babcock,and Shaw的記憶更新范式的基礎上發展而來的,而且經常被運用于認知研究當中［1］。

在單個試驗中，每一列呈現事件,并且每個方框對應于電腦屏幕上顯示的一系列事件。黑線部分表示象限，并在電腦屏幕上給予顯示。初始值出現在第一個方框的相應象限或呈現的方框中。接下來的方框指出被試將做何種形式的轉換，以及轉換時所涉及的變量（比如說在哪個象限）。比如，在數字部分，這一部分涉及3個變量，3次運算操作，每一象限的初始值在前3次屏幕顯示時依次顯現出來（如6,7,4）。剩余3個方框表示，被試需要在相應象限現有數值的基礎上加5，在相應象限現有數值的基礎上減4，最后在相應象限現有數值的基礎上減1。表示運算結束后需要報告的數值。在此例中，正確的結果是8（4+5-1=8）。

任務的空間部分與數字運算部分的相似之處在于，每個象限中顯示的是星號的初始位置，接下來的方框預示著每個星號將要變換的位置。箭頭表示被試在腦中移動星號的方向和程度。與數字部分相同，要求被試呈現任務結束后的數值（此處指星號的位置）。

Salthouse,Babcock,and Shaw運用此類方法驗證了成人工作記憶中的建構和操作能力方面存在的年齡效應。

與以往研究不同，所選英文文獻在此基礎上所使用的更新任務難度有所加大，這暗示了參與者在任務上的成就可能會被感知為不確定，在硬幣未被有意識看到的閾下條件下，參與者沒有意識到他們為硬幣付出的努力是否合理。這可能同時增加不確定性和吸引力，從而忽略獎勵的價值以提升整體表現。從而對實驗結果作出了較為合理的解釋。

Ecker,Lewandowsky,Oberauer,＆Chee以及Schmiedek,Hildebrandt,Lvdén,Wilhelm,O.,＆Lindenberger［2］等人，運用此類研究方法或范式做了學習、記憶和認知相關的研究。

另外，更新功能的研究常采用的研究方法還有活動記憶范式和n—back范式。活動記憶范式要求被試聽或看一系列未知長度的項目串，被試者在系列回憶時，有兩種回憶方式，一是回憶出盡可能多的項目，二是只回憶最近呈現的幾個項目。Kiss等人利用活動記憶范式研究執行功能的腦定位，該實驗利用ERP的方法對相應腦區的活動進行考察，發現對數字的控制與存儲是相分離的。n—back范式要求被試者將剛剛出現過的刺激與前面第n個刺激相比較，通過控制當前刺激與目標刺激間隔刺激個數來操縱負荷。P.O.Harvey［3］等人用n—back范式評估年輕抑郁癥住院病人的刷新加工，抑郁病人在n—back任務中顯示了較差的操作。他們的結果說明：排除包括2-back和3一back條件的復雜信息管理，1-back條件是一個更純的刷新加工測量方法。n-back任務也被廣泛用于工作記憶的神經成像研究中。

最新的神經成像研究表明切換、刷新和抑制等執行功能依賴于非抑制前腦區的分散的大腦網絡,記憶刷新過程與前額葉皮層(特別是背外側部分)關系密切。針對刷新加工的進一步研究指出的P300成分被認為是工作記憶刷新的一個指標。隨著ERP、fMRI、M EG、重復經顱磁刺激等研究技術的發展及其結合應用將會推動該領域的研究，為最終揭示工作記憶的腦機制提供趨于一致的科學證據。

[1]Ecker,U.K.H.,Lewandowsky,S.,Oberauer,K.,＆Chee,A.E.H., The componentsofworkingmemory updating：An experimentaldecomposition and individual differences.Journal of Experimental Psychology：Learning,Memory,and Cognition,2010(36).

[2]Schmiedek,F.,Hildebrandt,A.,Lovden,M.,Wilhelm,O.,＆Lindenberger,U..Complex span versus updating tasks of working memory：The gap is not that deep.Journal of Experimental Psychology：Learning,Memory,and Cognition,2009(35).

[3]P.O.Harvey,G.,Le Bastard et al.Executive function and updating of the contents ofworkingmemory in unipolor depression,Psychiatric Research,2004(38).

馬明明（1987-），女，漢族，籍貫：河南商丘，陜西師范大學心理學院，研究方向：基礎心理學。