图形编码与提取的ERP研究.docx

图形编码与提取的 ERP 研究聂爱情郭春彦 *吴艳红屈 南丁锦红( 首都师范大学教育科学学院心理系, 北京 100037; 北京大学心理系, 北京 100871. * 联系人, E-mail: guocy@)摘要 采用学习与测验的方式, 要求被试在测验阶段对图片是否学过进行判断, 并记录编码与提取阶 段的 ERP, 然后按照旧图片是否成功提取在编码阶段形成相应的相继记忆(Dm)效应, 同时按照正确判 断的旧 新图片在提取阶段形成相应的旧/新(old/new)效应. 结果表明, 编码阶段, 在 400~700 ms, 再 认图片正确的正波波幅明显大于再认图片错误的正波波幅, 这一 Dm 效应主要分布在额区和中央区; 提 取阶段, 在 500~600 ms, 旧图片再认正确的正波波幅明显大于新图片判断正确的正波波幅, 这一 old/new 效应主要分布在左 右半球的中线内侧. 同时, 编码效应比提取效应持续的时程长. 这些结果 说明, 认知图形与认知文字 面孔的 Dm 效应在时空两方面皆有所不同, 而且图形编码与提取的神经 生理机制也不同, 提取不是编码的简单复原.关键词 图片 相继记忆效应 旧/新效应 ERPs编码与提取是记忆的 2 个重要加工阶段 , 前者 产生记忆痕迹(engram), 而后者则是编码信息的重新 激活或称印迹激活(ecphory). 大量研究发现, 编码与 提取所依赖的神经机制不同. 例如, Tulving 等人[1]总 结大量研究后提出编码与提取的大脑两半球不对称 性 模 型 (HERA, hemispheric enconding/retrieval asymmetry), 皮层前额叶在编码与提取中的作用是不 对等的, 左侧前额叶在编码信息时比对侧前额叶有 较多的激活; 相反, 右侧前额叶在提取时比对侧前额 叶有较多的激活. 可见, 提取虽然是编码信息的激活, 但又不是编码的简单复原.编码的一个有效研究范式是“ 相继记忆 ” 范式 , 这一范式包括学习阶段与测验阶段, 学习阶段的项 目可根据测验阶段是否成功提取分成 2 类, 这 2 类 项目在学习期间对应的 ERP 差异称为相继记忆效应 (subsequent memory effects); 也即依据测验阶段对学 过项目记住与忘记的判断, 相应地把学习阶段的项 目分为正确再认的项目与错误再认的项目. Sanquist 等人[2]用这一范式进行了第 1 个实验, 发现能再认正 确项目比再认错误项目的正波波幅在编码阶段更大. 后来, 这一差异被称为 Dm 效应[3]. 关于 Dm 效应, 目 前已在言语领域取得一定成就, 研究发现正确再认 的外文单词或汉字都能比错误再认外文单词或汉字 的正波波幅明显更大[4~6]. 但是在以往的研究中, 对 非言语材料的研究很少, 在这方面的研究中, 有人对19万62方数据面孔进行研究时发现, 面孔存在显著的 Dm 效应[7]. 但目前关于图形的结论却不一致, 为考察内侧颞叶 在 Dm 效应中的作用, Elger 等人[8]用单词和图片进 行连续再认记忆测验, 他们使用颅内放置电极的方 法记录颞叶癫痫病人编码活动的 ERP, 测验结果发 现单词和图片都存在显著的 Dm 效应, 且图形比单 词 Dm 效应的持续时程长, 表明内侧颞叶在编码活 动中起着重要作用; 但 Petten 和 Senkfor[9]的一个研 究则没有发现图形存在 Dm 效应, 他们使用由 5 条 线在 3×3 的 9 点栅格中组成的无意义图形进行研究, 结果表明这些图形不存在显著的 Dm 效应, 但用相 同被试对名词进行研究时却得出显著的 Dm 效应, Petten 和 Senkfor 认为无意义图形之所以没有 Dm 效 应, 这可能与材料性质有很大的关系, 学习前由于大 脑中没有预存这些无意义图形, 编码时无法通达相 关的知识表征, 不可能对这些图形进行精细编码, 因 而导致无意义图形不存在显著的 Dm 效应. 可见, 关 于图形的 Dm 效应是否存在,是一个有待解决的问题. 提 取 研 究 的 一 个 有 效 范 式 是 “ 旧 / 新 ” 范式 (old/new paradigm), 这一范式是, 在测验阶段混合呈 现学过与未学过的项目, 要求被试判断项目是否学 过, 学过的项目为旧项目未学过的项目为新项目, 研究发现在测验阶段正确再认旧项目比正确判断新 项目的正波波幅更大 , 这种差异被称为旧 /新效应 (old/new effect). 目前, 关于 old/new 效应的研究很多,且在言语领域已经取得一致的结论, 即单词存在显 著的 old/new 效应[10~14], 但研究图形提取 old/new 效 应的报告相对较少. 在一个研究中[15], 测验阶段的图 片包括旧图片 与旧图片相似的新图片以及与旧图 片不相似的新图片. 有 2 种不同难度的测验: 一是只 把学过的图片判断为旧图片, 而把其他图片判断为 新图片; 二是把旧图片以及与旧图片相似的新图片 判断为旧图片, 而把与旧图片不相似的图片判断为 新图片. 结果表明, 2 种任务都在左侧顶叶有显著的 old/new 效应, 但第 1 种测验情形在左侧前额皮层也 存在显著的 old/new 效应, 说明较难任务需要更多区 域参与; 在另一个研究中[16], 学习阶段图片或红色或 绿色呈现, 但提取阶段则变成白背景上的黑色图片, 结果仅在左侧顶叶得出 old/new 效应. 可见, 前人的 研究结论不一, 因此进一步研究图形的 old/new 效应 也是相当必要的. 图形 Dm 效应与 old/new 效应的神经机制是否 与 HERA 模型的观点一致 为回答这一问题, 本研 究拟采用事件相关电位方法, 用有意义线条图作为 研究材料, 记录被试编码与提取阶段的 ERP, 以对图 形 Dm 效应和 old/new 效应的时 空动态变化特征 进行分析. 首先, 比较再认图片正确与再认图片错误 在编码阶段引起的 ERPs 时 空分布差异, 并与前人 的 Dm 效应特征进行比较, 以考察图形编码的特异 性特征. 其次, 对提取阶段再认正确旧图片与判断正 确新图片所引起的 ERPs 时 空分布差异进行分析, 以了解图形提取的 old/new 效应特征. 最后, 对这 2 个效应进行比较, 以分析图形编码与提取的脑机制 异同.1 方方法法( ) 被试. 首都师范大学的 14 名有偿大学生(7 男 7 女)作为被试, 身体健康, 右利手, 视力或矫正 视力在 1.0 以上, 年龄为 19~24 岁(平均年龄为 21.7 岁). ( ) 刺激材料. 使用来自 Snodgrass 等人[16]的 一套经过标准化的 具有中国常模的图片共 312 幅. 把图片按随机对等的方式分为 3 组, 各组图片在熟 悉性 命名难度 视觉复杂性 表象一致性等方面 取得平衡. 每组都有 104 幅图片: 学习阶段的图片为 71 幅, 包括 10 幅靶子(动物图片)和 2 幅填充(填充在 各组最前面); 再认阶段的图片为 92 幅, 包括 59 幅 学过的(不包含靶图片)和 33 幅新的. () ERP 记录.采用美国 Neuroscan 公司生产的 ESI-64 导脑电记录分析系统(图 1), 选取 62 个头 皮位置利用 Ag/AgCl 电极帽记录相应的 ERP, 电极 位置是在国际 10-20 系统基础上增加其他电极而构 成的 64 导脑电记录点. 另外, 有 4 个电极记录眼电, 左眼眶上 下侧的 2 个电极记录垂直眼电, 2 眼外侧 的 2 个电极记录水平眼电 . 参考电极在左 右乳突. 接地点位于 Fpz 和 Fz 的中点. 脑电信号采集增益为 500, 采样频率为 250 Hz/导, 滤波带通为 0.05~40 Hz, 电极与头皮间的电阻小于 5 k.图 164 导电极位置分布图( ) 实验程序. 被试坐在隔音电磁屏蔽室的沙 发里, 用计算机呈现图片, 统一为黑背景白线条, 水 平视角为 0.84°~4.72°, 垂直视角为 0.52°~3.40°, 要 求被试在刺激呈现过程中尽量控制眨眼. 刺激呈现 方式为: 首先在屏幕中央呈现一个“+”字, 1500 ms 后 是指导语, 指导语的呈现时间为 4000 ms, 随后为实 验序列. 整个实验序列包括 3 阶段: (1) 学习阶段, 向 被试呈现线条图, 其中动物图片为靶子, 要求被试看 到动物图片后尽快按相应的键, 其他图片不按键, 每 一图片的呈现时间是200 ms, ISI为 1300 ± 100 ms; (2) 分心作业阶段, 屏幕上呈现一个 3 位数数字, 被试做 1 min 的倒减 3 运算, 要求大声报告出来; (3) 测验阶 段, 给被试呈现一系列图片, 除学习阶段出现过的图 片外还增加了新图片, 图片呈现时间是 500 ms, ISI 为 2000 ± 100 ms, 要求被试判断图片是否是学习阶 段见过的, 如果是见过的就尽快按“ 1” 键, 如果是没 有见过的尽快按“4”键, 左 右手对应的键在被试间图 2 学习与测验过程图取得平衡. 此外, 3 组材料在被试间是随机安排的(学 习与测验过程见图 2). ( ) 数据处理. 连续记录原始脑电, 然后离线 叠加. 分析时段取200~1000 ms, 自动排除眼动伪迹, 其他伪迹的标准定为 75 V. 根据头皮分布与电极位 置之间的关系选取少数具有代表性的电极(在图 1 中 用小圆圈出)进行统计分析, 它们是额区的F3, Fz, F4, 中央区的 C3, Cz, C4, 顶区的 P3, Pz, P4, 枕区的 O1, Oz, O2. 通过观察, 并参照前人研究, 确定分析时段 为 400~500 ms, 500~600 ms, 600~700 ms. 对测量结果采用重复测量 3 因素 ANOVA 方差 分析法. 编码阶段的 3 因素为记忆判断(2 水平: 正 确再认与错误再认图片) 左-右位置(3 水平: 左半球 中线内侧 中线 右半球中线内侧) 以及前-后位置(4 水平: 额区 中央区 顶区 枕区). 提取阶段的 3 因素为记忆判断(2 水平: 旧图片与新图片) 左-右位 置(3 水平: 左半球中线内侧 中线 右半球中线内 侧)以及前-后位置(4 水平: 额区 中央区 顶区 枕 区). 上述分析均使用 Spss 软件包进行, 并使用了 Greenhouse-Geisser 矫正法. 2结果2.1行为数据根据信号检测理论 , 若被试的 P(A) 值大于 0 5万( P方( A数) 据= (击中数+正确否定数)/刺激总数), 就认为A) = (击中数+正确否定数)/刺激总数), 就认为其行 为反应是可信的, 编码阶段, 靶子的正确判断率为 97.8%; 提取阶段, 旧图片正确与错误判断的比率分 别为 58.8% 36.7%(P(A) = 95.5%), 新图片正确与错 误判断的比率分别为 73.5%, 20.9%(P(A) = 94.4%), 说明本实验是可信的. 在反应时上, 编码阶段靶子的 平均反应时为 586.1 ms;提取阶段, 正确判断与错误 判断旧图片的平均反应时分别为 787.6, 821.5 ms, 正 确判断新图片的平均反应时为 828.2 ms. 统计检验 结果表明, 提取阶段正确判断旧图片与错误判断旧图 片的反应时存在显著差异(t = 4.484, P < 0.01), 说明成 功提取比不成功提取所需时间短; 正确判。