统计学习影响工作记忆的认知神经机制

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:youluxihua
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工作记忆是容量有限的认知资源,代表了个体在短时间内维持任务相关信息的能力。工作记忆中暂时存储的一部分信息也可以转化为长时记忆存储,获得更长时间的维持。研究表明,个体能够通过学习刺激中的统计性规律提高工作记忆任务的表现,例如个体能额外记住刺激总体的统计表征,使得对更高的出现概率的特定刺激有更好的回忆表现。然而这些统计性规律是如何发挥作用的以及其背后的神经机制尚不清楚。本文将通过三个实验对统计学习影响工作记忆表现的认知神经机制展开讨论,以探明统计学习究竟是提高了工作记忆编码的效率还是引发了长时记忆对规律的存储,并通过脑电图技术(electroencephalogram,EEG)揭示工作记忆相关的α和θ频段振荡在这些过程中的作用。在实验1中,29名受试者被分为两组,都需要记忆由八个色块组成的刺激序列,每两个色块相邻呈现,经过1秒的延时后,根据后置空间线索汇报其指向色块的颜色。在实验组(15名受试者)中,刺激序列中的一些特定的颜色在空间上的组合存在更高的出现概率,例如红色和绿色总是相邻出现。在控制组(14名受试者)中,这些刺激随机呈现,不存在任何统计性规律。两组受试者都没有被告知可能存在规律。行为结果发现,实验组受试者的回忆准确率随着规律的呈现而提升并最终显著高于控制组。通过对受试者单试次行为结果进行贝叶斯计算建模分析,我们得到了受试者使用规律进行目标刺激推断的概率,并发现统计学习提高行为成绩的效果主要在于提高受试者运用这种策略的概率。进一步对脑电的分析发现,随着规律的呈现,实验组的顶枕脑区在刺激呈现后α频段去同步化程度逐渐增强,而顶枕脑区刺激呈现后θ频段同步化程度逐渐减弱。进一步的相关分析表明,这两部分脑电的变化都能够预测受试者使用策略的概率的增加。在实验2中,另一批28名受试者参加了实验。实验2的设计与实验1相似,不同之处在于我们对规律的呈现时机进行了操纵。对于所有受试者而言,实验中间三分之一试次的颜色刺激不包含组合规律,而其余试次的颜色包含相同的组合规律。行为结果发现,受试者的回忆准确率和模型拟合的规律使用概率首先随着统计性规律的出现而显著提升并在规律消失时显著的降低。当规律信息重新出现时,受试者的回忆正确率以及使用规律的概率与规律消失前没有显著差异,并随着规律试次数量的增加而发生了进一步显著的提升。这预示着长时记忆系统可能参与了规律信息的存储使得受试者对规律的学习没有受到规律消失的影响。与此同时,我们发现在实验1中所关注的α和θ频段的两种脑电成分在实验2中的变化依然可以预测受试者使用策略的概率的变化。实验3中,我们在实验2的基础上进一步对规律呈现的数量进行了操纵,并邀请了另一批共27名受试者完成实验。在研究3的设计中,实验中间三分之一试次的颜色刺激包含一种组合规律(记为规律B),而其余的试次包含另一种组合规律(记为规律A),例如在规律A中红色和绿色是更高概率出现的组合,而在规律B中红色和黄色是更高概率出现的组合。行为结果表明,受试者对两种规律的记忆表现及对应规律的使用概率都产生了显著的提升。更有趣的是当规律A重新出现后,受试者的回忆正确率以及使用规律A的概率与规律A消失前没有显著差异,预示着对规律B的学习没有显著地损害对规律A的记忆。与此同时,我们发现实验1和2中所关注的α和θ频段的两种脑电成分在实验3中的变化可以预测整个实验中的规律使用概率的增加。综上,我们的研究验证了统计学习对工作记忆表现的促进作用,并进一步指出长时记忆系统可能参与了这一认知过程,使得规律信息能够被持续而不受干扰地存储;规律的掌握进而引发了记忆策略的使用,并最终导致工作记忆表现得到提升。与此同时,我们在3个实验中一致地发现刺激呈现后α和θ频段神经振荡的变化能够预测规律的使用。这些成分可能分别表征了统计性规律在工作记忆任务中规律信息的提取和应用的过程,为统计学习影响工作记忆的神经机制提供了可能的解释。
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