高功能孤獨癥幼兒空間工作記憶的組塊加工缺陷*

李松澤 胡金生 李騁詩 王 琦何建青 王 妍 楊翠萍

(1遼寧師范大學心理學院,大連 116029)(2大連市中山區春雨幼兒園,大連 116001)

1 問題提出

生活中,人們常常需要記住人或物體的位置及位移。穿過車水馬龍的十字路口、借助周圍建筑物的位置確定目的地和認路,在教室或會場根據他人位置記住自己的座位,這些都離不開空間工作記憶(spatial working memory)。孤獨癥譜系障礙(Autism Spectrum Disorder,ASD)是一組幼年期初發的神經發育障礙,雖然社會交往障礙和重復刻板行為被認定為ASD的核心癥狀(American Psychiatric Association,2013),不過,目前對這組疾病的認識已不單單局限于社會功能障礙和行為問題。已有研究證實,ASD群體存在較為明顯的、多方面的認知缺陷。其中,中央統合較弱、執行功能障礙、心理理論缺陷是 ASD群體的三大認知缺陷,與之相關的神經生理機能受損也是探索 ASD生物學病因的關鍵突破口(Barendse et al.,2013;Kim et al.,2016;Mackie &Fan,2016;Torii,2011)。空間工作記憶作為執行功能的重要方面,不僅在日常認知活動中起到基礎性作用,而且能夠反映 ASD群體的相關神經系統發育特點,兼具臨床干預和病因探究的雙重價值。

空間工作記憶是指人在短時間內對刺激物空間位置信息的保持與操控能力,主要涉及個體對客體位置的感知與記憶、對動態物體位移的覺知及位置刷新等,是完成復雜的認知任務必不可少的環節(Huntley,Bor,Hampshire,Owen,&Howard,2011)。多項研究發現,高功能孤獨癥者存在空間工作記憶缺陷。例如,Cui,Gao,Chen,Zou和Wang (2010)采用N-back任務考察ASD兒童的空間工作記憶,結果顯示,他們在2-back水平所需反應時較長,且反應時較 1-back水平的延長比普通被試更加明顯。Geurts,Verté,Oosterlaan,Roeyers和 Sergeant (2004)采用Corsi空間廣度任務考察高功能孤獨癥兒童的空間工作記憶容量,研究發現,ASD被試的空間容量顯著低于普通兒童。Kaufmann等(2013)采用劍橋大學神經心理成套測驗(Cambridge Neuropsychological Tests Automated Battery,CANTAB)的空間工作記憶測驗,結果顯示,高功能ASD被試的搜索效率明顯較低,他們完成任務需要更長時間,搜索錯誤率更高,難以形成相對固定的搜索策略,尤其當難度水平增大時,高功能ASD被試所呈現缺陷更明顯。

有關 ASD群體空間工作記憶缺陷的闡述,最具影響力的是信息復雜性理論(information complexity account),即任務越復雜,ASD個體呈現的記憶缺陷越明顯(Barendse et al.,2013)。這種“復雜”主要涵蓋3個方面：刺激物的數量、高效的記憶策略所需認知資源的量、其他導致任務難度增加的因素(Jiang,Capistrano,&Palm,2014)。基于行為學、神經生理學領域的研究表明,ASD者存在認知負荷效應(effects of cognitive load),即隨任務的認知負荷量增大而缺陷加重。這種觀點不僅在n-back任務等多種空間工作記憶范式下得到證實,其神經生理機制亦有跡可循。根據孤獨癥的“知覺功能促進化模型” (Enhanced Perceptual Functioning model)以及近幾年的fMRI研究結果,當任務的復雜程度增加時,ASD個體往往呈現額?頂網絡失活狀態,取而代之的是腦后部區域的代償激活,但是,這種初級的視知覺區域激活無法勝任復雜的認知任務(Mammarella,Giofrè,Caviola,Cornoldi,&Hamilton,2014;Matsuura et al.,2014;Mottron,Dawson,Soulières,Hubert,&Burack,2006;Steele,Minshew,Luna,&Sweeney,2007;Vogan et al.,2014)。

從認知機制層面解釋 ASD者空間工作記憶的“認知負荷效應”,已有研究主要著眼于三個方面。第一,ASD個體工作記憶容量不足,記憶存儲器能夠存儲的刺激量少于普通人群,當認知負荷增大時,可能超出 ASD者記憶存儲器的可容限度,導致記憶效果的降低(Cui et al.,2010;Jiang et al.,2014;Williams,Goldstein,Carpenter,&Minshew,2005);第二,由于ASD者存在注意和執行功能的異常,對高負荷任務的信息加工更易受干擾,從而影響空間表征(Chien et al.,2015;Makovski,Sussman,&Jiang,2008);第三,根據弱中央統合理論(weak central coherence),ASD個體在認知活動對復雜信息的整合能力較弱,當認知負荷增大時,他們對復雜刺激無法整合分析,難以形成高效的記憶加工策略(Happé &Frith,2006;Mammarella et al.,2014)。

以上三種觀點從記憶容量、執行功能、認知風格三方面揭示了 ASD個體空間工作記憶缺陷的特征及可能的原因,但著眼點均在較寬泛的認知領域,并未直接切入到空間工作記憶本身的信息加工環節,即編碼、保持、存儲、提取過程中具體的加工策略或形式。為深層次把握 ASD者存在此種加工困難的具體環節,組塊加工過程是一個重要著眼點。組塊(chunking)是工作記憶加工中的策略化編碼形式,是指將一組刺激信息編碼為整合、壓縮、高效的信息加工單元(Bor,Duncan,Wiseman,&Owen,2003)。首先,組塊能夠擴大空間工作記憶容量。高通達的組塊將零散刺激組織為若干個有意義的整體單元,從而利用有限的認知資源記憶更多項目,因而 ASD者的記憶容量小很可能與缺乏組塊能力有關。其次,高水平的組塊加工反映個體的注意控制力以及注意聚焦內的信息加工速度,尤其在任務相對復雜時,多個刺激間的組塊存在競爭,抑制無關項目的干擾,充分利用有限資源,并在短時間內迅速形成高水平的組塊,需要較強的注意控制力和高效的資源分配能力。而且,ASD者在空間工作記憶中表現出的注意和執行困難,也一定程度上由于不善運用組塊策略。最后,高水平組塊的前提是對多項刺激的整合,ASD者過度關注細節的認知風格,致使其缺乏自上而下的信息整合動機,難以形成高效的組塊加工策略。綜上所述,組塊加工可能是進一步揭示 ASD者空間工作記憶受損環節的重要切入點。對ASD者組塊加工過程的研究,不僅為目前存在的現象提供認知機制層面的解釋,而且對于ASD者認知能力的干預和改善具有啟發意義。

弱中央統合理論(weak central coherence)是孤獨癥的重要認知理論,即 ASD群體的認知風格普遍存在著重局部、忽略整體的特點,表現為無法提取整體的形式和含義,但在局部和細節加工方面具有特殊的優勢。這一理論在言語理解、空間知覺、社會認知等諸多方面得到印證。例如,ASD被試在閱讀中過分關注片段或細節,忽略情境主題;鑲嵌圖形測驗中,對靶圖形的覺知較少受到格式塔的影響;在面孔識別中無法整體感知面孔,對正置和倒置面孔覺知相似(Happé &Frith,2006)。由于空間工作記憶的加工過程較多涉及刺激間的位置關系,ASD者著重細節而忽略整體的認知風格可能影響到空間信息的整合感知。

已有研究通過控制刺激的集中性、控制背景一致性等方式,探討 ASD者的弱中央統合是否影響空間工作記憶的加工,但所得結論并不一致(Jiang et al.,2014;Mammarella et al.,2014)。基于普通人的研究發現,組塊的形成與刺激布局結構化程度有關,高結構化的布局更容易激發策略化編碼,形成高度整體性的組織模式,從而產生高水平組塊(Huntley et al.,2011)。目前,未曾有研究直接考察ASD者空間工作記憶的組塊加工,本研究首次通過控制刺激布局的結構化程度,對 ASD幼兒的空間組塊能力進行探討。即向被試呈現高、低結構化的刺激圖片,要求被試記憶圖片中若干刺激物的位置。本研究假設,健康幼兒具有組塊加工的能力和動機,在容易組塊的高結構化條件下,記憶成績將顯著優于低結構化條件;而 ASD幼兒由于缺乏組塊加工策略,在高、低結構化條件下的記憶成績差異不明顯。

實驗1采用Sternberg空間工作記憶任務,呈現高結構化、低結構化兩類刺激材料,要求被試對某個特定刺激的位置進行再認。健康兒童具有組塊加工的認知模式,在高結構化條件下的記憶成績應顯著好于低結構化條件(Huntley et al.,2011)。如果ASD幼兒同樣能夠采取組塊策略,那么,在高結構化條件下將容易形成高水平組塊,記憶成績也應顯著優于低結構化條件;反之,如果 ASD幼兒缺乏組塊策略,則兩種刺激布局下的記憶成績無顯著差別。實驗2采用Corsi空間廣度任務,采取逐一呈現刺激的方式,以高結構化、低結構化兩類路徑呈現刺激材料,要求被試對所呈現刺激按相同順序進行重復。通過與健康幼兒的對比,考察ASD幼兒是否具備在頭腦對刺激進行組塊的能力,并探討組塊能力是否直接影響其空間工作記憶容量。健康幼兒存在組塊的認知機制,能夠在頭腦中對逐一出現的刺激進行組織,因此,他們在高結構化條件下的記憶容量應顯著大于低結構化條件(Watter,Heisz,Karle,Shedden,&Kiss,2010)。如果ASD幼兒同樣具有這種組塊能力,那么,他們在高結構化條件下的記憶容量較低結構化條件大,反之,兩種條件下的記憶容量應無顯著差異。

另外,空間工作記憶作為基礎性的認知能力,隨著個體的年齡發展而經歷發生和逐步完善的過程。Gathercole,Pickering,Ambridge和 Wearing (2004)通過因素分析的方法,將工作記憶劃分為三個模塊,分別為簡單語音存儲(verbal storage-only)、復雜記憶廣度(complex memory span)和視覺?空間記憶(visuo-spatial memory)。該項研究考察4～15歲兒童空間工作記憶各模塊的發生和發展狀況,結果顯示,三個模塊均呈現明顯的隨年齡增長而逐漸成熟的趨勢。4歲幼兒已表現出基本的工作記憶能力,只有少數較為復雜的加工能力,如迷津回憶、計數回憶等,在6歲時才得以完善。而本研究所涉及的空間位置記憶在 4歲時就已經出現。另外,Moher,Tuerk和Feigenson (2012)研究發現,普通個體在嬰兒期即表現出記憶的組塊加工傾向。目前,ASD者空間工作記憶的研究大多集中在學齡期兒童和青少年,尚未涉及學齡前幼兒(Piefke,Onur,&Fink,2012)。ASD 是發展性的神經發育障礙,認知能力形成初期的發展特點具有基礎性、機制性的意義。兼顧研究的價值和實驗可操作性,本研究選用高功能的 ASD學齡前幼兒,以真實的物品作為實驗材料,采用實物演練、互動實操的形式確保被試理解并有效執行實驗任務,嘗試揭示認知能力發展初期的組塊加工特點,為 ASD的早期認知評估與干預提供參考。

2 實驗1 高、低結構化的空間位置再認

2.1 方法

2.1.1 被試

從同時招收特殊幼兒和普通幼兒的大連市中山區春雨幼兒園選取高功能孤獨癥幼兒 20名,其中2名幼兒因存在明顯多動癥狀、穩定性差而無法完成實驗任務,3名幼兒因無法理解任務要求而未能完成實驗。最終有15名ASD幼兒作為有效被試完成實驗,均為男孩,視力或矯正視力正常。所有被試均經醫院臨床診斷為孤獨癥,符合

DSM-V、ICD-10

等精神病學專業診斷標準。為使孤獨癥組與健康幼兒組被試達到智力匹配,以控制智力因素對實驗結果可能造成的影響,同時考慮到功能較低的孤獨癥幼兒理解力和配合程度較差,研究所選被試均為智力達到或接近正常水平,無明顯語言障礙的高功能孤獨癥幼兒,且無其他重大軀體疾病、精神疾病或殘疾。在同一所幼兒園選取健康幼兒 20名作為對照組,其中2名因難以理解任務要求而未能有效完成實驗,最終有18名健康幼兒完成實驗,均為男孩,視力或矯正視力正常,經與其教師訪談,排除重大軀體疾病和精神障礙。所有被試均為右利手,沒有明顯的特定形狀或顏色偏好,無記憶力超常現象。兩組被試從生理年齡、言語智力、非言語智力 3方面進行匹配,其中言語智力的匹配采用PPVT-R (Peabody Picture Vocabulary Test-Revised),非言語智力匹配采用聯合型瑞文智力測驗(Combined Raven’s Test,CRT)(表1)。

表1 被試樣本的基本特征

2.1.2 實驗任務與材料

實驗1采用經典Sternberg空間工作記憶任務(Sternberg Spatial Working Memory task)。該任務的基本邏輯是：同時向被試呈現若干個刺激,要求被試對全部刺激的空間位置進行記憶。隨后,呈現其中一個刺激,要求被試判斷該刺激位置是否正確。本研究在此范式的基礎上加入刺激結構化因素,考察刺激布局的結構化程度是否影響記憶成績,從而評估組塊加工功能。

實驗所呈現刺激為 16個圓柱體盒子,4×4矩陣排列。所有盒蓋為打開狀態,其中4個盒子中各有1個正方體木塊。木塊的布局方式分為高結構化、低結構化兩種。在高結構化條件下,相鄰兩個木塊常常在同一條水平線、垂直線或對角線上,4個木塊共同組成一規則的對稱四邊形或平行四邊形,容易形成高度整體化的組塊形式(圖 1A);在低結構化條件下,4個木塊組成的圖形不規則、不對稱,布局較零散,不易整體覺知(圖1B)。

圖1 實驗1刺激材料示例

實驗刺激材料的制作過程是將盒子、木塊等用相機拍照,再用 Photoshop制圖軟件進行編輯,最后生成背景為透明的png格式圖片。材料的呈現使用E-prime 2.0軟件,呈現在顯示屏為14寸的筆記本電腦上,屏幕分辨率設定為 1280×768像素,刺激圖片大小為600×600像素,呈現在屏幕中央,背景為白色。

2.1.3 實驗設計

采用2(被試類型：高功能孤獨癥幼兒、健康幼兒)× 2(刺激結構化程度：高結構化、低結構化)二因素混合實驗設計。被試類型為被試間變量,刺激結構化程度為被試內變量。因變量為每組被試在高、低結構化條件下對木塊位置進行判斷的正確率。

2.1.4 實驗程序

每個試次開始時,屏幕上呈現4×4矩陣排列的16個盒蓋閉合的圓柱體盒子,主試確認幼兒的注意力集中在屏幕上時,立即按鍵盤上的空格鍵觸發試次。這時盒蓋全部打開,其中4個盒子里呈現木塊,幼兒需記住木塊在哪幾個盒子里。盒蓋打開3000 ms后關閉。經過1000 ms的記憶存儲時間,其中一個盒子上出現一小手,這時幼兒需盡快判斷小手所指的盒子里是否藏有木塊,并使用 E-prime配備的反應盒進行反應,如有,按反應盒左邊的1鍵,如沒有,按右邊的 4鍵。為方便幼兒進行反應,主試事先在反應盒對應按鍵上貼上“有”和“沒有”的標簽。為保持幼兒的積極性,每個試次結束時有反饋。如果幼兒反應正確,屏幕上出現一顆星星表示獎勵,反饋內容為“答對啦！你真棒！”;如反應錯誤,反饋內容為“加油哦！還有機會！”。反饋呈現2000 ms后自動進入下一試次(圖2)。

圖2 實驗1流程

實驗在幼兒園的一間個體訓練室中進行,安靜且隔音。在實驗開始之前,為確保幼兒能夠理解并有效完成任務,主試和實驗助手先以與刺激圖片中相同的4個圓柱體盒子和1個正方體木塊進行2輪實物演練。首先,助手將4個盒子以2×2矩陣式擺放在幼兒面前,蓋上盒蓋。主試對幼兒說：“小朋友,你看,桌子上有4個藍色的盒子。”這時,助手將盒蓋全部打開,其中一個盒子里有木塊。主試對幼兒說：“看,盒子里有個小木塊！指一指,木塊在哪里？”待幼兒手指向木塊后,助手將盒蓋全部蓋上。然后,主試指著有木塊的盒子,問幼兒：“這個盒子里有木塊嗎？”,幼兒回答“有”,第1輪演練結束。主試將盒子順序打亂,重復上述過程,最后指著一個沒有木塊的盒子問幼兒：“這個盒子里有木塊嗎？”,幼兒回答：“沒有”,則第2輪演練結束。

幼兒成功通過實物演練后,在計算機上練習實驗任務。實驗的指導語為：“小朋友,你將看到電腦屏幕上有一些圓盒子,老師將盒子打開,你會看到其中4個木塊。請你記住木塊在哪些盒子里。盒子很快會蓋上,其中一個盒子上出現一只小手。請你回答小手所指的盒子里有沒有木塊,如果有,按 1鍵,如果沒有,按 4鍵。如果你答對了,屏幕上會有一顆小星星表示獎勵。”在練習過程中,主試邊講述指導語,邊指導幼兒操作。主試可根據幼兒的接受程度進行反復多次的協助指導,直到幼兒的操作較為熟練時,即進入正式實驗。練習試次與正式實驗的材料不重復,被試的反應不計入結果的統計分析。

正式實驗包括兩組,每組22個試次,其中高結構化、低結構化條件下各11試次,偽隨機呈現。整個實驗共44試次,小手所指盒子里有、無木塊的情況各半。第一組測試結束后,被試稍事休息,再完成第二組測試。正式實驗持續時間約15 min。在正式實驗過程中,主試始終在被試左側觀察被試的行為,如果被試在刺激呈現中出現明顯的注意力分散,如眼睛看向別處、與主試說話等,主試按鍵盤上的Q鍵跳過該試次,并提示幼兒集中注意力于下一試次。跳過的試次將不用于結果分析。

2.1.5 數據收集與分析

實驗中被試的反應數據由 E-prime 2.0軟件記錄,使用SPSS 18.0進行統計分析。統計分析剔除了因被試注意力分散等原因由主試按鍵跳過的試次,以及每名被試反應時平均值上下3個標準差以外的試次,孤獨癥幼兒組有效試次占試次總數的83.3%,健康幼兒組有效試次為93.8%。

2.2 結果

高功能孤獨癥幼兒與健康幼兒在高、低結構化條件下反應正確率的描述性統計見表2。刺激結構化程度與被試類型的混合重復測量方差分析顯示,刺激結構化程度主效應顯著,

F

(1,

表2 高功能孤獨癥幼兒與健康幼兒完成 Sternberg空間工作記憶任務的正確率(%)(M±SD)

圖3 實驗1被試類型與刺激結構化程度的交互作用

3 實驗2 高、低結構化的空間位置回憶

3.1 方法

3.1.1 被試

實驗2選用與實驗1相同的被試。為避免完成實驗先后順序可能造成的結果誤差,半數被試首先完成實驗1,其余被試先完成實驗2。為防止練習效應和被試疲勞,每名被試完成一個實驗一周后,再完成另一實驗。

3.1.2 實驗任務與材料

實驗2采用Corsi空間廣度任務(Corsi’s Spatial Span task),操控刺激呈現路徑的結構化程度,考察刺激結構化是否直接影響被試的空間工作記憶容量。該任務的基本流程是：將若干木塊固定于木板上,主試按照一定順序敲擊若干木塊,要求被試按照相同順序重復主試的操作。如果被試反應正確,則所敲木塊數量增加1。被試能夠正確重復的木塊數量上限,即為該名被試的空間工作記憶容量。

實驗所用材料為 16個正方體木塊,以 4×4矩陣形式排列在1個正方形的木板上。刺激呈現的路徑分為高結構化和低結構化兩種(圖4)。在高結構化條件下,所敲擊的2個木塊在一條水平或垂直線上,3個及以上木塊的敲擊路徑為規則的常見多邊形或對稱圖形,路徑無交叉,易于整合(圖 4A);在低結構化條件下,所敲擊的2個木塊不在一條水平或垂直線上,3個及以上的木塊敲擊路徑為不規則、非對稱圖形,路徑有交叉,不易整合(圖4B)。

為了避免主試敲擊動作、速度帶來的誤差,本研究采用計算機呈現刺激的方式,以木塊標亮的方式代替敲擊,被試直接在電腦上作觸屏點擊反應。計算機呈現刺激材料的制作過程是,首先將實物用照相機拍照,再用 Photoshop作圖軟件進行處理。圖片材料使用E-prime 2.0軟件呈現在14寸觸屏筆記本電腦上,屏幕分辨率設定為 1280×768像素,刺激圖片大小為 600×600像素,呈現在屏幕中央,背景為白色。

3.1.3 實驗設計

采用2(被試類型：高功能孤獨癥幼兒、健康幼兒)× 2(刺激結構化程度：高結構化、低結構化)二因素混合實驗設計。被試類型為被試間變量,刺激結構化程度為被試內變量。因變量為每組被試在兩種刺激呈現路徑下的空間工作記憶容量。

3.1.4 實驗程序

實驗在幼兒園一個安靜訓練室進行。首先計算機屏幕呈現一木板,木板上有4×4矩陣形式排列的16個木塊。主試確定幼兒將注意力集中在屏幕時,即按空格鍵觸發試次。這時,木塊依次標亮,每個刺激呈現1000 ms后消失,刺激間隔500 ms。刺激呈現完畢后,主試要求幼兒按照相同順序用手指點擊標亮的木塊,如被試反應正確,主試按鍵盤上的 F鍵,如反應錯誤,則按J鍵。此時呈現反饋,如果被試反應正確,屏幕上出現一顆星星,反饋內容為“答對啦！你真棒！”;如反應錯誤,反饋內容為“加油哦,還有機會！”。反饋呈現2000 ms,系統進入下一試次(圖5)。實驗的指導語為：“小朋友,我們來做一個小游戲。你將看到屏幕上有一個木板,木板上有一些小木塊,游戲開始后,小木塊會一個一個地點亮,你要記住木塊點亮的順序,并且重復點擊一遍。如果你做對了,屏幕上會有一顆小星星表示獎勵！”

正式實驗前,為了確保被試正確理解任務并有效操作,主試邊講述指導語,邊指導幼兒進行練習。首先,僅點亮1個木塊,經1000 ms消失。主試示意幼兒重復點擊,并給予積極反饋。幼兒點擊正確后,再呈現2個、3個刺激,被試均正確重復點擊,視為通過練習,可以進入正式實驗。為了保證能夠理解實驗任務的幼兒都能順利完成練習,練習試次中呈現的若干刺激相鄰,記憶難度低。

正式實驗中,刺激呈現的數量從 2開始,逐步增加到7。每個數量水平進行1組測驗,共6組。每組6個試次,其中高、低結構化條件各3個試次,隨機穿插呈現。同一條件下的3個試次有2個回答正確,即視為通過。在高、低結構化條件下,被試能夠通過的最大刺激數量分別為被試在相應條件下的空間工作記憶容量。一組測驗中,若被試在至少一個條件下達到通過,則實驗繼續,刺激數量增加1;若在兩個條件下均未達到通過,則測驗停止。主試分別記錄被試在高結構化和低結構化條件下的空間工作記憶容量。正式實驗根據每名被試的實際情況,進行10～15 min。

圖4 實驗2高、低結構化的實驗材料示例

圖5 實驗2流程圖

3.1.5 數據收集與分析

根據被試在每組測試中的通過情況,分別記錄每名被試在高、低結構化條件下的空間工作記憶容量,并采用SPSS 18.0進行統計分析。

3.2 結果

高功能孤獨癥幼兒與健康幼兒在高、低結構化條件下的空間工作記憶容量的描述性統計見表3。

表3 高功能孤獨癥幼兒和健康幼兒完成 Corsi空間廣度任務的空間工作記憶容量(M ± SD)

圖6 實驗2被試類型與刺激結構化程度的交互作用

4 討論

本研究采用 Sternberg空間工作記憶任務和Corsi空間廣度任務,加入刺激結構化程度因素,考察ASD幼兒在空間工作記憶中的組塊編碼策略,以及組塊水平對空間工作記憶容量的影響。研究發現,ASD幼兒存在明顯的組塊加工缺陷,且這種缺陷主要在于缺乏自上而下的整合加工機制。實驗1結果顯示,健康幼兒存在較為明顯的組塊加工機制,他們在高結構化條件下更容易形成高水平組塊,記憶成績顯著好于低結構化條件;而ASD幼兒在高、低結構化條件下的記憶成績并無顯著差別。而且,ASD與健康幼兒的記憶成績差異主要表現在高結構化條件,兩組被試在低結構化條件下的記憶成績無顯著差異。由此推知,在實驗1中,ASD幼兒所表現出的空間工作記憶缺陷主要來自組塊策略的缺失,而當刺激材料難以組織時,兩組被試的記憶水平相當。那么,組塊策略是否直接影響ASD幼兒的空間工作記憶容量？根據實驗2的結果,雖然兩組被試均呈現在高、低結構化條件下的空間工作記憶容量差異,但從交互作用來看,健康幼兒在高、低結構化條件下的容量差異明顯大于 ASD幼兒。這表明健康幼兒更加善于運用組塊策略,高結構化條件下的記憶容量明顯提高;而 ASD幼兒存在組塊加工缺陷,高結構化刺激材料對記憶容量的提高作用不如健康幼兒明顯,但并非完全消失。此外,不論在高結構化還是低結構化條件下,ASD幼兒均呈現明顯的空間工作記憶容量缺陷,其記憶容量顯著低于健康幼兒,究其原因可能來自 ASD幼兒的記憶存儲器本身。以往研究發現,ASD者存在空間工作記憶容量的不足,其記憶存儲器可能存在功能異常(Cui et al.,2010;Williams et al.,2005)。Jiang等(2014)的研究的出類似結論,并以公式推算出,ASD兒童的空間工作記憶容量比普通兒童低約25%左右。綜合分析,組塊策略缺陷雖然一定程度上導致了 ASD幼兒空間工作記憶容量下降,但記憶存儲器的異常可能也是 ASD幼兒存在空間容量不足的重要原因。

此外,ASD被試在實驗1的高、低結構化條件下的記憶成績無顯著差異,而在實驗2中則差異顯著,可能存在以下原因。一方面,從實驗2中ASD被試的記憶容量來看,實驗 1要求記憶 4個刺激,任務難度稍大,可能因此導致ASD幼兒在高、低結構化條件下記憶成績無差異。另一方面,實驗2采用刺激逐一呈現的方式,在低結構化條件下,刺激呈現的路徑常有交叉,增加了對路徑進行表征的難度,這也可能導致ASD幼兒在高、低結構化條件下的記憶差異。

總的來說,本研究結果驗證了假設。高結構化刺激有效促進了健康幼兒的高水平組塊加工,表明健康幼兒對于材料的加工著眼于整體布局;然而,高結構化刺激并未有效激發 ASD幼兒的高水平組塊加工,表明他們對刺激材料的記憶零散孤立,很少進行整合的編碼策略。因此,弱中央統合的認知風格是ASD個體組塊加工缺陷的關鍵所在。

目前,有兩項研究關注 ASD個體的弱中央統合對空間工作記憶加工的影響,且結論并不一致。Mammarella等(2014)采用高/低組織程度的矩陣任務(High- and Low-semantic matrix patterns task,HLSPT)考察刺激分布的集中程度對高功能孤獨癥兒童空間工作記憶的影響。首先向被試呈現一個網格矩陣,半數方格填充成黑色,要求被試記憶被填充網格的位置。高組織條件下,被填充網格常彼此相鄰,刺激分布相對集中;低組織條件下,被填充網格各自孤立,刺激分布相對離散。對于普通人來說,刺激集中分布時,位置信息更加容易整合,記憶難度較小;刺激離散分布時,信息難以整合致使記憶難度增加。該研究結果證實了這一觀點,同時發現,ASD被試在刺激集中或離散分布時的記憶成績并無明顯差別,甚至當刺激離散分布時,ASD被試的成績稍好于普通被試。這表明,ASD被試在對空間位置進行記憶加工時采取局部加工的方式,忽略整體布局和刺激間位置關系,充分印證了弱中央統合理論。

在研究方法上,Mammarella等的研究控制刺激布局的集中或離散。組塊分解理論認為,將組塊分解成更小的成分來分析,是實現信息重新組織的關鍵機制(Knoblich,Ohlsson,Haider,&Rhenius,1999)。該理論將組塊分為“緊組塊”和“松組塊”。在緊組塊情況下,組塊內部結構是有意義的整體單元;在松組塊情況下,組塊內部結構無意義或較為松散(張忠爐等,2016)。而緊組塊的分解比松組塊更加困難。對于空間工作記憶來說,“緊組塊”情況下刺激布局緊湊,組塊內部結構緊密連結;“松組塊”情況下刺激布局相對松散,更加容易分解。兩種組織形式的視覺效果具有明顯而直觀的差別,雖然該實驗結果能夠證實 ASD被試對于刺激布局的整體性不敏感,但難以甄別被試是否主動對刺激物采取自上而下的組塊編碼策略。本研究在操控組塊難度時,著眼于刺激布局的結構化而非集中性,只考慮多個刺激共同組成的圖形是否規則,刺激布局的離散程度一致且比較適當。因此,本研究更加深入地考察到,ASD個體缺乏自上而下的組塊加工動機,而不單單是對位置關系整體化的不敏感。

Jiang等(2014)采用變化察覺范式,考察高功能孤獨癥兒童在空間工作記憶中對刺激間位置關系的敏感程度。實驗在8×8的隱形網格內呈現3個或6個小球,要求被試記住這些小球的位置,然后對其中一個目標小球的位置是否正確進行判斷。測驗分為背景一致和背景不一致兩種條件。背景一致條件下,刺激呈現和被試反應時,除目標外的其他小球位置保持不變;背景不一致條件下,除目標外的背景小球位置發生改變。普通人的空間知覺存在“背景線索效應”,即將目標刺激與背景刺激進行綁定,形成固定的整體結構。因此,背景的變化與否會顯著影響個體對目標刺激的位置判斷。Jiang等人認為,如果 ASD個體的空間工作記憶存在弱中央統合,那么,他們對目標刺激的判斷將不依賴背景,因而不存在背景線索效應。然而,實驗發現,背景小球的位置變化同等程度地影響著 ASD兒童對目標小球位置的判斷。也就是說,ASD被試在空間工作記憶中存在背景線索效應,并未支持弱中央統合理論,這與本研究結論并不一致。

在某些特定情況下,ASD個體的空間位置記憶的確參考了與其他刺激的位置關系。然而,值得探討的是,Jiang等人的研究直接將刺激呈現在空白屏幕上,并無任何輔助記憶的線索,被試難以定位單個刺激物的位置,從而更加容易將背景刺激當做參照物,這并不一定意味著 ASD兒童對刺激物采取了整體組織的記憶策略。曾有研究發現,ASD個體存在“管狀視力”現象,他們在視覺上對兩個客體的距離得感知比普通人更加敏感,能夠察覺更小的相對位移(Robertson,Kravitz,Freyberg,Baron-Cohen,&Baker,2013)。可以推斷,ASD者在空間定位中可能更加依賴參照物,這也是著重細節的一種體現。因此,在背景不一致的情況下,ASD被試因失去參照系而難以定位目標,背景小球位置改變或可視為一種“掩蔽”,使被試無法確定目標刺激是否在原來位置,這不足以表明 ASD被試采取了整體組織的記憶策略。與之不同,本研究中的實驗材料均設有固定參照,被試即使采取局部加工策略,仍然能夠準確定位單個刺激。由此,本研究發現,ASD幼兒的確存在局部加工的認知風格,難以對刺激物主動采取整合記憶策略。

除此之外,注意控制和執行功能是否影響了ASD幼兒的空間組塊？本研究中,實驗1采取刺激同時呈現的方式,刺激間的位置關系顯而易見,組塊過程只需直接將視野中的刺激組織;而實驗2采取刺激逐一呈現的方式,組塊加工需要在頭腦中對刺激的位置進行抽象整合的空間表征,對注意控制和執行功能的要求較高。研究結果顯示,ASD被試在實驗1中即表現出較為明顯的組塊策略缺陷,表明這種缺陷并不直接來自注意和執行功能,而是更多來自弱中央統合的認知風格,即缺乏自上而下的組塊加工動機。然而,當任務對注意控制和執行功能的需求量較大時(實驗2),無論在高、低結構化條件下,ASD幼兒與健康幼兒均表現出明顯差距,這驗證了信息復雜性理論,并可推知注意控制和執行功能影響到 ASD幼兒的空間工作記憶加工,這與中央執行系統功能密切相關。

中央執行系統是一個基于注意功能的自上而下的宏觀調控系統,負責工作記憶各成分及相關功能的整合與協調,是工作記憶的核心成分(Baddeley&Hitch,1974;Baddeley,2000)。本研究結果驗證了ASD幼兒的中央執行系統功能異常。一方面,ASD幼兒在腦中保持并整合刺激的能力較弱。普通人依靠中心信息處理系統對外界信息加以整合和概括,并具有相應的神經基礎。Watter等(2010)有關空間工作記憶的事件相關電位研究發現,當要求被試記住逐一呈現的3個刺激的空間位置時,右側前額葉慢波電位在第 1個刺激出現時最強,在刺激 2、3出現時明顯緩和,這表明個體對刺激1進行了深度加工,而刺激2、3則在刺激1空間位置的基礎上進行整合。刺激逐一呈現時,被試需要在頭腦中對刺激進行保持、組織、整合等,由于ASD個體的高級認知腦區激活模式異常,他們難以完成較為復雜的認知任務。另一方面,ASD個體的認知靈活性較差,當視覺刺激短暫呈現后消失,又出現另一個視覺刺激時,其注意功能難以在視覺刺激消失和新異刺激出現時靈活地進行調節,記憶存儲器容易受到新異刺激的干擾,從而影響到記憶效果(Makovski et al.,2008)。值得一提的是,中央執行系統功能與組塊加工息息相關,結構化刺激編碼為高水平的組塊的過程涉及一系列高級認知功能,包括將信息保持在工作記憶系統中,從長時記憶系統中獲取幾何圖形的規則,策略性地運用關聯將刺激重新編碼為新的表征,并抑制無關刺激對已形成的組塊信息的干擾。完成這一任務對中央執行系統的統籌控制能力有較高的要求(Huntley et al.,2011)。因此,ASD個體的組塊加工是否與中央執行系統功能異常有關,還需更加細化的研究來證實,例如,進一步控制組塊的復雜程度和難度、區分規則組塊和自由組塊,或采用兩類組塊的雙任務操作等。

此外,從研究方法角度,本研究可為今后的研究提供幾點借鑒。首先,本研究選用實物拍照的方式制作實驗材料,并在計算機實驗前進行實物演練,事實證明是有必要的。ASD群體本身存在記憶規則與流程方面的困難,加之年齡較小,在沒有實物輔助的情況下,ASD幼兒很難對計算機呈現的實驗過程進行抽象理解,有時甚至將兩個實驗試次的信息混為一談,練習時間也較長。實物演練使原本抽象的任務流程形象化,促進了幼兒對任務的理解,有效改善實驗效果。其次,具有時間連續性的實驗邏輯能夠簡化 ASD幼兒對任務的正確理解。一般情況下,空間工作記憶任務中,要求記憶的刺激和需要判斷的刺激以同樣的形式呈現,例如首先呈現若干小球,要求被試記憶,再呈現一個小球,要求被試判斷“剛才”這個位置有無小球。然而,ASD者存在時間感知的異常,部分幼兒不能理解“剛才”的含義,常常僅從“現在”這個位置是否有小球來做出判斷。本研究采用“盒子里面藏有木塊”的邏輯,雖然需要記憶的刺激是木塊,要求判斷的刺激的小手,呈現形式不相同,但任務的邏輯在時間上連續,幼兒只需判斷小手所指的盒子里“現在”是否有木塊即可,無需考慮“剛才”的問題,邏輯簡單而形象,只要是客體永存性發展完好的幼兒,都能較為容易地理解實驗任務。最后,本研究尚且存在一些不足。從實驗2結果所呈現的空間工作記憶容量來看,實驗1中,在低結構化條件下要求被試記憶 4個刺激,不論對于 ASD幼兒還是健康幼兒,都有一定難度,因此記憶成績可能存在地板效應。但如果減少刺激的數量,將難以劃分刺激的高/低結構化水平。因此,今后的研究可以適當選擇年齡稍大的 ASD兒童,并進一步增加刺激數量,考察認知負荷增大時 ASD群體的組塊加工過程;也可在刺激數量較多時,控制刺激布局的明確程度,考察規則組塊和自由組塊條件下ASD個體迅速形成多個組塊的動機與加工速度。

5 結論

本研究得出結論如下：

(1)ASD幼兒在空間工作記憶中存在組塊加工缺陷。高結構化刺激很少激發 ASD幼兒形成高水平組塊,他們難以主動采取對刺激物整合加工的策略,對刺激結構化的敏感性低。

(2)ASD幼兒空間工作記憶容量較小。ASD幼兒的組塊能力一定程度上影響了空間工作記憶容量。此外,記憶存儲器的異常可能也是ASD幼兒空間工作記憶容量不足的重要原因。

(3)ASD幼兒的注意控制和執行功能缺陷影響空間工作記憶的加工,中央執行系統異常是 ASD幼兒存在空間工作記憶缺陷的重要因素。

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