前瞻記憶意圖后效中執行錯誤的機制*

黃 歡 劉 博 周晨琛 姬 鳴

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前瞻記憶意圖后效中執行錯誤的機制*

黃 歡 劉 博 周晨琛 姬 鳴

(陜西師范大學心理學院; 陜西省行為與認知神經科學重點實驗室, 西安 710062)

前瞻記憶意圖后效是指已完成或取消的意圖失活失敗對當前認知任務造成的干擾。近期研究采用前瞻記憶任務范式探究意圖后效的影響因素及認知機制。自發提取?抑制失敗和預備性監控兩種認知機制的分歧在于提取舊意圖是否依賴注意資源的參與。腦成像研究也證實意圖提取存在兩條神經通路：自發提取通路和預備性監控提取通路。未來研究應探索兼容有意遺忘失敗、舊意圖再提取、抑制失敗三者的研究范式以及降低執行錯誤的有效措施。

意圖后效; 執行錯誤; 認知機制; 注意資源; 神經機制

1 引言

前瞻記憶(prospective memory, PM)是指記得在將來恰當的時機執行預先計劃好的行動的能力(Scullin, Bugg, & McDaniel, 2012)。早期研究關注未執行意圖的表征激活水平(Goschke & Kuhl, 1993; Penningroth, 2011), 而近期研究則更加注重已完成意圖表征狀態的保持過程。事實上, 行為研究(Anderson & Einstein, 2017; Pink & Dodson, 2013; Scullin & Bugg, 2013; Scullin et al., 2012; Walser, Fischer, & Goschke, 2012; Walser, Goschke, & Fischer, 2014; Walser, Goschke, M?schl, & Fischer, 2017; Walser, Plessow, Goschke, & Fischer, 2014)和腦成像研究(Beck, Ruge, Walser, & Goschke, 2014)結果均表明, 意圖在完成或取消后并未立刻失活(deactivation), 不僅對隨后認知任務產生干擾, 而且在特定條件下還會直接導致執行錯誤(commission errors, CE), 這種干擾效應被稱為前瞻記憶意圖后效(aftereffects of completed intentions)

意圖后效的研究范式主要有兩類。第一類是延緩意圖范式(postponed intention paradigm), 即通過比較個體在意圖執行前后對意圖相關材料(語意相關)及中性材料認知加工的績效差異, 如再認(Goschke & Kuhl, 1993)、詞匯判斷任務(Marsh, Hicks, & Bink, 1998)、Stroop任務(Cohen, Dixon, & Lindsay, 2005; Cohen, Kantner, Dixon, & Lindsay, 2011)等, 評估意圖執行前后意圖表征的激活水平。

第二類是前瞻記憶任務范式(prospective memory task paradigm), 該范式包括意圖執行階段和后效測量階段。意圖執行階段要求被試執行進行中任務(ongoing task, OT)及嵌插的前瞻記憶任務(prospective memory task, PMT); 之后告知被試PMT結束; 后效測量階段要求被試只需要執行OT, 但不再相關線索再次出現(如圖1)。記錄被試的反應時及CE (Scullin, Einstein, & McDaniel, 2009; Walser, Goschke, et al., 2014), 以被試對不再相關線索和匹配刺激的反應時差異、CE為意圖后效指標。考慮到日常生活中個體不斷形成、保持及執行新意圖, 因此探究執行新意圖對意圖后效的影響頗具現實意義。基于上述范式, Anderson和Einstein (2017)及Walser等(2012)要求被試在后效測量階段執行新的PMT, 而不再相關線索再次出現。后效測量階段增加新的PMT可能促使被試采取不同的認知加工策略, 比如被試投入更多注意資源參與預備性監控(preparatory monitoring), 導致研究得出不同結論。

延緩意圖范式和前瞻記憶任務范式的基本邏輯是一致的：未完全失活的意圖表征影響隨后的認知任務績效, 即意圖干擾效應(intention interference effect)。但兩種范式也存在著差異。在延緩意圖范式下, 主試要求被試執行意圖腳本(如把大理石裝進塑料袋中), 但并未說明在何種條件下執行, 意圖表征即意圖內容的表征。但在前瞻記憶任務范式下, 意圖表征包括線索(執行條件)、意圖(執行內容)及線索?意圖聯結, 三者均存儲于長時記憶中。延緩意圖范式聚焦意圖內容的后效; 而前瞻記憶范式則綜合反映意圖回溯成分和意圖前瞻成分的后效。

圖1 前瞻記憶范式示意圖(資料來源Scullin et al., 2012)

2 認知機制

2.1 自發提取?抑制失敗模型

自發提取?抑制失敗模型認為, 意圖后效是兩種拮抗機制共同作用的結果：個體成功地自發提取舊意圖但執行控制功能卻不能有效抑制舊意圖的干擾(Scullin, Bugg, McDaniel, & Einstein, 2011; Scullin et al., 2012)。自發提取是指在沒有預備性監控的參與下, 不再相關線索出現時個體自動地從長時記憶系統提取舊意圖。自發提取依賴于線索突顯性、線索?意圖聯結強度、OT聚焦加工線索(Einstein et al., 2005)。中央執行控制功能至少包括轉換(shifting)、更新(updating)和抑制(inhibition)三種功能(Friedman & Miyake, 2017)。抑制功能使當前任務不受無關信息的干擾。當個體抑制功能不能正常發揮作用時, 提取到的舊意圖便干擾當前任務, 即導致意圖后效; 個體甚至可能執行舊意圖代替當前任務反應, 即產生CE。

兩方面的證據支持自發提取?抑制失敗模型, 一方面的證據來自于自發提取模式下存在意圖后效。首先, 在Scullin等(2012)后效測量階段中被試沒有必要投入預備性監控(被試被告知PMT已經結束); 而且線索突出(背景顏色為紅色)、OT (詞匯判斷任務)聚焦加工線索, 這些因素促使被試采取自發提取策略(Einstein et al., 2005), 但仍然存在意圖后效; 其次, Ⅱ型編碼(Implementation- intention encoding)是提高PMT成績的一種簡單策略, 包括對“如果情境x出現, 那么執行行為y”的陳述, 以及對意圖執行情景的心理想象活動(Gollwitzer, 1999)。Ⅱ型編碼促進了線索?意圖的聯結, 提高個體自發提取意圖的可能性(McDaniel & Scullin, 2010)。相比于標準編碼(standard encoding), Ⅱ型編碼導致了更多的CE (Bugg, Scullin, & McDaniel, 2013)。

另一方面的證據是抑制能力較差的個體產生更大的意圖后效。老年人和年輕人的自發提取能力并無差異(Mullet et al., 2013), 但老年人的抑制能力更差(Lustig, Hasher, & Zacks, 2007), 結果老年人產生更大的意圖后效(Scullin et al., 2011)及更多的CE (Scullin et al., 2012; Bugg, Scullin, & Rauvola, 2016); 當控制了老年人與年輕人的抑制能力時, 便消除了意圖后效的年齡差異(Scullin et al., 2011)。

也有研究對自發提取?抑制失敗模型提出了質疑。Schaper和Grundgeiger (2017)考察了延遲?執行前瞻記憶任務(delay-execute prospective memory tasks)的CE。延遲?執行前瞻記憶任務的特點是當線索呈現時個體順利提取意圖(線索特征突出)但又必須延遲執行意圖, 即在意圖提取與意圖執行之間插入中斷任務。中斷任務及分心任務不僅降低了PMT績效, 同時也導致CE下降。這與先前研究結果產生分歧：分心任務占用認知資源損害個體抑制能力, 導致更多CE (Pink & Dodson, 2013)。Schaper和Grundgeiger (2017)認為CE并不是抑制失敗而導致的意外事件, 而是被試的有意識決定：即對新舊線索都執行按鍵反應。但中斷任務及分心任務干擾有意識決定的保持, 因此CE和PMT績效同時下降。

自發提取?抑制失敗理論仍有以下兩點值得商榷：(1)盡管實驗后的問卷調查表明幾乎所有被試都相信PMT已經結束(Scullin et al., 2011), 但是當不再相關線索再次出現時, 被試仍可能感到疑惑。為保險起見, 被試可能會選擇再次執行意圖。(2)編碼與執行PMT使線索與意圖形成較強的聯結; 但在PMT完成之后, 被試僅僅閱讀和復述PMT結束指導語, 線索?PMT結束指導語的聯結程度相對較弱。當再次遇到線索時, 提取意圖的速度可能快于PMT結束指導語, 導致CE。

2.2 預備性監控理論

Walser等(2017)認為個體對不再相關線索的預備注意程度調節意圖后效。個體必須保持預備注意狀態以評估潛在的刺激, 如果預備狀態不佳, 意圖是無法順利提取的。在預備注意狀態下, 不再相關線索的出現會引起兩種競爭性反應：正確的OT反應和錯誤的PMT反應。錯誤的PMT反應沖動干擾正確的OT反應, 導致意圖后效。這與預備注意和記憶加工理論(preparatory attentional processes and memory processes)一致, 認為PMT的提取必須依賴于消耗認知資源的監控過程, 以識別環境中的前瞻記憶線索(Smith, 2003)。

已有研究為預備性監控理論提供了證據。首先, Walser等(2012)發現在后效測量階段中增加新PMT時, 意圖后效增大。Walser等(2012)認為新舊意圖的重疊使被試繼續監控后效測量階段OT以執行新意圖, 在預備性監控下, 不再相關線索出現時個體提取舊意圖, 干擾OT反應, 導致意圖后效。其次, Walser等(2017)發現相比于新舊線索所屬知覺特征范疇不一致時, 新舊線索所屬知覺特征范疇一致時意圖后效更大。新舊線索知覺特征范疇不一致有利于被試識別異常新線索, 忽略不再相關線索; 而新舊線索知覺特征范疇一致時, 被試需要投入更多注意資源監控分辨新舊線索, 不再相關線索分配到更多的注意, 導致更大的意圖后效。

也有研究不支持預備性監控理論。第一, Scullin和Bugg (2013)要求實驗組被試執行PMT, 控制組被試只執行OT。之后告知實驗組被試PMT結束, 只需完成260 trails的詞匯判斷任務, 而不再相關線索出現在第40 trial (短延時組)或第258 trial (長延時組)。記錄不再相關線索出現前20 trials(20~39 trials或238~257 trials)的反應時。結果發現短延時組與控制組被試在20~39trials上的反應時并無差異, 但短延時組被試仍犯CE。這說明在缺少預備性監控的情況下仍出現意圖后效。第二, Beck等(2014)發現在意圖執行階段喙外側前額葉皮層(rostral lateral prefrontal cortex)被激活; 在意圖完成之后, 該區域未見激活。而喙外側前額葉皮層與預備性監控密切相關(Burgess, Dumontheil, & Gilbert, 2007; Burgess, Gonen-Yaacovi, & Volle, 2011), 這說明在意圖完成之后個體并沒有投入預備性監控。

自發提取?抑制失敗模型與預備性監控理論的分歧在于提取舊意圖是否依賴注意資源的參與。自發提取?抑制失敗模型強調自下而上的自發提取, 而預備性監控理論強調舊意圖的提取依賴于自上而下的監控過程。分歧的原因可能在于實驗方法、實驗材料上的差異。比如, Walser等(2012, 2017)在后效測量階段中增加新的PMT, 并且在被試忘記執行新PMT時給予負反饋, 這可能促使被試分配注意資源持續監控后效測量階段; 而Scullin等(2011, 2012)采取的實驗材料與實驗程序更加簡單、線索更加突出, 有利于被試采取自發提取策略。

3 神經機制

3.1 預備性監控提取通路

前瞻記憶和回溯記憶提取情景記憶涉及的神經過程相似; 但對于線索察覺的加工卻不同(盧煥華, 王巖, 郭春彥, 2010)。腦成像研究證實意圖提取存在兩條神經通路：預備性監控提取通路和自發提取通路(McDaniel, LaMontagne, Beck, Scullin, & Braver, 2013)。預備性監控提取通路包括腦島(insula)、前扣帶回(anterior cingulate cortex, ACC)、背側額頂網絡(dorsal frontoparietal networks)、喙前額葉皮層(rostral prefrontal cortex)等腦區。

背側前額區域(dorsal frontal cortex)、背側頂葉(dorasl parietal cortex)、楔前葉(precuneus)等腦區組成背側額頂網絡。腹側額頂網絡(ventral frontoparietal networks)由腹側前額區域(ventral frontal cortex)、腹側頂葉(ventral parietal cortex)等腦區組成。雙重注意模型提出兩種獨立的注意系統：背側額頂網絡支持上級注意系統, 自上而下地分配注意; 腹側額頂網絡支持下級注意系統, 由外部刺激自下而上地引起注意(Corbetta & Shulman, 2002)。Cona, Scarpazza, Sartori, Moscovitch和Bisiacchi (2015)的元分析發現背側額頂網絡與腹側額頂網絡在前瞻記憶的保存與提取上激活模式不同：意圖保存階段背側額頂網絡激活程度更大; 而意圖提取階段腹側額頂網絡產生更強的激活(又見Cona, Bisiacchi, Sartori, & Scarpazza, 2016)。Cona等(2015)在雙重注意模型基礎上提出延遲意圖的注意模型(Attention to Delayed Intention model), 該模型認為在意圖保存階段, 背側額頂網絡支持的上級注意系統自上而下地分配注意力檢查前瞻記憶線索; 同時自上而下地分配注意力維持內部意圖表征。

Burgess等(2007)發現內外側喙前額葉皮層激活模式的分離現象, 即內側喙前額葉皮層在被試僅執行OT時(控制組)產生更大激活, 而外側前額葉皮層在被試執行PMT時激活程度更大。Burgess等(2007, 2011)提出喙前額葉皮層門控假設(gateway hypothesis)：喙外側前額葉支持刺激?獨立加工(stimulus-independent process), 保持意圖在長時記憶系統中活躍; 而喙內側前額葉支持刺激?指向加工(stimulus-oriented process), 指向于加工外界刺激信息。內外側前額葉的協同工作使個體既能在執行OT時監測前瞻記憶線索, 同時又有效地保存內部意圖表征。背側額頂網絡與喙前額葉皮層共同構成預備性監控的神經基礎。

腦島與ACC組成突顯網絡(salience network), 探測內外部信息(Seeley et al.,2007)。當前瞻記憶線索出現時, 腦島作為放大器將信號突顯, 并將信息傳遞到與之相聯的扣帶回(Leech & Sharp, 2014)。扣帶回包括兩個在結構和功能上異質的區域：ACC和后扣帶回(posterior cingulate cortex, PCC)。ACC負責探測刺激引起的加工沖突(如OT及PMT), 并將沖突信號傳遞到外側前額葉(Shenhav, Botvinick, & Cohen, 2013), 外側前額葉的激活使認知加工偏向于刺激?獨立加工, 進而提取意圖相關信息(如圖2)。

3.2 自發提取通路

自發提取通路包括腦島、PCC、腹側額頂網絡、內側顳葉(medial temporal lobe)等腦區(如圖3)。腦島將監測到的前瞻記憶線索信息傳遞到PCC, PCC在結構上與腹側額頂網絡相聯(Leech & Sharp, 2014)。根據延遲意圖的注意模型, 腹側額頂網絡支持自下而上的注意加工, 當外部線索引起注意時, 腹側額頂網絡將注意力轉移到與線索相聯結的內部意圖表征(Cona et al., 2015)。內側顳葉的聯結機制能把相關信息聯結(如線索和意圖), 如果線索被加工, 那么意圖信息將自發的轉移到意識之中(Moscovitch, 1994; McDaniel & Einstein, 2011)。

圖2 注意監控提取通路

圖3 自發提取通路

綜合上述, 我們對兩種提取方式進行比較(見表1)。

4 總結與展望

意圖后效是指已完成或取消的意圖失活失敗而干擾隨后認知任務。已有研究表明個體因素(年齡及抑制能力等)、情境因素(意圖執行階段OT與后效測量階段OT一致性、線索突顯性)、人格因素(狀態朝向VS行動朝向, Walser, Goschke, et al., 2014)等影響意圖后效。研究者提出自發提取?抑制失敗和預備性監控提取兩種認知機制解釋意圖后效。兩種認知機制的分歧在于舊意圖的提取是否依賴認知資源的參與。腦成像研究也證實意圖提取存在兩條神經通路：預備性監控提取通路和自發提取通路。背側額頂網絡及喙前額葉皮層等腦區支持預備性監控提取通路; 而自發提取通路主要包括腹側額頂網絡及內側顳葉、PCC等腦區。但現有研究中仍然存在兩個重要的理論問題：

4.1 意圖后效是否客觀存在？

行為研究通過比較被試對不再相關線索和匹配刺激認知加工的反應時評估意圖后效。但反應時差異可能是不再相關線索突顯性、熟悉性等知覺特征引起的注意偏向導致的嗎？現有研究結果否定了注意偏向導致反應時差異的假設。第一,Walser等(2012)控制了不再相關線索與匹配刺激的突顯性, 但仍發現被試對二者的加工反應時存在差異, 這為否定注意偏向假設提供了直接證據。第二, 在PMT結束指導語下, 被試對不再相關線索和匹配刺激的加工反應時并無差異; 但在PMT暫停指導語下, 被試對兩種刺激的加工反應時存在顯著差異(Scullin et al., 2009); 第三, 年輕被試對不再相關線索和匹配刺激的加工反應時無差異, 但老年人表現出顯著差異(Scullin et al., 2011)。以上兩種分離現象也間接說明了反應時差異不可能是由線索突顯性、熟悉性導致的。

意圖執行階段PMT的順利執行, 強化了刺激?反應(如線索?按Q鍵)聯結。那么后效測量階段不再相關線索呈現時, 被試可能提取刺激?反應聯結代替線索?抽象意圖聯結嗎？現有研究否定了這種假設。第一, Walser等(2012)將傾斜字母設為前瞻記憶線索, 意圖執行階段呈現右傾斜字母, 但后效測量階段呈現左傾斜字母。盡管左傾斜字母?按鍵反應聯結并未被強化, 但被試對左傾斜字母的加工反應時仍遠大于對匹配刺激的加工反應時。第二, 盡管在意圖執行階段中執行意圖促進了線索?反應之間的聯結, 但在意圖未執行(線索未呈現或PMT在編碼之后取消)條件下更多的被試犯CE (Bugg & Scullin, 2013)。

意圖作為個體的行動目標, 對個體具有高度重要性。線索與意圖執行相關, 因此線索往往會附帶強烈的動機。在PMT結束之后, 不再相關線索可能仍附帶動機。那么動機因素會導致被試對不再相關線索和匹配刺激的加工反應時差異嗎？比如個體可能對不再相關線索進行更深度、更細致的認知加工, 而對匹配刺激進行快速而不求準確的加工。行為研究很難提供相關裁決證據, 未來研究可以考慮認知神經科學提供的證據, 比如考察動機相關腦區是否在不再相關線索呈現時激活。

4.2 意圖表征失活是一個干擾還是消退的過程？

意圖后效源于舊意圖表征的剩余活性。舊意圖表征的失活可能是一個干擾或消退過程(參見干擾或消退導致短時記憶遺忘)。干擾即新信息取代記憶系統中舊意圖表征。Walser, Goschke等(2014)通過操縱意圖完成到后效測量之間插入任務的工作記憶負荷, 發現插入任務負荷越大, 意圖后效越小。合理的解釋是插入任務負荷越大, 對舊意圖表征的干擾也就越大, 促進了舊意圖表征的失活。消退即舊意圖的記憶表征隨時間而衰退。盡管尚無證據支持消退效應(Scullin et al., 2009; Walser, Plessow, et al., 2014), 但考慮到以往研究中意圖執行階段與后效測量階段間隔較短, 因此并不能否定舊意圖表征隨時間而消退。后續研究可以系統地操縱意圖完成到后效測量的時間間隔探討消退效應, 但這仍難以解決變量混淆的問題：較長的時間間隔往往也意味著較大的干擾。即使在間隔時間內被試不執行任何任務, 回憶、聯想等內部心理活動的干擾也會隨時間增長而變大。

表1 兩種認知機制的比較

如果舊意圖的失活是一個連續漸變的過程, 而非“全或無”的過程, 那么意圖編碼時的表征水平則會影響意圖后效。意圖編碼時活性越強, 舊意圖表征剩余活性也可能越強, 進而導致更大的意圖后效。這樣看來, 盡管精細編碼有助于降低遺漏錯誤, 但卻提高了CE的風險。

4.3 研究展望

首先, 創新研究范式。意圖后效源于舊意圖表征的剩余活性, 舊意圖表征剩余活性表明個體對舊意圖的有意遺忘失敗。有意遺忘失敗、舊意圖的再提取、抑制失敗三個因素共同導致意圖后效。但由于研究范式的局限, 現有研究僅僅探討了舊意圖再提取的影響因素及其認知神經機制。后續研究應致力于創新研究方法, 將有意遺忘、意圖提取及抑制功能納入同一范式。盡管以上三者似乎是一個線性序列過程, 即舊意圖有意遺忘失敗?舊意圖再提取?抑制失敗, 不太可能存在著相互作用, 但在同一個研究范式內描述一個問題的全貌仍頗具意義, 如探討三者共同的影響因素、注意資源的分配、涉及的神經基礎等。只有在一個框架內探討問題的全貌, 才有可能構建更為詳細的模型。

其次, 探討情緒對意圖后效的影響。焦慮狀態、抑郁狀態等負性情緒會干擾前瞻記憶, 例如, Harris和Cumming (2003)發現嚴重的焦慮和抑郁情緒損害執行延遲意圖的能力。盧家楣、孫俊才和劉偉(2008)的研究也發現, 誘發的負性情緒會干擾雙任務前瞻記憶; 在高認知負載情境下, 人際情緒調節對這種干擾的調節效果顯著優于個體情緒調節。事實上, 情緒與認知存在著相互作用, 但尚無研究探討情緒狀態與意圖后效的關系。一方面, 情緒狀態影響執行控制功能, 比如焦慮狀態削弱個體抑制功能, 進而影響意圖后效; 另一方面, 意圖執行階段與后效測量階段情緒狀態相同時, 即在相似的心境下, 個體更可能提取舊意圖。

最后, 探索降低CE的預防措施。在航空航天、核能核電及石油化工等高科技、高風險行業中, 操作員需要執行一系列程序化的習慣性前瞻記憶任務(habitual prospective memory task), 而CE作為一種典型的人因失誤, 最可能發生在習慣性前瞻記憶活動中。比如操作員在某次操作完成之后, 可能再次想起該操作, 但又不確定是否已執行過, 而重復操作會帶來安全隱患。輸出監控(output monitoring)是一個依賴認知資源的加工過程, 指在復雜環境中個體監控自己的行為并且不斷更新記憶。因此未來研究可以探索增強個體輸出監控、降低執行錯誤的人因設計。

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Mechanisms of commission errors in aftereffects of completed intentions

HUANG Huan; LIU Bo; ZHOU Chenchen; JI Ming

(School of Psychology, Shaanxi Normal University; Key Lab for Behavior & Cognitive Neuroscience of Shaanxi Province, Xi’an 710062, China)

Aftereffects of completed intentions refer to participants continue retrieving intentions interfering with current cognitive tasks, after their failures in deactivating completed or cancelled intentions. Recent studies investigated the related factors and cognitive mechanisms in prospective memory task paradigm. Spontaneous retrieval and preparatory monitoring retrieval diverge in whether the retrieval process depends on attentional resources. Brain imaging research also showed that there are two neural pathways for intention retrieval. Further studies are necessary to explore effective approaches to reduce commission errors, and develop a new paradigm including three aspects of aftereffects of completed intentions, which are failures in intentional forgetting, retrieval of completed intentions and failures in inhibition.

aftereffects of completed intentions; commission errors; cognitive mechanisms; attentional resources; neural mechanisms

2017-07-24

* 國家自然科學基金項目(71301092)、教育部人文社會科學研究項目(13YJC190009)和陜西師范大學理工科中央高校研究項目(GK201603127)資助。

姬鳴, E-mail: jiming@snnu.edu.cn

B842

10.3724/SP.J.1042.2018.01600