執行功能對前瞻記憶影響的認知機制

陳 騫 馬志璇 王明怡

（北京林業大學人文社會科學學院心理學系，北京100083）

1 引言

前瞻記憶（prospective memory）是相對于回溯記憶提出的記憶類型，指人們對未來將要執行行為的記憶。一般來說，前瞻記憶主要分為時間性前瞻性記憶與事件性前瞻記憶兩類。時間性前瞻記憶指記憶在未來某一特定時刻或間隔一定時間后要完成的活動，而事件性前瞻記憶則指在未來某一特定事件出現后激活相關計劃。在現實生活中，前瞻記憶失誤不僅能導致50%～70%的日常記憶失敗，例如忘記歸還借閱書籍、忘記出席會議（Holbrook＆ Dismukes，2009），甚至能造成飛機失事（姬鳴，陳星星，周晨琛，茍明霞，2016）等嚴重事故，因此對前瞻記憶進行深入研究有重要意義。

Einstein 和 McDaniel（1990）提出了一種前瞻記憶實驗室實驗的方法，該方法是將前瞻記憶任務嵌入到當前進行的任務中去。具體來說，實驗要求被試完成一個“當前任務”（短時記憶任務），即記住將要呈現的每組單詞并完成記憶測試，同時完成一個前瞻記憶任務，即碰到某個特定單詞就做按鍵反應。這種方法后來成為研究前瞻記憶最常用的范式。

執行功能是監控認知任務執行情況的高級認知加工，可以分為工作記憶、抑制控制與認知靈活性三種子成分（Miyake＆ Friedman，2012）。目前，大量相關與回歸研究可以證明，執行功能與前瞻記憶存在密切聯系（Spiess，Meier，＆ Roebers，2015）。而以改變執行功能子成分認知負荷水平的各種實驗研究方法，則深入探索了各子成分對前瞻記憶的影響。探討執行功能對前瞻記憶影響的認知機制，有助于深入分析前瞻記憶加工的內在機制，為前瞻記憶的干預實踐提供認知基礎。

本文對執行功能三種子成分影響前瞻記憶監控機制的研究進行了總結，并提出了一些未來研究方向。考慮到大多數研究選擇事件性前瞻記憶進行分析，因此文中除“時間性前瞻記憶”“兩類前瞻記憶”之外，“前瞻記憶”一詞單獨指代事件性前瞻記憶。

2 工作記憶、輔助策略與前瞻記憶研究

2.1 工作記憶與前瞻記憶

工作記憶與前瞻記憶的關系較為緊密，前瞻記憶過程中需要工作記憶參與來保持前瞻任務的內容。Ford等人（2012）發現，時間性與事件性前瞻記憶成績都與采用倒序數字廣度任務測試的工作記憶成績顯著相關（Aberle＆ Kliegel，2010）。Mahy與Moses（2011）控制年齡的影響后發現，工作記憶能較好地預測前瞻記憶成績。就橫向比較而言，在執行功能三個子成分中，與前瞻記憶相關最穩定的就是工作 記 憶 （Spiess，Meier，＆ Roebers，2015，2016）。同時，言語工作記憶 （Wang，Cao，Cui，Shum，＆ Chan，2013）與視空間工作記憶（Bowman，Cutmore，＆ Shum，2015）都被發現能夠影響前瞻記憶水平。但是，基于年齡的考察發現，57～93歲的成年晚期被試的工作記憶對兩種前瞻記憶成績的預測水平 （Schnitzspahn，Stahl，Zeintl，Kaller，＆ Kliegel，2013； West＆ Bowry，2005）顯著低于5～7歲的兒童與 18～21歲的成年早期被試（Kretschmer，Voigt，Friedrich，Pfeiffer，＆Kliegel，2014； West ＆ Bowry，2005），該現象可能是由于高齡個體通過更合理的策略減少了工作記憶老化的負面影響。此外，在自然情境中老年人的前瞻記憶表現比年輕被試還要好 （Azzopardi，Auffray，＆ Juhel，2015），這也被稱為 “年齡—前瞻記憶悖論”。綜合這兩點來看，完成前瞻記憶任務時，策略的使用可能比較普遍。

在實驗操作方面，研究者常采用改變進行中任務工作記憶負荷的方法來探究工作記憶對前瞻記憶的影響。如West與Bowry（2005）通過N-Back范式來控制工作記憶負荷，該范式要求被試判斷當前字母與之前第N個呈現的字母是否相同后進行按鍵反應，并通過變換N的取值來控制工作記憶負荷量，而前瞻記憶任務部分，研究者要求被試判斷字母是否通過特定顏色呈現。實驗結果發現，不同負荷下成績差異顯著，前瞻記憶成績對工作記憶負荷反應較為敏感。近年，Voigt等人（2014）選擇了 5～14 歲的兒童作為被試，并且集中研究了刷新任務的負荷對前瞻記憶能力發展的影響，發現5歲兒童在高、低負荷下的前瞻記憶成績無顯著差異，但9．5到14歲年齡階段的兒童在高、低負荷下的前瞻記憶成績存在明顯差別。Voigt等基于這一結果推測：在低齡兒童的前瞻記憶加工過程中工作記憶僅影響任務內容的儲存，而年齡更大的兒童基于工作記憶發展出了處理前瞻記憶任務的策略模型，因此受到工作記憶負荷的影響更為顯著。

2.2 工作記憶與輔助策略

工作記憶對前瞻記憶預測水平的特殊年齡效應使得研究者引入了“輔助策略使用”這一概念。由此可見，工作記憶可能并非僅僅儲存前瞻任務設定，同時也負責輔助策略的儲存與激活。驗證并拓展這一結論有助于理解在無策略條件下工作記憶的作用，也能為一些應用領域提供理論支持，例如通過輔助策略的訓練來提高前瞻記憶成績等。

執行意向（implementation intention）就是一種典型的前瞻記憶策略。執行意向指將一個預期情境與特定反應聯系起來，確定個體在某一時間地點需要進行特定計劃的策略（Gollwitzer，1999），可以簡化為“如果出現情境X，那么執行行動Y”的意向。目前對該策略的作用機制意見不一，有研究者認為執行意向使得前瞻記憶意向可以自動化地與行為進行聯結（Gollwitzer，1999）。不過，更多的研究者認為執行意向加強的是線索與目標之間的聯結，因而提高了前瞻記憶的水平（McDaniel＆ Scullin，2010）。在聯結加強的情況下，線索覺察 （McFarland＆Glisky，2012）、 意向喚醒 （Rummel，Einstein，＆Rampey，2012）以及任務執行的效率都有所提高。這一策略在改善老年人與認知能力受損患者的前瞻記憶能力方面有明顯的效果（Lee et al．，2016）。

那么，工作記憶在這種前瞻記憶策略中起到了怎樣的作用？Burkard，Rochat，Emmenegger，Gold與Linden（2014）發現，工作記憶能調節執行意向的效率，即執行意向僅僅在工作記憶能力較好的個體中提高了前瞻記憶的成績。另一方面，Meeks，Pit?es與Brewer（2015）則研究了工作記憶能力較低的被試對于執行意向的反應。結果顯示，當被試采用了執行意向策略時，工作記憶廣度不再與前瞻記憶成績顯著相關，而執行意向依舊可以提高前瞻記憶能力。不過，有研究發現了工作記憶水平無法調節執行意向效率的情況（Burkard，Rochat，Gold，＆ Linden，2014）。研究者分析認為，這是由于實驗采用的工作記憶任務僅需要儲存成分與較少的信息處理成分參與，因此無法對于涉及策略運用的執行意向產生顯著影響。結合上述研究分析可以發現，高工作記憶水平并非執行意向改善前瞻記憶的必要條件，但可以大大提高其改善效率。從機制上來看，執行意向并非完全自動化，其存在著控制加工的成分（McDaniel＆ Scullin，2010）。控制加工中執行意向聯結的形成及其與前瞻線索的對照可能都需要工作記憶的支持（Burkard，Rochat，Emmenegger，Gold，＆ Linden，2014）。

類似于執行意向，未來情景思維 （episodic future thinking，EFT）也是一種可以提高前瞻記憶成績的策略。EFT是指人類將自我投射到未來以預先經歷未來事件的能力。對于前瞻記憶而言，這種策略的使用能力在兒童 （Nigro，Brandimonte，Cicogna，＆ Cosenza，2014）、低齡成人（18-30 歲）與高齡成人（65-85 歲）（Terrett et al．，2015）中都可以較好地預測前瞻記憶表現，而當其作為一種額外輔助策略出現時也能顯著提高前瞻記憶成績（Altgassen，Kretschmer，＆ Schnitzspahn，2017）。已經有多項研究證明，工作記憶在這種思維中起到了重要作用（D’Argembeau，Ortoleva，Jumentier，＆ Linden，2010； Hill ＆ Emery，2013； Zavagnin，Beni，Borella，＆ Carretti，2016）。有研究者為了探究工作記憶差異對未來情景思維的影響，讓大學生被試完成簡單和復雜的工作記憶測試后回憶個人的復雜生活事件（自傳體記憶），之后想象一些在詳細程度上遞增的未來事件。結果發現，在控制了自傳體記憶后，工作記憶獨立預測了未來情景的特異性。

結合關于EFT、工作記憶與前瞻記憶的研究可以推測，工作記憶為前瞻記憶策略的運用提供了記憶空間，而無論是執行意向還是EFT，其最終能發揮多少輔助作用明顯會受到工作記憶水平的影響。因此，從執行意向等額外引入的、能改善前瞻記憶的策略入手，也許能更清楚地呈現出在更為靈活的現實情境下工作記憶對前瞻記憶的輔助作用。

綜合常規與策略輔助情況下的前瞻記憶研究可以發現，工作記憶對于前瞻記憶水平有較好的預測能力，但是在不同年齡段其預測水平有所波動，這一現象可能是由于個體的策略模型發展變化導致的。結合前文所述的“年齡—前瞻記憶悖論”現象可見，年齡、策略、工作記憶與前瞻記憶間存在較為復雜的相互作用。

3 抑制控制、中斷模式與前瞻記憶研究

3.1 抑制控制與前瞻記憶

抑制控制指對與當前任務無關的信息或與任務要求不符的行為進行抑制的能力（Diamond，2012），狹義的執行功能僅僅包括抑制控制，因而可以認為是執行功能的核心成分。研究者推測在前瞻記憶中抑制控制的作用體現為對干擾信息的抑制（Kvavilashvili，Messer，＆ Ebdon，2001），以及對于不恰當反應的抑制 （Bisiacchi，Schiff，Ciccola，＆ Kliegel，2009； Schnitzspahn et al．，2013）。然而許多研究并沒有反映出上述作用機制，如在相關研究方面，研究者采用了包括水果Stroop任務（Spiess，Meier，＆ Roebers，2015），晝夜 Stroop任務（Mahy＆ Moses，2011）在內的多種任務，均發現抑制控制與前瞻記憶成績的相關不顯著。此外，實驗研究中，研究者在控制了抑制控制負荷大小（Altgassen，Koch，＆ Kliegel，2014）與線索—前瞻任務聯結強度（Cook，Ball，＆ Brewer，2014）之后依舊發現，抑制控制不會影響前瞻記憶成績。但也有回歸分析發現，抑制控制在解釋前瞻記憶成績中的比例并不低 （Schnitzspahn et al．，2013）。Mahy，Moses 和Kliegel（2014b）與 Zuber，Kliegel和 Ihle（2016）的實驗也都發現了抑制控制與前瞻記憶顯著相關的結果。可見，關于抑制控制與前瞻記憶聯系的研究結果并不統一。

Mahy等人（2014b）對4～5歲的兒童進行實驗發現，當前瞻線索不顯著的情況下，抑制控制在年齡對前瞻記憶的影響中起完全中介作用。另一方面，Zuber等人（2016）采用了20～68歲的成人被試，發現前瞻記憶分為聚焦（focal）與非聚焦（nonfocal）兩種線索。其中，聚焦條件下個體對進行中任務和前瞻記憶任務的區分是基于相同維度的特征，如兩類任務的線索分別為不同顏色的單詞，而非聚焦條件下兩類任務則基于不同維度的加工。結果發現，聚焦條件下前瞻記憶水平與抑制控制顯著相關。綜合兩項研究可知，在前瞻線索不顯著的條件下，由于線索較模糊降低了被覺察到的可能，因此完成前瞻記憶任務需要更高的抑制控制水平（Mahy et al．，2014b），而聚焦條件下可能也需要抑制控制的參與，以使得個體能夠集中于當前任務（Zuber et al．，2016）。此時，個體高度專注的進行中任務成為了更強的優勢反應任務，脫離該任務轉向前瞻記憶任務需要更多的抑制控制資源。因此，單純的雙任務設定并不代表抑制控制一定會參與加工，其作用機制還受到前瞻線索特征的影響。

3.2 抑制控制與中斷模式

常規的前瞻記憶任務一般將前瞻線索設定在一次完整的任務結束后出現，而中斷模式指在進行中任務尚未結束時出現前瞻線索，使得個體轉向處理前瞻記憶任務。早期研究認為，進行中任務的中斷是前瞻記憶任務在日常條件下非常重要的特征之一（Kvavilashvili＆ Ellis，1996）。中斷模式需要更多的注意資源 （Kvavilashvili，Messer，＆ Ebdon，2001），相比常規模式其前瞻記憶成績也有所下降。Kvavilashvili等人（2001）認為其成績下降的原因在于：前瞻記憶任務插入進行中任務后，個體完成前瞻記憶任務時需要更多的抑制控制功能來與進行中任務的反應進行對抗。有研究者（Cockburn，1995）發現，一位前額葉（執行功能相關腦區）受損的病人在完成各項測試時，成績最差的測試正是中斷模式下的前瞻記憶任務。

早期研究對于抑制控制在中斷模式下的作用從側面進行了驗證。如 Kliegel，Mackinlay與 J?ger（2008）假設，7歲左右低齡兒童水平較低的抑制控制能力會擴大其中斷模式下的年齡效應，因為抑制控制本身的年齡效應也會參與其中。實驗結果顯示，在非中斷模式下一年級和四年級兒童的前瞻記憶表現幾乎持平，而在中斷模式下四年級兒童的表現遠遠地好于一年級兒童。

Wang，Kliegel，Liu 和 Yang（2008）的研究也發現，3～5歲兒童的前瞻記憶成績在常規模式下無顯著差異，而在中斷模式下，存在顯著的年齡效應。在針對2到6歲兒童的中斷模式前瞻記憶成績的研究中，也發現了明顯的年齡效應（ éSlusarczyk ＆ Niedéz wieńska，2013），但 2歲與 6歲兒童的中斷模式成績與常規條件沒有顯著差異。結合抑制控制的發展情況可以推測，2歲兒童可能并沒有發展出有效的抑制控制功能，而6歲兒童的抑制控制水平可能已經足夠支持其完成難度較低的中斷模式任務，因此這兩種情況下都表現為中斷任務與常規任務成績差異不顯著。3～5歲的兒童其抑制控制能力處于發展當中，因而體現出了明顯的中斷模式年齡效應。需要注意的是，上述研究并沒有直接證明抑制控制參與了中斷模式的前瞻記憶任務，抑制控制的參與僅僅是實驗結果的可能解釋之一。

綜上所述，抑制控制是否參與前瞻記憶加工尚不完全明確，考慮到任務設置的差異與實際情境中的因素變化，在難以脫離進行中任務時，抑制控制可能會參與輔助任務的完成，但對應的前瞻線索特征還需要進一步研究來確定。另一方面，中斷模式是研究前瞻記憶中抑制控制機制的重要切入點，這一模式不僅通過提高任務難度減少了天花板效應出現的可能性，還一定程度上解決了前瞻記憶雙任務范式的外部效度問題。考慮到目前的研究以推測為主，未來不僅應當通過更多的縱向研究來確定兩者發展的關系，還可以開展實驗進一步探索因果機制。

4 認知靈活性與前瞻記憶研究

在執行功能的子成分中，認知靈活性指在不同的任務要求之間進行切換的能力。在前瞻記憶加工時，認知靈活性功能可能影響了個體在進行中任務與前瞻任務間進行切換的能力（Kerns，2000）。實驗中一般采用任務切換范式來測量認知靈活性的表現，被試需要分別執行重復任務（AAA或BBB）和切換任務（ABAB），切換任務需要被試根據線索不停改變完成任務的方式。如Schnitzspahn等人（2013）分別采用了類別切換范式與顏色—形狀切換范式對認知靈活性進行測量，結合前瞻記憶的測量結果進行回歸與結構方程模型分析發現，切換可以較好地預測前瞻記憶成績。 其后Altgassen，Vetter，Phillips，Akgün 和 Kliegel（2014）也采用了顏色—形狀切換范式對認知靈活性與前瞻記憶的關系進行分析，發現在青春期被試中同樣出現了較好的預測結果。此外，Gonneaud等人（2011）發現，切換與兩類前瞻記憶成績存在邊緣顯著相關。整體來看，認知靈活性可能也參與到前瞻記憶的加工過程中。

5 展望

綜上，執行功能對前瞻記憶影響的認知機制可能是，工作記憶為保存和提取前瞻記憶任務的內容提供了空間，且這一基礎作用在需要引入額外策略時會被放大；抑制控制是否參與前瞻記憶加工與前瞻線索特征有關，其可能在難以脫離進行中任務的情況下才會參與加工；最后，認知靈活性可能保證了進行中任務與前瞻記憶任務之間的靈活切換。以相關研究為基礎，當前我們已經確認了執行功能與前瞻記憶的相關性，但是要繼續揭示其核心的認知機制還需要在實驗的基礎上進一步拓展。執行功能各子成分在前瞻記憶過程不同階段中的作用機制差異，以及在個體前瞻記憶發展的不同階段所起到的作用等都是待解決的關鍵問題，同時，該領域還有一些重要研究方向值得進一步深入探索。

首先，當前對時間性前瞻記憶的研究太少，而時間性前瞻記憶可能需要更多的執行功能參與。Mahy等人（2014a）認為，在沒有外源線索的情況下，時間性前瞻記憶需要更多的認知資源進行監控。具體到模型來看，Harris和 Wilkinson（1982）提出的測試—等待—測試—退出（Test-Wait-Test-Exit，TWTE）模型中，被試從編碼意向到執行意向兩個階段之間需要不停對時間進行檢測，直到目標時間出現才退出這一循環并做出反應，這種持續的監控很可能需要執行功能的支持。此后，Block與Zakay（2006）提出了一個較新模型——注意閥門模型（attentional-gate model），該模型中存在一個控制信號流量的注意閥門，當條件顯示需要監控時間間隔時，通過閥門的信號量會增加，而閥門的控制由執行功能完成。當進入匹配過程后，計數器中儲存的時間信號會轉入工作記憶，并不斷與長時記憶中目標時間間隔的編碼進行比較。這一理論不僅將執行功能引入了時間性前瞻記憶的模型，還進一步確認了工作記憶在此機制中的重要作用。結合這兩個模型的理論可以發現，在提高了監控要求的時間性前瞻記憶中，執行功能的支持是必要的。

其次，前瞻記憶的實驗室范式還需要豐富。目前無論是事件性還是時間性前瞻記憶，基本都采用的是實驗室雙任務范式，這一方法固然便于操作，但是該范式的缺陷尤其是外部效度問題也是無法回避的。經典的雙任務范式因為時長的限制導致進行中任務數目相對較少，而且前瞻線索出現的時間范圍也大為受限。因此，真實情境中完成前瞻記憶任務所需要監控處理的信息沖突并沒有完全體現在實驗室范式中，或者只是出現在提高了沖突水平的任務中。簡單任務中沒有足夠的認知資源沖突，自然也無法激活對應的監控認知機制。如Martin，Kliegel與McDaniel的研究（2003）發現，執行功能可以較好地預測前瞻記憶成績，但這一現象僅僅在復雜任務與多任務范式中出現。Ward等人（2005）施測的結果也顯示，自動定序選擇任務 （self－ordered pointing task，SOPT）與Stroop任務僅在負荷更高的條件下能預測前瞻記憶成績。因此，如果不對這一系列問題進行反思，可能會導致前瞻記憶研究單純變為雙任務范式研究變式的一種。

最后，中介效應分析可能有助于進一步改進研究。相比單純分析兩變量的相關系數，中介效應分析可以增加相互影響的變量數目并分析其中更復雜的作用機制（溫忠麟，葉寶娟，2014）。已有研究發現，執行功能可能在前瞻記憶中發揮了兩類中介作用。一是體現在年齡與前瞻記憶發展之間，說明前瞻記憶能力的提高可能是通過監控機制的發展實現的。具體來看，抑制控制、工作記憶與認知靈活性在年齡與前瞻記憶水平間發揮中介作用的年齡段分別出現在了 4～5 歲、5～8 歲與 61～95 歲（Mahy et al．，2014b；Kretschmeretal．，2014； Azzopardi，Juhel，＆Auffray，2015）。然而，目前的研究對上述年齡特征并沒有足夠深入的分析，關于執行功能各成分發揮中介作用的年齡段的精確分布，以及這種分布出現的心理機制都尚不明確，需要深入研究解答。二是在影響因素與前瞻記憶水平之間，各種因素可能直接影響了執行功能的處理，進而改變了前瞻記憶表現。包括本文所討論的中斷條件、輔助策略等因素在內，還有諸如動機、線索顯著性、延遲間隔等因素（Mahy et al．，2014a）已被證明會影響前瞻記憶成績，但尚缺乏進一步的研究來探討執行功能在兩者之間的中介機制。如果能夠證明執行功能的三種子成分是特定因素與前瞻記憶水平之間的中介變量，也許可以結合因素的特征發現各個子成分在前瞻記憶進程中的具體作用。