尹 杰，黃 希 庭

(西南大學(xué) 心理學(xué)部，教育部認知與人格重點實驗室，重慶市 400715)

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時間性前瞻記憶的理論模型及神經(jīng)機制*

尹 杰，黃 希 庭

(西南大學(xué) 心理學(xué)部，教育部認知與人格重點實驗室，重慶市 400715)

時間性前瞻記憶與事件性前瞻記憶在任務(wù)執(zhí)行時間的可預(yù)測性、對注意資源的依賴性上有較大差異。解釋時間性前瞻記憶的理論模型主要有測試-等待-測試-退出模型、注意閥門模型、動態(tài)注意模型，這些理論都強調(diào)注意對正確執(zhí)行任務(wù)的重要性。參與時間性前瞻記憶加工的腦區(qū)主要有前額葉、顳葉、丘腦等，其中，前額葉在整個前瞻記憶加工過程中都發(fā)揮作用。未來研究應(yīng)考慮將行為和神經(jīng)機制研究結(jié)合起來，以探討時間性前瞻記憶的加工機制。

時間性前瞻記憶；注意資源；理論模型；神經(jīng)機制

一、時間性前瞻記憶與事件性前瞻記憶的異同

前瞻記憶(prospective memory, PM)是一種主動記起未來要執(zhí)行某一種行為的能力[1]。日常生活中，前瞻記憶的例子很多，如記住給朋友送筆記本，記住每兩個小時吃一次藥，做飯后記住關(guān)掉火，等等。前瞻記憶包括兩個成分，一是回溯性成分(retrospective component)，即記住將要進行的活動，以及在什么時候進行活動；另一個是前瞻性成分(prospective component)，即記住在適當(dāng)?shù)臅r間，去執(zhí)行這項活動[2]。Einstein和McDaniel[2]指出，前瞻記憶的成功提取有賴于兩種成分共同執(zhí)行，兩者缺一不可。他們根據(jù)從事活動的線索特點，把前瞻記憶區(qū)分為“基于事件的前瞻記憶”(event-based PM)和“基于時間的前瞻記憶”(time-based PM)。前者是指在一些特定外部事件發(fā)生時去執(zhí)行一個行動(例如，記得見到某人時給他捎個消息)；后者是指在一個特定的時間(例如，下午三點去上課)或在一段時間后去執(zhí)行一個行動(例如，10分鐘后給家人打個電話)。兩種類型的前瞻記憶在生活中都很常見，但是，相對于事件性前瞻記憶來說，研究者對時間性前瞻記憶的探索開始得較晚。目前爭論和研究的焦點主要集中在兩種前瞻記憶的差異上。而要深入探討時間性前瞻記憶的獨特性，就必須區(qū)分它與事件性前瞻記憶的異同。

(一)相同點

早年研究者在研究前瞻記憶時，經(jīng)常將這兩種類型的記憶混在一起，統(tǒng)稱前瞻記憶。當(dāng)然，無論是時間性前瞻記憶，還是事件性前瞻記憶，都屬于前瞻記憶，它們確實存在很多相同之處。歸納這兩種前瞻記憶的實驗研究結(jié)果，主要有以下幾個相同點[3]：首先，都有一個意向或多個意向需要去執(zhí)行。其次，意向形成之后不能被立即執(zhí)行，存在延遲時間，即形成意向到意向執(zhí)行之間有一定的時間間隔。在這段延遲時間中填充著背景任務(wù)(ongoing task)。背景任務(wù)的執(zhí)行抑制了意向在延遲時間中的保持，這是因為這個任務(wù)需要競爭認知資源(如注意)，或者是延遲時間太長。這一特征使前瞻記憶區(qū)別于工作記憶以及警戒任務(wù)范式。再次，意向行為是在一個特定情境下執(zhí)行的，這稱之為“提取背景”。在事件性前瞻記憶任務(wù)中，提取背景以線索為標志。在時間性前瞻記憶任務(wù)中，提取背景是一個特定的時間點，或者是在一個特定時間段之后。最后，意向行為的執(zhí)行是自我啟動的，被試必須自己識別出前瞻線索或者提取背景。

(二)不同點

1.任務(wù)執(zhí)行時間的可預(yù)測性

上述這兩種類型的前瞻記憶明顯的外部差異是，事件性前瞻記憶任務(wù)有外部線索(cue)，時間性前瞻記憶任務(wù)沒有外部線索呈現(xiàn)。但是時間性前瞻記憶可以提供給被試明確的時間信息，例如讓某人今天上午10點打個電話，或者半小時后發(fā)個郵件，這里的今天上午10點或者半小時后都是非常明確的時間，個體在這段時間間隔中可以隨時對時間進行監(jiān)控，且知道離執(zhí)行任務(wù)還有多久。但是事件性前瞻記憶任務(wù)，如當(dāng)你下次碰到某個同學(xué)時把書給他，我們不知道在何時何地能遇到這個同學(xué)，因而這個時間就具有不可預(yù)測性。

當(dāng)然，如果對這個同學(xué)的生活習(xí)慣很熟悉，我們知道會在何時何地遇見他，那么就可以大致地預(yù)測時間。因此，有研究者認為這兩種類型的前瞻記憶的核心差異并非在于提取線索是否具有可預(yù)測性，而可能在于人們所使用的監(jiān)控線索的尺度(dimension)，例如，時間，以及對習(xí)慣或者空間位置的記憶[4]。對靶線索的接近程度進行評估時，使用尺度的相對顯著性，每一尺度提供信息的可靠性，或者對每一個尺度的熟悉性都影響到兩類前瞻記憶的差異。但盡管如此，對事件性前瞻記憶中線索出現(xiàn)的時間的預(yù)測仍不如時間性前瞻記憶那么準確。

2.對注意資源的依賴性

在執(zhí)行時間性前瞻記憶任務(wù)時，由于沒有明顯的外部線索提示，因而需要更多自我啟動去記住先前的意向；而事件性前瞻記憶受到線索誘發(fā)，不需要很多自我啟動。所以，與事件性前瞻記憶相比，完成時間性前瞻記憶任務(wù)需要更多地依賴于個體的注意資源。有關(guān)時間性和事件性前瞻記憶的研究結(jié)果都發(fā)現(xiàn)了這點：(1)表現(xiàn)在年齡上。Park等人[5]在研究年齡對時間性和事件性前瞻記憶的影響時，發(fā)現(xiàn)年齡效應(yīng)主要出現(xiàn)在時間性前瞻記憶任務(wù)上，而非事件性前瞻記憶任務(wù)。老年被試比青年被試會做出更多的時間監(jiān)控錯誤。老年人的各種認知功能逐漸減退，涉及注意資源分配的加工呈下降趨勢[6]，更難以自我啟動，因此時間性前瞻記憶任務(wù)成績差。(2)表現(xiàn)在任務(wù)重要性上。Kliegel等人的研究發(fā)現(xiàn)[7]，操縱任務(wù)的重要性對時間性前瞻記憶任務(wù)有影響，而對事件性前瞻記憶任務(wù)沒有影響。具體地，在時間性前瞻記憶任務(wù)中，被試在高重要性任務(wù)的表現(xiàn)顯著優(yōu)于低重要性任務(wù)。根據(jù)重要性的不同，被試需要策略地分配注意資源。高重要性任務(wù)被分配了較多的注意資源，因而成績較好。(3)體現(xiàn)在認知損傷的研究結(jié)果上。Zinke等人[8]研究發(fā)現(xiàn)，多動癥兒童很難集中注意力，他們的時間性前瞻記憶任務(wù)的準確性顯著差于控制組兒童。Heffernan和O’Neill[9]研究發(fā)現(xiàn)酗酒者的時間性前瞻記憶功能減弱，而事件性前瞻記憶不受影響。酗酒者的執(zhí)行功能降低，而執(zhí)行功能受損對時間性前瞻記憶的影響更大。(4)通過增加對時間性前瞻記憶的注意分配，可以提高其任務(wù)表現(xiàn)水平。Naster等人[10]研究發(fā)現(xiàn)，壓力情境下被試的時間性前瞻記憶成績優(yōu)于控制組，而事件性前瞻記憶沒有這種效應(yīng)。他們認為壓力增強了皮質(zhì)醇水平，而皮質(zhì)醇能夠讓被試保持警覺狀態(tài)，即有更多的注意資源參與。時間性前瞻記憶受注意資源的影響，因此其成績提高。類似的研究還有，電子煙的尼古丁能夠提高戒斷期吸煙者的時間性前瞻記憶表現(xiàn)，但事件性前瞻記憶任務(wù)不受影響[11]。尼古丁促進個體策略地分配注意資源，使得被試在時間性前瞻記憶任務(wù)中注意增強。

這些研究提示，認知功能不足或衰退，抑或認知資源無法合理分配將導(dǎo)致時間性前瞻記憶的失敗，而當(dāng)能夠分配更多的認知資源時，時間性前瞻記憶成績提高。這就從一正一反兩個方面說明注意資源對實驗室中時間性前瞻記憶的重要性。

然而，事實上，時間性前瞻記憶和事件性前瞻記憶的差異在日常生活中往往難以截然區(qū)分開，我們可能會將一種類型的任務(wù)轉(zhuǎn)化為另一種。任務(wù)轉(zhuǎn)化的質(zhì)性研究證據(jù)來自于人們在執(zhí)行不同的前瞻任務(wù)時所使用的策略[12]。當(dāng)被試執(zhí)行一個典型的時間性前瞻任務(wù)時，例如周三下午四點約見牙醫(yī)，讓他描述所使用的策略，被試傾向于將前瞻任務(wù)與其他的活動或者安排的事情相聯(lián)系(如下午上完前兩節(jié)課后，立即就去)，在日常生活中這種情況尤為常見。如此一來，在一定程度上，兩種任務(wù)名義上的差異就消失了。

二、時間性前瞻記憶的理論模型

在研究前瞻記憶的歷史中，研究者曾提出過一些理論模型用來解釋事件性前瞻記憶任務(wù)執(zhí)行過程中的認知資源分配和記憶線索的編碼與提取特點，主要有注意-搜索模型[13]，自動激活模型[14]，雙重加工模型[15]，三重加工模型[16]，多項加工樹模型[17]。然而，這些理論模型并不適合解釋時間性前瞻記憶。因為事件性前瞻記憶總是會出現(xiàn)一定的目標事件或線索，而時間性前瞻記憶只有時間信息，而且需要個體自我啟動。那么個體是如何加工時間性前瞻記憶的時間信息，從而能在合適的時間執(zhí)行意向行為呢？

(一)測試-等待-測試-退出模型

Harris和Wilkins[18]提出測試-等待-測試-退出模型(test-wait-test-exit,TWTE)。該模型認為，在時間性前瞻記憶中，被試先對未來要執(zhí)行的任務(wù)進行編碼，然后等待一段時間，直到似乎應(yīng)該檢測記憶時查看時鐘(test)。如果發(fā)現(xiàn)時間沒有到，則繼續(xù)等待(wait)。這個檢測-等待的循環(huán)持續(xù)進行，直到目標時間出現(xiàn)為止，然后做出目標反應(yīng)，循環(huán)結(jié)束(exit)。從模型中可以看出，時間性前瞻記憶的成功執(zhí)行依賴于在合適時段對時間進行監(jiān)控。在他們的實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)目標時間接近時，查看時鐘的頻率逐漸上升，且與反應(yīng)準確性相關(guān)。此外也有一些研究支持這一加工機制的理論假設(shè)[13，19-20]。但是Harris和Wilkins的實驗中也發(fā)現(xiàn)，即使被試忘了之前的行為意向，他們也常常會在鄰近目標時間時查看時鐘。那么這一理論便無法解釋這一行為。正如他們所認為的那樣，這個模型在很大程度上是描述性的。對基本的問題，如“如何使人們在缺乏線索的情況下意識到時間，或者說使人們想起和時間有關(guān)的意向？每次監(jiān)測又是如何決定這個時間是否是恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)時間”等，則無法解釋。

(二)注意閥門模型

注意閥門模型(attentional-gate model, AGM)最早是由Block和Zakay[21]提出的，用來解釋時間估計，后來被用來解釋時間性前瞻記憶的加工過程[22]。該理論主要包括一個不斷發(fā)射信號的節(jié)拍器(pacemaker)、注意閥門(attentional gate)、一個開關(guān)(switch)、一個計數(shù)器(accumulator)以及一個決策過程(decision-making process)。該模型認為，節(jié)拍器以相對穩(wěn)定的頻率不斷地發(fā)射出信號，隨后這些信號需要經(jīng)過注意閥門。這個注意閥門由決定著個體資源分配策略的執(zhí)行功能進行控制。分給時間任務(wù)的資源越多，那么這個閥門打開就越大，允許通過的信號就會越多。當(dāng)某一情形需要對目標時間間隔進行監(jiān)控時，開關(guān)打開，允許信號通過注意閥門而進入計數(shù)器；當(dāng)某一情形意味著監(jiān)控階段結(jié)束時，開關(guān)就會關(guān)閉以阻止更多的信號進入。計數(shù)器中所儲存的信號的數(shù)量代表著間隔的持續(xù)時間。所存儲的信號的數(shù)量隨后被轉(zhuǎn)化為工作記憶的一個成分。此時，存儲在長時記憶中的對于目標時間間隔的表征也會編碼成參照記憶，并不斷地與進入計數(shù)器的信號做認知比較。如果時間間隔匹配，則上述過程結(jié)束，個體從長時記憶中提取出預(yù)定的行為表征，并做出反應(yīng)。如果時間不匹配，上述過程繼續(xù)重復(fù)。

注意閥門模型是從標量計時模型(scalar-timing model)演化而來的，模型中添加了“注意閥門”這一成分，他們認為注意控制是靈長類動物所獨有的，例如與注意的執(zhí)行控制密切相關(guān)的前扣帶回，在早期哺乳動物大腦中并沒有那么發(fā)達。因此注意閥門模型被用來解釋人的注意資源分配對前瞻計時的影響。該模型的優(yōu)點是它能夠提供對前瞻時間判斷的連貫性解釋，能夠從中樞神經(jīng)系統(tǒng)的角度，以一種簡潔且合理的方式定義時間信息加工，并得到了一些實驗結(jié)果的支持[23-24]。該模型體現(xiàn)了在沒有外界線索的情況下，中樞系統(tǒng)對時間加工的靈活性及有效性，但是注意閥門只能看作是一個概念構(gòu)想，尚需許多研究，尤其是腦機制的研究加以證實。

(三)動態(tài)注意理論

動態(tài)注意理論(dynamic attending theory, DAT)由Jones[25]提出。在預(yù)期式時間判斷任務(wù)中，該理論通過強調(diào)注意的同步性在響應(yīng)事件時的角色來解釋人們是如何判斷時間的。為了對比判斷，DAT模型假設(shè)注意及在注意中所伴隨的同步性與任務(wù)相關(guān)的時間標準相互關(guān)聯(lián)。對任務(wù)相關(guān)的時距的期望符合程度決定了時間判斷。時間期望依賴于任務(wù)和事件的時間結(jié)構(gòu)。直覺上，如果某件事比預(yù)期來得早，其相關(guān)的時間間隔就被知覺為很短。對比較時距的時間期待是基于標準時距所提供的時間水平(time level)。因此，當(dāng)人們被告知需要判斷填滿事件的標準時距的總長度時，相關(guān)的時距是這個事件的高階(higher-order)時距。在需要判斷比較時距和標準時距的關(guān)系時，他們的表現(xiàn)將依賴于由比較時距的結(jié)束時間與預(yù)期的標準時距的結(jié)束時間的關(guān)系。換句話說，期望時距的結(jié)束時間與比較時距的結(jié)束時間之間具有一定差異，而這種差異導(dǎo)致的非同步性系統(tǒng)地影響到對比較時距的判斷：如果比較時距比期望時距結(jié)束得晚，那么它將被判斷為比標準時距長；而如果比期望時距結(jié)束得早，就被判斷為比標準時距短。

動態(tài)注意理論中，一段時間的內(nèi)部表征是一個周期性的振動，個體需要對一系列的時間間隔進行應(yīng)答。在實時距的時間判斷任務(wù)中，對事件結(jié)構(gòu)的仔細分析將起到重要作用，Boltz[26-27]的實驗證實了這一點，他發(fā)現(xiàn)對節(jié)奏感連貫的事件的時間估計與節(jié)奏感不連貫的事件顯著有差異。而在空時距的時間判斷任務(wù)中，個體將依賴于由先前呈現(xiàn)的背景節(jié)律所引發(fā)的期望以及對單個時距的分析性注意。當(dāng)標準時距與先前的背景節(jié)律不匹配時，即與期望相違背，則個體很難判斷其時距[28-29]。將時間期望引入時間判斷理論中來解釋人們?nèi)绾渭庸r間性前瞻記憶，是一個創(chuàng)新之處。相比之前的信號累加模型，似乎更加體現(xiàn)了個體的主觀能動性。

上述時間性前瞻記憶的理論模型都強調(diào)了對時間的監(jiān)控，以及注意在時間任務(wù)中所發(fā)揮的作用。TWTE模型描述了執(zhí)行前瞻任務(wù)時的過程，但相對機械化。注意閥門理論說明注意資源的合理分配是執(zhí)行前瞻計時的必要條件，體現(xiàn)了中樞系統(tǒng)的靈活性。動態(tài)注意理論則更精確的解釋了個體是如何應(yīng)答時間的，如何進行時間比較，比前兩個理論更有優(yōu)勢。

三、時間性前瞻記憶的神經(jīng)機制

研究時間性前瞻記憶的加工機制，不僅要從行為、認知的層面上，而且要從腦區(qū)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層面來探討并驗證。近年來，不少研究者從腦影像學(xué)、腦損傷和電生理學(xué)的角度對時間性前瞻記憶的神經(jīng)機制進行探索。

(一)腦影像學(xué)研究證據(jù)

功能磁共振成像(fMRI)和正電子斷層掃描影像(PET)是研究時間性前瞻記憶腦機制的常用技術(shù)。認知心理學(xué)和神經(jīng)心理學(xué)的研究表明，前額葉皮質(zhì)(prefrontal cortex, PFC)參與人的高級認知功能，在前瞻記憶的監(jiān)控過程中起著重要作用。時間性前瞻記憶需要自我啟動，依賴于更高水平的執(zhí)行功能，因此需要PFC的參與。前人研究發(fā)現(xiàn)加工延遲意向和對計劃行為的時間組織都涉及前額葉前部(aPFC)[30-35]。PFC被視為長時計劃和意向行為的軌跡，一方面因為前額葉神經(jīng)元能夠在經(jīng)歷較長時距之后維持表征，抑制任務(wù)反應(yīng)[36-38]。另一方面，動物和人類的前額葉功能研究顯示，前額葉支持對行動的暫時性延遲的控制[39-40]。神經(jīng)影像的研究發(fā)現(xiàn)前額葉參與事件性前瞻記憶任務(wù)[41-44]，同時也參與時間性前瞻記憶任務(wù)[45]。Burgess, Scott和Frith[3]使用PET研究發(fā)現(xiàn)，在前瞻記憶延遲階段對意向的抑制可能依賴于內(nèi)側(cè)額葉后部(pMFC)，而維持和執(zhí)行的調(diào)整過程更多依賴于前額葉的外側(cè)(LPFC)。

前額葉的激活模式能夠揭示我們當(dāng)前的意向，但是目前有兩個問題尚未解決。第一，當(dāng)我們忙于做其他任務(wù)(背景任務(wù))時，PFC是如何編碼有關(guān)未來任務(wù)信息的；第二，PFC如何使我們在目標時間能夠著手來執(zhí)行意向任務(wù)?；谶@一原因，Momennejad和Haynes[46]使用fMRI技術(shù)來研究時間性前瞻記憶，以探索當(dāng)延遲間隔被任務(wù)占據(jù)時，大腦是如何存儲和提取未來意向的。他們發(fā)現(xiàn)，與前瞻意向維持階段的任務(wù)相關(guān)(what)的腦區(qū)主要為背內(nèi)側(cè)前額葉(dorsomedial PFC)，其他區(qū)域還有右側(cè)尾狀核，左側(cè)BA6區(qū)，內(nèi)側(cè)前額葉(包括BA9和前輔助運動區(qū))；與前瞻意向提取階段的任務(wù)相關(guān)(what)的腦區(qū)主要為腹外側(cè)前額葉前部(ventrolateral aPFC)，左側(cè)前額葉前部區(qū)域(BA10和BA46區(qū))和右側(cè)額下回三角區(qū)域(BA45的大部分區(qū)域和BA46的部分區(qū)域)，其他區(qū)域還包括左側(cè)顳下回和左側(cè)額部BA6區(qū)；編碼前瞻意向維持階段的延遲時間段(when)信息的腦區(qū)為前扣帶回(ACC)，后側(cè)海馬旁回(PPC)，雙側(cè)前額葉前部(aPFC)，右側(cè)背外側(cè)前額葉(DLPFC)，輔助運動區(qū)(SMA)，和小腦；編碼提取階段的時間信息(when)的腦區(qū)為背內(nèi)側(cè)前額葉前部(aPFC)，楔前葉，右側(cè)腹外側(cè)前額葉和額下回三角區(qū)。此研究首次探討了外側(cè)和內(nèi)側(cè)喙部前額葉(rostral prefrontal cortex)在前瞻記憶維持和提取過程中的計算作用(computational role)。Burgess, Gonen-Yaacovi和Volle[47]總結(jié)了前瞻記憶的功能影像研究，認為內(nèi)側(cè)喙部前額葉的一些區(qū)域在僅有背景任務(wù)時激活增強，而外側(cè)喙部前額葉主要涉及有延遲意向的任務(wù)加工。但是并不清楚這兩個區(qū)域到底涉及的是哪個階段的時間信息或是任務(wù)信息。Momennejad和Haynes的研究表明內(nèi)側(cè)喙部前額葉參與到意向維持階段的任務(wù)信息表征。這似乎證實了內(nèi)側(cè)喙部前額葉涉及“刺激導(dǎo)向的注意”(stimulus-oriented attending)[48]，即任務(wù)信息。而腹外側(cè)前額葉前部涉及意向任務(wù)的提取，即任務(wù)信息；背外側(cè)前額葉涉及對延遲的持續(xù)時間的加工，即時間信息?？梢?，這些區(qū)域并非單純特定于某一階段的某種任務(wù)。但是，喙部前額葉在時間性前瞻記憶加工中的作用是無可爭辯的。更加精確地定位內(nèi)側(cè)和外側(cè)喙部前額葉的功能角色在時間性前瞻記憶中的作用需要未來更系統(tǒng)的實驗設(shè)計和更加完善的技術(shù)方法。

既然時間性前瞻記憶與事件性前瞻記憶任務(wù)具有行為上的差異，那么二者的神經(jīng)機制是否不同？Okuda等人[49]使用PET技術(shù)考察時間和事件性前瞻記憶任務(wù)所誘發(fā)的腦部活動。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)被試需要自己估計時間來完成時間性前瞻任務(wù)時，相比事件性前瞻任務(wù)，激活更強的腦區(qū)為左側(cè)額上回；當(dāng)被試可以借助于外部時鐘來監(jiān)控時間時，右側(cè)額上回、內(nèi)側(cè)PFC的前部以及扣帶前回三個區(qū)域顯示更強的激活。Gonneaud等人[50]使用聯(lián)合分析來研究時間性和事件性前瞻記憶的激活腦區(qū)。他們發(fā)現(xiàn)，兩種前瞻條件共同正激活的腦區(qū)為頂下小葉，左側(cè)頂上回，中央后回；共同負激活的區(qū)域為左半球的腦區(qū)，包括內(nèi)側(cè)喙部前額葉(RPFC)和顳中回。當(dāng)分析背景任務(wù)和前瞻任務(wù)條件時(ongoing tasks+PM)，事件任務(wù)特定激活的腦區(qū)為左側(cè)枕葉的后部區(qū)域(從梭狀回到舌回和左側(cè)枕中回)，時間任務(wù)特定激活的腦區(qū)在右大腦半球的不同位置，尤其是額中回、額上回、楔葉和楔前葉。當(dāng)僅僅分析前瞻記憶(PM)條件時，發(fā)現(xiàn)事件任務(wù)激活了枕葉的大部分區(qū)域，一直延伸到小腦。而時間任務(wù)僅僅激活了右側(cè)楔葉。事件性前瞻記憶任務(wù)比時間性前瞻記憶激活的腦區(qū)更多，或許說明覺察目標時間比覺察線索所需要的認知加工少。事件性前瞻記憶特定的關(guān)鍵腦區(qū)為左側(cè)額下回和枕葉，這一目標檢測的模式構(gòu)成其意向維持階段的特征。時間性前瞻記憶任務(wù)表現(xiàn)出一個右腦偏向的網(wǎng)絡(luò)，其中背外側(cè)前額葉負責(zé)時間估計[51-54]。右腦偏向的區(qū)域在時間感知和辨別研究中很常見，尤其當(dāng)實驗設(shè)計是長時間間隔時[52-53]。Gonneaud等人的研究是第一個探索事件性前瞻記憶和時間性前瞻記憶神經(jīng)機制異同的fMRI研究，但是研究中的設(shè)計混淆了一些變量，如持續(xù)呈現(xiàn)時鐘而導(dǎo)致無法對時間監(jiān)控進行測量；且有意削弱了前瞻記憶中的回溯部分，致使不能發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的情景記憶腦區(qū)如內(nèi)側(cè)顳葉和海馬[55-56]的激活；由于實驗中時間性前瞻記憶的時間間隔較短(30s)，以及事件性前瞻記憶中前瞻線索頻率較高，導(dǎo)致前瞻任務(wù)較多地依賴于注意加工。另外，雖然他們提到一個包含背外側(cè)前額葉、楔前葉、頂下小葉、顳上回和小腦的腦網(wǎng)絡(luò)區(qū)域在時間性前瞻記憶任務(wù)中激活更強，但具體這些腦區(qū)之間是如何相互作用的，連接強度怎樣等并不清楚，并未做相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)屬性分析。

(二)腦損傷研究證據(jù)

腦損傷研究雖不能像影像學(xué)研究那樣精確定位腦區(qū)，但卻能夠從解剖學(xué)的角度為時間性前瞻記憶的神經(jīng)機制提供更為直接的證據(jù)。目前，腦損傷研究主要發(fā)現(xiàn)額葉、顳葉、丘腦等腦區(qū)對時間性前瞻記憶有影響。

影像學(xué)研究肯定了前額葉在加工時間性前瞻記憶中的作用，但是程懷東等人[57]以前額葉損傷患者為被試的一項研究中發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，病人組的事件性前瞻記憶表現(xiàn)受損，而時間性前瞻記憶表現(xiàn)正常。說明前額葉在時間性前瞻記憶中可能并不起著關(guān)鍵作用。不過，程懷東等人的研究中所使用的病人，包括腦梗死，腦出血，腦膜瘤等，這些都屬于不同類型的腦損傷，而且損傷部位可能并不在前額葉中的同一位置，與影像學(xué)研究中定位的腦區(qū)或許有些出入。換句話說，額葉的不同部位可能對時間性前瞻記憶的影響有所不同。事實也確實如此，另一腦損傷研究就肯定了額葉的作用。Volle等人[58]比較了45個局灶性腦病變(focal brain lesions)患者和107個控制組被試在時間性和事件性前瞻記憶任務(wù)中的表現(xiàn)，并完成一系列的次級任務(wù)(secondary tasks)，包括時間估計任務(wù)、基本注意控制任務(wù)，反應(yīng)抑制，多重指導(dǎo)語加工任務(wù)(multiple instruction tasks)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，右側(cè)額極(right polar prefrontal region, in BA10)損傷的被試在時間性前瞻記憶中的表現(xiàn)顯著差于控制組，但事件性前瞻記憶任務(wù)不受影響。另外，他們的時間估計任務(wù)成績顯著低于其他病人，而在注意控制、反應(yīng)抑制、多重指導(dǎo)語加工任務(wù)上與其他人并無顯著差異。此區(qū)域在前瞻任務(wù)中可能參與了時間估計，以及意向的提取和執(zhí)行。

顳葉區(qū)域參與情境記憶的編碼和提取[59-61]，在回溯記憶中不可或缺。時間性前瞻記憶任務(wù)包括前瞻部分和回溯部分，因而有顳葉的參與[46]。研究發(fā)現(xiàn)，左腦顳葉前部切除的被試在所有的時間性前瞻記憶任務(wù)和回溯記憶任務(wù)中表現(xiàn)都受損[62]。

此外，丘腦也參與時間性前瞻記憶的加工。Van der Werf等人[63]發(fā)現(xiàn)丘腦梗死的患者會出現(xiàn)病態(tài)的持續(xù)性行為，這種持續(xù)性行為會導(dǎo)致前瞻記憶提取障礙。在后續(xù)的研究中，他還發(fā)現(xiàn)，丘腦背內(nèi)側(cè)損傷會導(dǎo)致執(zhí)行功能的缺損，而執(zhí)行功能與前瞻記憶意向維持和任務(wù)完成有關(guān)。Cheng等人[64]以18個丘腦卒中病人和18個年齡相匹配的控制組為被試，分別探討丘腦損傷對時間性和事件性前瞻記憶的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，病人組的時間性前瞻記憶表現(xiàn)明顯差于控制組，但事件性前瞻記憶的表現(xiàn)沒有差異。不過已有研究發(fā)現(xiàn)丘腦在事件性前瞻記憶中有激活[65]。

在時間性前瞻記憶中，被試需要對未來任務(wù)持續(xù)保持一定的警醒，以保證任務(wù)的完成，因而或許有扣帶前回的參與。扣帶前回涉及注意加工，在沖突檢測、強化學(xué)習(xí)和錯誤探測的研究中，均發(fā)現(xiàn)有扣帶前回參與的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機制[66-67]。Burgess等人[68]以60個局部大腦損傷患者和60個年齡、IQ匹配的控制組為被試，測量一個涉及任務(wù)學(xué)習(xí)和記憶、計劃產(chǎn)生和維持的多任務(wù)程序。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，延遲后的任務(wù)執(zhí)行受到左側(cè)扣帶前回損傷的影響。此外，他們的研究發(fā)現(xiàn)布魯?shù)侣?區(qū)、9區(qū)，尤其是10區(qū)相應(yīng)部位損傷的被試會出現(xiàn)規(guī)則破壞和任務(wù)轉(zhuǎn)換失敗。右背外側(cè)前額葉損傷的被試在計劃產(chǎn)生任務(wù)中存在缺陷。他們認為前后扣帶回可能參與前瞻記憶的回溯部分，而前瞻記憶和計劃產(chǎn)生需要BA8、9、10區(qū)，以及有背外側(cè)前額葉的參與。這些研究只是間接證明了扣帶前回在時間性前瞻記憶中可能的作用，盡管影像學(xué)研究已證實其參與時間性前瞻記憶加工[46]，但目前尚無直接的腦損傷證據(jù)。

腦損傷研究不能精確到體素(voxel)水平來探索時間性前瞻記憶的神經(jīng)機制，因而其研究結(jié)果與影像學(xué)研究出現(xiàn)不一致是可以理解的，我們不能否認腦損傷研究的意義。這同時讓我們意識到，目前的神經(jīng)機制研究并不完善，對于很多腦區(qū)的功能認識還不統(tǒng)一。未來使用更加精密的技術(shù)或許能夠解決這一問題。

(三)電生理學(xué)研究證據(jù)

事件相關(guān)電位(ERP)能夠揭示執(zhí)行時間性前瞻記憶過程的腦電活動，可以精確定位到特定時域。Cona等人[69]研究了時間性前瞻記憶的事件相關(guān)電位(ERPs)，并考察時間性和事件性前瞻記憶的策略監(jiān)控機制的ERP波形差異。研究中一共使用了四個時間窗，在第一個時間窗(130～180ms)內(nèi)，時間性前瞻記憶的波幅與基線(僅有背景任務(wù))的波幅沒有顯著差異，而事件性前瞻記憶的波幅顯著高于基線。在第二個時間窗(180～300ms)內(nèi)，時間性和事件性前瞻記憶都在額葉和額極的區(qū)域波幅顯著高于基線。在第三個時間窗(400～600ms)內(nèi)，時間性前瞻記憶和事件性前瞻記憶的波幅都比基線高，表現(xiàn)在額極和額葉區(qū)域。而在枕葉和頂葉區(qū)，僅僅是事件性前瞻記憶的波幅高于基線。在第四個時間窗(600～800ms)內(nèi)，頂葉區(qū)域比其他電極波幅更高。兩種前瞻記憶在額葉和額極區(qū)域波幅都顯著高于基線。這一結(jié)果與第二、三時間窗的結(jié)果一致，說明持續(xù)的額葉激活在執(zhí)行前瞻記憶中很有必要。

兩種前瞻記憶的波形差異主要出現(xiàn)在第一和第三時間窗。早期ERP成分(130～180ms)反映了注意資源的準備，而這種準備狀態(tài)在兩種前瞻記憶中不同。時間性前瞻記憶中任務(wù)的執(zhí)行時間具有可預(yù)測性，而事件性前瞻記憶中前瞻線索的出現(xiàn)是不可預(yù)測的，因而需要更高水平的注意資源[70]。在400～600ms的時間窗，兩種波形的差異可能反映了目標檢測的不同方式。執(zhí)行事件性前瞻記憶任務(wù)時，被試需要對即將到來的刺激進行注意，以辨別是否是線索，因此需要額外的注意資源。而在時間性前瞻記憶中，無需對背景任務(wù)刺激進行監(jiān)控。在另外兩個時間窗，兩種前瞻記憶任務(wù)所誘發(fā)的波形相似。這些結(jié)果說明，雖然在時間性前瞻記憶中，背景任務(wù)與執(zhí)行前瞻意向無關(guān)，但是刺激所誘發(fā)的ERP波仍然受到策略監(jiān)控的調(diào)節(jié)。事實上，無論是時間還是事件性前瞻記憶任務(wù)，被試在做背景任務(wù)的同時，必須將前瞻意向保持在頭腦中，為執(zhí)行意向行為做準備。兩種前瞻任務(wù)條件下，較大的波幅都分布在額葉和前額葉，這些區(qū)域涉及對延遲意向的維持和提取。然而，在他們的研究中，被試在執(zhí)行時間性前瞻記憶任務(wù)時，盡管通過讓被試隨時查看時鐘來減少時間估計，但仍然不能排除其對ERP波形的影響。國內(nèi)有研究發(fā)現(xiàn)，兩類前瞻記憶任務(wù)在腦電上的差異主要表現(xiàn)為預(yù)期正波(PP)和晚慢波(SLW)的平均波幅的不同[71]。這一研究結(jié)果與Cona等人的研究有一定差異，除了因為袁宏的研究中使用了范圍更廣的時間窗之外，二者所用的實驗任務(wù)也不同。

以上研究的是正常大學(xué)生在執(zhí)行時間性前瞻記憶任務(wù)時的腦電活動，那么老年人的ERP波形是否會有不同呢？Cona等人接下來使用ERP研究了時間性前瞻記憶神經(jīng)機制的年齡差異[72]。無論是青年組還是老年組，背景任務(wù)中加入前瞻任務(wù)都導(dǎo)致頭皮部位的ERP波的持續(xù)性活動。然而，老年人組并沒有出現(xiàn)額葉區(qū)域的慢波活動，這一區(qū)域在青年人組中可以看到。額葉區(qū)域涉及意向的提取，說明年齡相關(guān)的意向維持功能下降可能是老年人前瞻記憶損傷的原因。另外，老年被試組出現(xiàn)了P3波的前漂移，而這與他們較低的前瞻記憶任務(wù)正確率相關(guān)。說明老年人注意資源降低，難以將注意力集中在任務(wù)中。ERP的研究間接證明了前額葉對時間性前瞻記憶的重要性。

四、小結(jié)與展望

行為研究發(fā)現(xiàn)時間性和事件性前瞻記憶在對注意資源的需求上存在較大差異，時間性前瞻記憶的理論模型也都強調(diào)注意在時間監(jiān)控中的作用，腦影像學(xué)、腦損傷及電生理學(xué)對時間性前瞻記憶的神經(jīng)機制的探討發(fā)現(xiàn)，涉及執(zhí)行控制功能的前額葉在前瞻意向維持和任務(wù)執(zhí)行過程中的重要性。但目前關(guān)于時間性前瞻記憶的研究仍不完善，很多問題尚存在爭議，需要進一步探討。今后在以下三方面開展研究，可能會有所突破。

首先，時間性和事件性前瞻記憶的神經(jīng)機制的異同到底表現(xiàn)在哪里。目前行為研究得出的一致結(jié)論是，時間性前瞻記憶比事件性前瞻記憶更依賴于認知資源，但是神經(jīng)機制的研究并沒有否認事件性前瞻記憶對注意資源的需要，二者只是由不同腦區(qū)負責(zé)。Cona等人[69]的ERP研究發(fā)現(xiàn)在有些時間窗，事件性前瞻記憶反而比時間性前瞻記憶任務(wù)需要更多的額外注意資源。有些研究者認為兩種類型的前瞻記憶具有相似的提取模式，只是目標檢測階段不同[73]。行為研究與腦機制研究出現(xiàn)不一致，可能有兩方面的原因，一方面可能是行為研究概括的概念欠全面，例如對內(nèi)隱時間性前瞻記憶至今尚未涉及；另一方面是神經(jīng)機制的研究可能沒有切中要害。因此，如何整合行為研究和腦機制研究的結(jié)果，仍需要設(shè)計出更加巧妙的實驗來加以論證。腦機制研究結(jié)果若能結(jié)合行為研究來解釋，對于說明各個腦區(qū)在兩種前瞻記憶任務(wù)中的功能更有意義。此外，當(dāng)前的實驗只是單純比較兩種前瞻記憶表現(xiàn)出的結(jié)果的差異，并沒有考慮到不同的背景任務(wù)對其結(jié)果的影響。例如，背景任務(wù)材料的性質(zhì)不同，如使用單詞和圖片，會導(dǎo)致不同的腦區(qū)參與[74-75]。一些非認知因素，如不同的情緒狀態(tài)[76]也可能會導(dǎo)致兩種前瞻記憶結(jié)果存在差異。

其次，時間性前瞻記憶的加工過程所涉及的神經(jīng)機制到底是怎樣的。時間性前瞻記憶的三階段模型認為，時間意向的完成需要三個認知加工過程，即形成意向，在監(jiān)控時間的同時維持意向，以及在合適的時間中斷背景任務(wù)，啟動并執(zhí)行預(yù)定的行為意向[77]。這說明時間性前瞻記憶至少包含三個基本的認知資源：計劃、工作記憶、任務(wù)轉(zhuǎn)換。測試-等待-測試-退出模型、注意閥門模型以及動態(tài)注意理論等在解釋時間性前瞻記憶的加工機制時都是按照這樣的加工階段進行論述的。神經(jīng)機制的研究發(fā)現(xiàn)，各個腦區(qū)也是參與到這樣的加工過程之中。在執(zhí)行行為意向的時候，大腦具有兩種操作，即想起之前的意向(回溯)，同時記住去執(zhí)行這一意向(前瞻)。前瞻記憶的前瞻部分可能受到執(zhí)行功能(額葉)調(diào)節(jié)，而回溯部分受經(jīng)典情景記憶腦區(qū)的控制。但是很多研究認為前額葉在整個前瞻記憶加工過程中都發(fā)揮作用[46，50，58]。其他腦區(qū)，如扣帶前回、頂葉、丘腦等，可能都參與了時間性前瞻記憶的加工過程。然而，至于這些腦區(qū)到底參與了哪個階段的加工，當(dāng)前的研究并不能明確回答。未來研究可考慮聯(lián)合使用ERP和fMRI技術(shù)，并結(jié)合時間性前瞻記憶的理論模型，來具體探討各加工過程的神經(jīng)機制問題。

最后，傳統(tǒng)的認知神經(jīng)科學(xué)對大腦功能的研究主要集中在功能特異腦區(qū)的定位和識別上，研究手段更注重認知實驗的設(shè)計。但是腦成像研究發(fā)現(xiàn)即使是一個很初級的認知活動，也會激活大量的腦區(qū)，甚至是全腦，也就是說需要不同腦區(qū)構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)工作以發(fā)揮功能。因此用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的觀點來研究人腦活動是非常必要的。大腦的功能有兩大組織原則：功能整合和功能分化[78-80]。那么在時間性前瞻記憶任務(wù)中，大腦又是如何整合各個相關(guān)腦區(qū)之間的關(guān)系，以共同完成任務(wù)呢？Gonneaud等人的研究[50]中雖然提到時間性前瞻記憶可能的腦網(wǎng)絡(luò)，但是并沒有從網(wǎng)絡(luò)連接的角度來分析這些腦區(qū)之間的相互關(guān)系。Cohen和O’Reilly[81]曾提出一個以前額葉和海馬的關(guān)系為基礎(chǔ)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來解釋計劃和前瞻記憶的理論。還有研究表明前額葉與丘腦的聯(lián)合對前瞻記憶成功執(zhí)行很有必要[65]。盡管目前關(guān)于這些腦區(qū)之間相互關(guān)系的說明都偏描述性，是一種理論探討，并沒有從技術(shù)方法上去驗證，但這些研究提供了對前瞻記憶相關(guān)腦區(qū)做網(wǎng)絡(luò)分析的可能性。應(yīng)當(dāng)十分重視用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的觀點來探討時間性前瞻記憶的神經(jīng)機制，同時還要用系統(tǒng)論的觀點來研究時間性前瞻記憶在行為和認知上的特征，并把這兩方面的研究有機結(jié)合起來，這樣才有可能對時間性前瞻記憶有更加深刻和全面的認識。

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責(zé)任編輯 曹 莉

10.13718/j.cnki.xdsk.2015.01.014

2014-11-21

尹杰，西南大學(xué)心理學(xué)部，博士研究生。 通訊作者：黃希庭，教授，博士生導(dǎo)師。

重慶市哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃重大課題委托項目“城市幸福指數(shù)研究”(2010QZDW07)，項目負責(zé)人：黃希庭；西南大學(xué)心理學(xué)部2012研究團隊建設(shè)項目“時間分段綜合模型的機制與應(yīng)用”(TR201201-1)，項目負責(zé)人：黃希庭。

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1673-9841(2015)01-0107-11