注意次级任务对客体与空间工作记忆信息保持的选择性干扰

注意次级任务对客体与空间工作记忆信息保持的选择性干扰
罗 良1 林崇德2 陈 桄3
（1．北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室；2.北京师范大学发展心理研
究所；北京 100875；3．北京师范大学教育学部）
摘要：通过两个行为实验，考察两种选择性注意干扰任务是否分别对客体与空间信息的保持产生选择性干扰，及干扰效应是否受记忆对象言语命名和编码难易程度的影响。实验l采用言语命名和编码容易的记忆任务，没有发现任何显著的干扰效应。实验2采用了言语命名和编码困难的记忆任务，结果分析发现：空间选择性注意次级干扰任务对空间工作记忆成绩存在显著的干扰效应，而基于客体的选择性注意次级干扰任务则对客体工作记忆成绩产生了显著的干扰。实验结果说明，基于客体的选择性注意和空间选择性注意分别在言语命名和编码困难客体与空间信息的保持加工中发挥作用，但当面对言语命名和编码容易的客体与空间记忆目标时，不再发生作用。
关键词：客体工作记忆；空间工作记忆；选择性干扰；基于客体的选择性注意；空间选择性注意
1 问题提出
视空间工作记忆是工作记忆的重要组成部分，主要用于存贮客体和空间信息，负责产生、操作和保持视觉图像。神经心理学( Hanley，1996)、认知心理学( Klauer，2004；Chen．2000)、发展心理学(Shaw，2006)以及认知神经科学(Smith，1997)的研究发现，视空间工作记忆包括客体工作记忆和空间工作记忆两个相对独立的子成分。客体工作记忆对物体的大小、颜色和形状进行加工和存储，而空间工作记忆主要负责加工和存储物体的空间位置信息。
已有研究表明，选择性注意在视空间工作记忆信息的保持加工中发挥重要作用( Vogel，2005；Sa-la，2009)，它包括空间选择性注意和基于客体的选择性注意两种。空间选择性注意是指选择视觉区内某一位置进行注意，而基于客体的选择性注意则是指把客体信息组织为信息块的过程，即，特定客体被选择注意的过程( Duncan，1984；Mozer，2005)。Smyth( 1994)在一项使用Corsi Block任务作为空间工作记忆材料的实验中发现，如果在延迟间隔内，让被试操作需要注意转移的次级任务，被试的成绩会显著下降，而且这种成绩的下降与注视点的转移没有关系( Smyth，1996)。Awh( 1998，2001)通过系列行为实验进一步推测，空间选择性注意对保持工作记忆中的空间信息始终处于激活状态发挥重要作用，空间信息的保持可能是一种基于空间注意的复述机制。脑成像研究的发现也对这种推测提供了支持( Jha, 2002; Postle, 2004; Geier, 2007; Srimal,2008)。被试在完成需要空间选择注意任务的过程中，大脑后部视觉皮层的激活存在对侧( contralater-al)效应，即当需要注意的任务出现在左侧视野区时，右侧的视觉皮层有较大激活( Awh，2000; Grat-ton，1997)，这种效应在视觉信息出现后的lOOms内开始。Awh及同事使用fMRI( Awh．1999；Postle，2004)证明，当被试执行空间工作记忆时，也出现这种效应，ERP( Awh，2000)研究进一步发现，空间信息的复述与空间选择性注意都诱发出Pl和Nl成分，并且在潜伏期和头皮空间分布上高度重合。
受到空间选择性注意与空间工作记忆关系研究的启发，一些研究者( Barnes，2001)推测基于客体的选择性注意在客体工作记忆信息保持中也可能发挥重要作用。Barnes( 2001)使用双任务范式对这一问题进行了研究，实验要求被试完成三种工作记忆任务：言语、空间与客体，被试完成三种任务的同时，还要在延迟阶段完成一种“Vert.ex任务”，这是一种基于客体的选择性注意任务。实验发现，记忆客体信息造成了“Vertex任务”单客体优势的减少，证明了基于客体的选择性注意与客体工作记忆可能共享某些机制。Mayer( 2007)在一项脑成像研究中发现，客体工作记忆的编码加工与视觉选择性注意激活的脑区叠加程度非常高，认为对客体进行记忆编码时，可能需要视觉选择性注意的参与。一些研究( Elliot，1998：Fink，1997)还揭示基于客体的注意加工与客体工作记忆在左侧顶叶的激活存在叠加。但在Barnes( 2001)的行为研究中，并没有发现客体工作记忆任务的成绩受到“V ertex任务”的影响。Awh( 2006)在论述空间选择性注意与空间工作记忆关系曾提出，要说明空间选择性注意在空间信息的保持中发挥作用，就必须证明保持空间信息的过程中，空间选择性注意受到干扰或者抑制时，空间工作记忆的成绩会显著下降，以往关于二者关系的大量研究证实了这一点。对于基于客体的选择性注意在客体信息保持中的作用同样也需要从这个层面进行证明，但是，就所掌握的文献来看，还没有看到这方面的研究。
本研究拟通过考察两种不同类型的注意次级干扰任务是否分别对客体与空间工作记忆任务产生选择性干扰，来进一步揭示基于客体的选择性注意在客体工作记忆信息保持中的作用。此外，在已往研究中，有些研究采用抽象图形和难以命名的空间位置( Bosch，2001)，有的研究则采用规则的几何图形( Mecklinger，1996)和可以命名的空间位置，这种记忆任务言语命名和编码难度上的差异可能导致已有研究结论的不一致。因此，本研究还对选择性注意在客体和空间信息保持中的作用是否受到记忆任务言语命名和编码难度影响的问题给予关注。本研究设计了两个实验来解答以上的问题：实验l探索不同类型的注意次级任务是否对言语命名和编码容易的客体和空间工作记忆任务产生选择性干扰；实验2考察不同类型的注意次级任务是否对言语命名和编码困难的客体和空间工作记忆任务产生选择性干扰。
2 实验一
探索不同类型的注意次级任务是否分别对言语命名和编码容易的客体和空间工作记忆任务产生选择性干扰。
2.1研究方法
2.1.1被试
15名大学生（其中男7名），年龄在20—25岁之间，平均年龄22.4岁。视力或者矫正视力正常。实验进行前，被试填写基本信息、签署实验知情同意书，实验完成后给予有限报酬。
2.1.2 实验设计
实验采用2[记忆信息类型：客体信息、空间信息]x3[次级干扰任务类型：基于客体的选择性注意干扰、空间选择性注意干扰、无干扰（即单纯工作记忆条件）]的被试内设计。
2.1.3 实验材料
工作记忆任务：客体与空间工作记忆任务使用相同的实验材料。屏幕上出现一个13. 02cm×13. 02cm方框，在这个方框中，把相互平行的两条边的中点用线连起来，构成一个“田”字形，形成4个6. 51cm×6.51cm的小方框（如图2），每次会随机在4个小方框中的一个出现实心黑色几何图形，几何图形有4种（正圆形，正方形，正六边形，正五边形），4种图形的周长相同，均为8cm。客体工作记忆任务要求被试记忆每次出现图形的形状；空间工作记忆任务要求被试记忆每次出现图形的位置。
两种次级干扰任务：空间选择性注意干扰任务采用移动辨别任务；基于客体的选择性注意干扰任务采用叠加图形辨别任务。
移动辨别任务：在一个20. 32cm×20. 32cm的方框中（见图1），存在10个星号，根据是否有星号静止分为两种情况：一种是1个星号静止，其它9个星号在移动，另外一种是10个星号都在移动。让被试判断是否存在一个静止星号，如果存在一个静止星号按F键，如果没有静止星号按J键。星号大小为lcm×lcm。为使每一个移动辨别任务中随机出现10个星号，实验把20. 32cm×20. 32cm的方框分成64个2. 54cm×2.54cm小方框，给每一个小方框进行编号命名，在软件Excel中每次通过伪随机函数选取。每个星号的初始运动基本方向有8个：左上、左下、右上、右下、上、下、左、右，通过伪随机函数，决定每个运动星号的初始运动方向。哪一个星号保持静止也是通过伪随机函数来决定。星号移动速度为每300ms移动lcm，如果一个星号到达了屏幕的边缘或者两个星号碰撞，它将根据反射的方向移动。星号在屏幕上停留的时间为1500ms，星号消失之后的500ms内按键有效。星号消失后1403 ms，将呈现一个新的移动辨别任务。
叠加图形辨别任务：在一个13. 02cm×13. 02cm的方框里（见图1），一个正三角形和一个正圆形叠加，两者的重心在一个点上。两个图形的周长相同，均为8cm。这两个图形中，一个图形的颜色为深色，一个图形的颜色为浅色。深色正三角形和正圆形出现的比例各为50%。要求被试只需要注意深色的图形，而不需要注意浅色的图形。如果深色的图形是三角形，按F键；如果深色的图形是圆形，按J键。如果被试在802ms内没有做出反应，任务消失并且在350—451ms延迟后出现下一个叠加图形辨别任务；如果被试在802ms之内做出反应，刺激消失，350ms~451ms后出现下一个新的叠加图形辨别任务。
2.1.4 实验步骤
正式实验阶段包括双任务条件、单纯工作记忆任务条件和单纯注意次级干扰任务条件，三种条件通过拉丁方方式排列，实验顺序在被试间平衡。按键也在被试间平衡。
双任务条件的具体呈现顺序和时间进程具体见图2：
(1)信息提示阶段：屏幕中央出现信息提示（形状或位置），持续时间为501ms。若屏幕上出现“形状”，被试要记住接下来出现图形的形状，并在再认阶段判断出现图形的形状与需要记忆图形的形状是否相同；若提示为“位置”，被试要记住接下来出现图形的位置，并在再认阶段判断图形的位置与需要记忆图形的位置是否相同。
(2)记忆目标阶段：提示信息消失后501ms，屏幕上出现一个13. 02cm×13. 02cm“田”字形方框，4个小方框中的一个出现实心黑色几何图形，持续时间为1002ms，被试根据提示要求，记住几何图形的形状或位置。
(3)记忆延迟阶段：从记忆目标消失到探测刺激出现为延迟阶段，时间为7419 ms。延迟阶段开始后的1503 ms，加入注意次级干扰任务。每一个记忆延迟间隔出现4次叠加图形辨别任务和2次移动辨别次级干扰任务（每次移动辨别任务需要的时间较长，为保证与含有叠加图形辨别次级干扰任务的系列时间相同）。
(4)记忆探测阶段：干扰任务结束后1503ms，屏幕上出现一个13. 02cm×13. 02cm“田”字形方框，4个小方框中的一个出现实心黑色几何图形，持续时阶段与记忆目标相比，记忆对象的位置有75%的系列进行了变化；同样，为了让被试在空间工作记忆任务系列中，只能根据对几何图形本身位置的记忆做出判断，而不能使用其他的策略，记忆探测阶段与记忆目标阶段相比，记忆对象的形状有75%的系列发生变化。任务中正负探测的比例各为50%，相同F键，不同按J键，按键在被试问平衡。
单纯工作记忆条件：除在记忆延迟阶段内不出现注意次级干扰任务外，刺激呈现顺序和时间进程与双任务条件完全相同。
单纯注意次级干扰条件：被试在无工作记忆负荷条件下分别完成叠加图形辨别任务和移动辨别任务。屏幕上出现“+”并伴随“叮”的提示音后，直接出现一个13. 02cm×13. 02cm方框，方框中间存在一个黑色实心的正方形，呈现时间为1002ms，被试不需要记忆，只需要注意它出现和消失就可以。正方形消失之后，开始进入延迟阶段，并要求被试完成注意干扰任务，出现规则和持续时间与双任务条件完全相同。延迟阶段结束后，屏幕的左边和右边各出现一个箭头，持续时间为1838ms，让被试判断两边箭头的方向是否相同。方向相同和不同的比例各为50%。
双任务实验条件共包括120个实验系列，分为4个Block；单纯工作记忆条件包括60个实验系列，分为2个Block；单纯的注意次级干扰条件包括2个Block，其中1个Block为叠加图形辨别任务，另外1个Block为移动辨别任务，各包含30个实验系列。双任务条件和单纯工作记忆任务条件中，要求记忆“形状”和“位置”的比例各为50%，并进行随机排列。
整个测验持续时间为80分钟，使用DMDX（版本为3.2.0.3，Forster，2003）软件编写实验程序，屏幕刷新频率为16.71ms，分辨率为1024×768像素。计算机自动控制时间和保存实验参数。
2.1.5 数据处理
工作记忆任务正确率的统计分析分两步，第一步进行2（工作记忆类型：客体VS空间）×3（干扰类型：基于客体的注意干扰，空间选择性注意干扰，无干扰）的重复测量方差分析，主要关注工作记忆类型与干扰类型之间是否存在显著的交互作用，如果交互作用显著，进入第二步分析。第二步对每种工作记忆类型在基于客体的注意干扰条件和空间选择性注意干扰条件下的受干扰量进行计算，每种工作记忆类型正确率的受干扰量计算方法为：用无干扰条件下的正确率减去有干扰条件下的正确率，四种类型的受干扰量：①客体工作记忆在基于客体注意干扰条件下的受干扰量；②客体工作记忆在空间选择性注意干扰条件下的受干扰量；③空间工作记忆在基于客体注意干扰条件下的受干扰量；④空间工作记忆在空间选择性注意干扰条件下的受干扰量。对客体工作记忆在两种干扰类型下的受干扰量进行配对检验，同样对空间工作记忆在两种干扰类型下的受干扰量也进行配对￡检验。
对次级干扰任务的正确率，进行2（干扰任务类型：基于客体的注意干扰VS空间选择性注意干扰）×3（记忆条件：记忆客体信息，记忆空间信息，无记忆负荷）的重复测量方差分析。
2.2 结果分析
工作记忆和次级干扰任务正确率分见表1和表2。对工作记忆任务的正确率进行重复测量方差分析，没有发现工作记忆类型与干扰类型之间显著的交互作用，Fc)=3.335，p=0.058，干扰类型主效应和记忆类型主效应也都不显著，Fe)=0.01，p=0.985;F(1.J4)=0.467,p =0.506。
对次级干扰任务的正确率进行2x3的重复测量方差分析发现，干扰任务类型与记忆条件之间的交互作用不显著，F.28)=1.660，p=0.214;记忆条件的主效应也不显著，F()=2. 235，p=0.139;干扰类型的主效应显著，F()= 70. 538，P<0.001，基于客体的注意干扰任务的正确率显著高于空间选择性注意干扰任务。间为1838ms。根据提示阶段的要求，判断探测图形的位置或形状是否发生改变。为了让被试在客体工作记忆任务系列中，只能根据对几何图形本身形状的'记忆做出判断，而不能使用其他的策略，记忆探测
2.3讨论
采用规则的几何图形和容易命名的空间位置作为工作记忆任务，没有发现显著的选择性干扰效应。基于客体的选择性注意次级干扰任务对容易言语命名的客体记忆任务没有产生明显干扰的结果说明，被试完成作为基于客体的选择性注意次级干扰的叠加图形辨别任务时，对深色图形形状的识别和分辨加工没有言语加工的参与，因为如果包含言语加工，势必会对由言语编码参与的客体信息记忆产生干扰（Postle，2005；罗良，2010）。
那么，当工作记忆任务为言语命名与编码困难的客体和空间信息时，不同类型的注意次级干扰任务是否会产生选择性干扰呢？实验2对这个问题进行了考察。
3 实验二
考察不同类型的注意次级任务是否对言语命名和编码困难的客体和空间工作记忆任务产生选择性干扰。实验中的客体工作记忆任务要求被试记忆非标准三角形（除去等边、直角和等腰三角形）的形状，让被试比较目标与探测阶段非标准三角形的形状是否发生变化，每一个Block中，三角形的形状不重复。空间工作记忆任务要求被试记住非标准三角形在方框中的位置，与目标阶段相比，非标准三角形随机出现在方框中的任意位置，位置变化的大小不固定。

3.1 研究方法
3.1.1被试
15名大学生（其中男7名），年龄在18—25岁之间，平均年龄21.3岁，视力或者矫正视力正常。实验进行前，被试填写基本信息、签署实验知情同意书，实验完成后给予有限报酬。
3.1.2 实验设计
与实验1相同。
3.1.3 实验材料
工作记忆任务：客体与空间工作记忆任务使用相同的实验材料，屏幕上出现一个13. 02cm×13. 02cm方框，里面有一个黑色实心非标准三角形。在所有任务中，各种钝角三角形和锐角三角形各占50%。三角形在方框中的基本位置有五种：左上、左下、中间、右上和右下，每种基本位置各占20%。在每个Block中，三角形的位置和形状都是唯一的。
注意次级干扰任务：与实验1完全相同。
3.1.4 实验步骤
实验步骤与实验1相同。与实验l的工作记忆探测阶段相同，为了避免被试在记忆形状时，通过记忆三角形三个角在方框的相对空间位置来判断三角形的形状是否发生改变，实验改变了客体工作记忆任务中探测阶段三角形的位置（有80%的系列发生变化），通过伪随机函数来实现对位置的改变，改变之后，五种基本位置仍然各占20%；当被试任务为记忆三角形的位置时，探测阶段三角形的形状不发生变化，主要考虑到如果改变三角形的形状，将对三角形位置的判断造成较大干扰，尤其是记忆探测阶段与记忆目标阶段三角形位置之间的差别较小时。
3.1.5 数据处理
与实验1完全相同。
3.2结果分析
工作记忆和次级干扰任务的正确率见表3、表4。对工作记忆任务的正确率进行重复测量方差分析发现，工作记忆类型与干扰类型之间存在显著的交互作用，F= 10. 768，p<0.001。简单效应分析发现，在无干扰条件下，客体与空间工作记忆之间没有显著的差异，F=0.17，p=0.668；在基于客体的注意干扰条件下，客体工作记忆的正确率显著低于空间工作记忆，F= 10. 44，p=0.06;在’空间选择性注意干扰条件下，客体工作记忆的正确率显著高于空间工作记忆，F=9.25，p=0.009。此外，方差分析还发现存在显著的干扰类型主效应，F=9.813，p=0.01，事后平均数检验发现无干扰条件下的工作记忆正确率显著高于两种干扰条件(p<0.05)，而两种干扰条件下的正确（ www.fwsir.com）率没有显著差异。工作记忆类型的主效应不显著，F=1. 008，JP=0. 332。对两种工作记忆类型的受干扰量进行配对检验，结果显示，对于客体工作记忆来说，基于客体的注意干扰任务的干扰量(0. 069)显著大于空间选择性注意干扰任务的干扰量(0. 029)，f=2.859，p=0.013；对于空间工作记忆来说，空间选择性注意干扰任务的干扰量(0. 095)显著大于基于客体的注意干扰任务的干扰量(0.019),t(4)-2.848,p=0.013。
对次级干扰任务的正确率进行2x3的重复测量方差分析发现，干扰任务类型与记忆条件之间的交互作用不显著，F)=0. 907，p=0.415;记忆条件的主效应也不显著，Fc2.28)=0= 12. 722，p=0. 003，基于客体的注意干扰任务的正确率显著高于空间选择性注意干扰任务。3.3讨论
实验2的工作记忆数据结果分析表明：空间选择性注意次级干扰任务对空间工作记忆产生了显著的干扰效应，而基于客体的选择性注意次级干扰任务则对客体工作记忆产生明显的干扰。次级干扰任务的数据分析揭示，三种记忆条件下（无记忆信息，记忆客体信息，记忆空间信息），基于客体的注意干扰任务的正确率和空间选择性注意干扰任务的正确率均没有显著差异，这个结果证明，工作记忆任务出现的选择性干扰性效应并不是因为被试使用了认知资源的平衡分配策略所致( Klauer，2004)。
实验2说明，空间选择性注意在空间信息的保持加工中起重要作用，这与以往行为和脑机制研究发现一致（Smyth,1996;Awh,1998,2002;Srimal,2008）。基于客体的选择性注意干扰任务对客体工作记忆产生显著干扰效应，是本实验的一个重要发现，根据Awh( 2006)推理空间选择性注意与空间工作记忆之间关系时的逻辑，上面的实验结果说明，基于客体的选择性注意在客体信息的保持过程中发挥作用。Smith(1997)提出，客体工作记忆的编码过程是，首先对客体信息产生视觉客体编码，然后有一部分视觉客体编码转换为言语编码，对于言语编码形式的信息通过言语复述的方式进行保持，但是Smith并没提出没有转换为言语编码形式的客体信息的保持机制。Poslle( 2005，2007)和Rangannth( 2005)也曾作出推测，认为客体工作记忆中包含多种编码形式，但也没有揭示视觉形式的编码是如何保持。本实验的结果回答了这一问题，基于客体的选择性注意在视觉编码形式信息的保持中可能发挥重要作用。
4 总讨论
实验1采用规则的几何图形和容易命名的空间位置，没有发现显著的选择性干扰效应。实验2采用不规则的三角形和不容易命名的空间位置作为记忆任务，使用与实验1完全相同的两种注意次级干扰任务，但发现了显著的选择性干扰效应，这说明基于客体的选择性注意是否参与客体信息的保持和空间选择性注意是否参与空间信息的保持，可能受到记忆对象言语编码难易程度的影响。
对于空间工作记忆来说，当记忆对象是不容易言语命名和编码的空间位置时，空间选择性注意次级干扰任务表现出显著的干扰作用，这与以往的行为和脑机制研究结果一致( Smyth，1996；Awh，1998，2002；Srimal，2008)。但当记忆对象是容易言语命名和编码的空间位置时，没有发现空间选择性注意次级干扰任务引起的显著干扰效应，这与以往的研究结果不一致（Klauer，2004；罗良，2009），例如，最近一项以容易言语命名空间位置作为空间工作记忆任务的ERP研究结果（罗良，2009）揭示，空间工作记忆信息的保持有空间选择性注意的参与。之所以出现这种结果，可能是因为空间信息的保持加工中存在不同的保持策略( Bor，2003；Landau，2007；Car-retti，2007)，对难于进行言语命名和编码的空间位置进行记忆时，即使存在空间选择性干扰任务，仍然使用基于空间选择性注意的保持策略；但当记忆对象是易于进行言语命名和编码的空间位置时，如果延迟期间不出现空间选择性注意干扰任务，继续使用基于空间选择性注意的保持策略，如果延迟期间出现空间选择性注意干扰任务，则使用其他的保持策略，例如言语编码和复述策略（罗良，2010）。但在Klauer( 2004)的实验中，要求被试保持空间信息的同时，既要完成从1到10的数数任务（一种言语干扰任务），还要完成空间选择性注意干扰任务，言语干扰任务和空间选择性注意任务同时存在，造成被试选择保持策略上的困难，进而导致了空间信息保持的准确性下降。但关于空间信息保持过程中不同保持策略之间的转换机制是什么，还需要研究来揭示。
实验2发现，基于客体的选择性注意在不易使用言语命名和编码的客体记忆任务中，发挥重要作用。Simon( 1996)的研究发现，言语编码在客体工作记忆中发挥关键作用，Postle( 2005)研究发现，即使对抽象的、不易使用言语命名和编码的客体，仍有言（ www.fwsir.com）语编码的参与，在此基础上，他提出客体工作记忆可能存在多种编码形式，其中言语编码机制的参与是自动化( automatically)、强制性的(obligatorily)。实验2和Postle( 2005)的结果说明，基于客体的选择性注意和言语编码可能在难于言语命名和编码的客体记忆任务中同时发挥作用，对其中任何一种形式的表征进行干扰，都会对记忆成绩产生影响。对于言语命名和编码容易的客体工作记忆任务，则主要是言语形式的编码和复述发挥作用。关于这种差异的内部加工机制，Postle( 2005，2007)推测，新输入的客体表征与头脑内部表征匹配是一种强制性的、自动化的过程，但是新输入的视觉客体表征与头脑内部表征匹配程度如何，可能由新输入客体的特征决定，对于具有规则形状的客体，较多的外部记忆对象的视觉特征转化为了大脑内部言语编码的形式，因此对于具有规则形状的客体，其保持主要依赖言语形式的编码和复述；而对于不规则或抽象的客体，这种匹配并不完全，只有一部分的外部记忆对象的客体编码转化为了大脑内部言语编码的形式，剩余的外部记忆对象的客体特征编码则继续存在，而且既有低水平客体特征编码( Rangannth，2006)，也有高水平客体特征编码( Luck，1997)，这些客体特征的编码继续依赖基于客体的选择性注意排除外界干扰，因此对于不规则或抽象客体的保持，言语次级任务（Postle，2005；罗良，2010）和基于客体的选择性注意次级任务都产生了干扰。
5 结论
基于客体的选择性注意和空间选择性注意分别参与言语命名和编码困难客体与空间信息的保持加工，但当面对言语命名和编码容易的客体与空间记忆目标时，不再发生作用。