王 元 李 柯 蓋笑松 曹逸飛

(1 東北師范大學(xué)心理學(xué)院,長春 130024) (2 煙臺文化旅游職業(yè)學(xué)院,山東 煙臺 264000)

1 引言

在眾多認(rèn)知功能中,執(zhí)行功能(Executive Function,簡稱EF)在青春期及其之前的階段發(fā)展迅速,能夠較好地預(yù)測個體的短期成就(如學(xué)業(yè)成就)和長期發(fā)展(如健康、事業(yè)成績、社會經(jīng)濟(jì)地位等),其預(yù)測性甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的智力因素(Moffitt et al.,2011)。執(zhí)行功能是問題解決的心理過程中必須用到的一種功能結(jié)構(gòu),能使個體在完成復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)時,協(xié)調(diào)各種資源,控制系統(tǒng)完成各種加工(Diamond,2013),包含三個主要成分,分別是抑制(Inhibition)、工作記憶(Working Memory)和認(rèn)知靈活性(Cognitive Flexibility) (Miyake et al.,2000)。推理、計(jì)劃和問題解決被認(rèn)為是高級的、整合性的執(zhí)行功能指標(biāo)(Diamond,2013)。當(dāng)前,針對執(zhí)行功能的訓(xùn)練及其可塑性研究漸成規(guī)模。Diamond 等人對執(zhí)行功能訓(xùn)練研究進(jìn)行了梳理,發(fā)現(xiàn)目前主要有6類訓(xùn)練方法,包括計(jì)算機(jī)訓(xùn)練、計(jì)算機(jī)和非計(jì)算機(jī)混 合游戲、武術(shù)與正念練習(xí)、課堂教學(xué)、課堂教學(xué)補(bǔ)充和體育運(yùn)動(Diamond &Lee,2011)。其中,計(jì)算機(jī)訓(xùn)練是開展較早且成果豐富的干預(yù)方案。采用工作記憶,特別是刷新任務(wù)為訓(xùn)練方案的研究已經(jīng)展現(xiàn)出了對執(zhí)行功能,甚至包括流體智力較強(qiáng)的遷移效應(yīng)(Melby-Lerv?g,Redick,&Hulme,2016)。抑制和認(rèn)知靈活性的訓(xùn)練研究相對缺乏,特別是抑制訓(xùn)練鮮有遷移效應(yīng)產(chǎn)生(Enge et al,2014;Zhao,Chen,&Maes,2018;Zhao &Jia,2019)。

部分研究發(fā)現(xiàn),兒童和青少年經(jīng)過抑制訓(xùn)練都出現(xiàn)了遷移效應(yīng),但二者之間無差別(Johnstone et al.,2007)。Zhao 等(2018)的研究則發(fā)現(xiàn)與成人組相比,兒童受訓(xùn)者出現(xiàn)了更大的遷移效應(yīng)。以上研究結(jié)果很好地支持了補(bǔ)償模型,即認(rèn)知訓(xùn)練的效果與個體的基線水平呈負(fù)相關(guān),在訓(xùn)練效果存在一定閾限的情況下,高基線水平往往意味著可改善的空間更少,可塑性更低(Gaultney,Bjorklund,&Goldstein,1996;Karbach &Kray,2010)。但根據(jù)該結(jié)果推斷出青少年和成人抑制功能訓(xùn)練的遷移效應(yīng)有差別是存在風(fēng)險(xiǎn)的。這是因?yàn)椴荒芴^青春期,直接比較兒童和成人的訓(xùn)練效果。從兒童期到青春期,個體神經(jīng)纖維的髓鞘和額葉皮層在持續(xù)發(fā)育(Diamond,1985;Diamond,1996;Eriksen &Eriksen,1974;Stroop,1935)。雖然在6 歲以前兒童抑制已開始迅速發(fā)展,但對他們而言,完成大部分抑制相關(guān)任務(wù)仍然存在較大困難(Dowsett &Livesey,2015)。這就使得如果想直接比較兒童和成人訓(xùn)練結(jié)果,要么選擇對兒童來說難度適合的任務(wù),但對成人來說任務(wù)成績易出現(xiàn)天花板效應(yīng);要么選擇對成人來說難度適合的任務(wù),但對兒童來說任務(wù)成績易出現(xiàn)地板效應(yīng)。個體在兒童期抑制多為質(zhì)變,如對任務(wù)規(guī)則概念的理解等;而在青春期則以量變?yōu)橹?如逐步增強(qiáng)的有效抑制(Best &Miller,2010)。到了成人期初期,抑制功能發(fā)展成熟并趨于穩(wěn)定(Williams,Ponesse,Schachar,Logan,&Tannock,1999)。因此,在選擇訓(xùn)練和遷移任務(wù)上,兒童應(yīng)比青少年、成人難度低,青少年和成人則可相對統(tǒng)一(Anderson,2002),但現(xiàn)有的比較研究均缺乏這方面的考量(Johnstone et al,2007;Zhao &Jia,2019)。因此,本研究首次比較青少年和成人在經(jīng)過抑制訓(xùn)練后,是否出現(xiàn)對執(zhí)行功能的訓(xùn)練效應(yīng)和遷移效應(yīng)。

選擇何種抑制功能加以訓(xùn)練的前提,是這種抑制功能在青少年和成人階段的發(fā)展具有差異性。但青少年是否具有與兒童同樣的反應(yīng)抑制能力,還是其可塑性與成人接近并未得到一致的結(jié)論。根據(jù)維度重疊理論(Dimensional Overlap),刺激沖突指任務(wù)相關(guān)刺激和任務(wù)不相關(guān)刺激之間存在相似性,對刺激沖突進(jìn)行有抑制任務(wù)即干擾抑制任務(wù)(Interference Inhibition),如Stroop 任務(wù)和Flanker任務(wù);反應(yīng)沖突是任務(wù)相關(guān)刺激集與反應(yīng)存在相似性(Kornblum,1992;Kornblum,Hasbroucq,&Osman,1990;Kornblum,Stevens,Whipple,&Requin,1999),對反應(yīng)沖突進(jìn)行抑制的任務(wù)即反應(yīng)抑制任務(wù)(Response Inhibition),常見的有Simon 任務(wù)。Jongen和Jonkman (2008)指出6～7 歲的兒童能夠完成干擾抑制任務(wù),而10～12 歲兒童在完成反應(yīng)抑制任務(wù)時仍有較多錯誤,這說明刺激沖突的發(fā)展和成熟早于反應(yīng)沖突,反應(yīng)沖突機(jī)制可能直至青少年或甚至成年早期才能成熟。另一研究者發(fā)現(xiàn),5 歲兒童在Simon 和Stroop 任務(wù)中存在沖突適應(yīng)效應(yīng),而在Flanker 任務(wù)中該效應(yīng)不明顯(Ambrosi,Lemaire,&Blaye,2016)。Ambrosi,Servant,Blaye 和Burle (2019)采用分布分析(Distribution Analyses)進(jìn)一步證明5～6 歲兒童完成 3 種沖突任務(wù)(Flanker,Simon,Stroop)的機(jī)制與成人相似,只是時間進(jìn)程不同。Liu等人(2018)探討了兒童在刺激沖突和反應(yīng)沖突中的沖突適應(yīng)效應(yīng)。5 歲兒童、10 歲兒童、大學(xué)生完成Flanker 任務(wù)和Simon 任務(wù),發(fā)現(xiàn)在完成Flanker 任務(wù)時,三個年齡階段的被試沖突適應(yīng)效應(yīng)的差異不大,而在完成Simon 任務(wù)時,5 歲兒童比10 歲、大學(xué)生的沖突適應(yīng)效應(yīng)明顯更小,說明刺激沖突的大腦機(jī)制在5 歲時已相對成熟,但反應(yīng)沖突的腦機(jī)制在兒童期還沒有成熟,可能直至成年早期才能成熟。因此,比較青少年與成人的干擾抑制能力的可塑性,能夠探索干擾抑制能力可能的成熟階段。

Rueda,Rothbart,Mccandliss,Saccomanno 和Posner (2005)使用含干擾控制任務(wù)在內(nèi)的一個訓(xùn)練任務(wù)組,經(jīng)過5 天的訓(xùn)練,發(fā)現(xiàn)能夠遷移到4～6 歲兒童的推理能力上。但事實(shí)上,從這類使用多任務(wù)的訓(xùn)練研究(Denckla,1996)是無法推斷出哪個訓(xùn)練任務(wù)或哪個認(rèn)知功能的訓(xùn)練產(chǎn)生的遷移效應(yīng)。甚至多任務(wù)訓(xùn)練也不能代表訓(xùn)練效應(yīng)或遷移效應(yīng)更佳,Thorell,Lindqvist,Nutley,Bohlin 和Klingberg (2009)同時使用干擾抑制和沖突抑制的訓(xùn)練研究就未發(fā)現(xiàn)任何遷移效應(yīng)。越來越多的研究者不主張使用多訓(xùn)練任務(wù)或復(fù)雜訓(xùn)練任務(wù)(Diamond &Ling,2015;Friedman &Miyake,2004;Shilling,Chetwynd,&Rabbitt,2002),因?yàn)檫@樣容易導(dǎo)致單純的抑制功能訓(xùn)練劑量不足,多個任務(wù)、多個認(rèn)知成分之間還可能產(chǎn)生相互作用,難以捕捉遷移效應(yīng)產(chǎn)生的來源。目前使用干擾抑制單任務(wù)作為訓(xùn)練任務(wù)的研究相對偏多,如Zhao 等(2018)就發(fā)現(xiàn)了Stroop 訓(xùn)練任務(wù)對執(zhí)行功能多成分和推理的遷移效應(yīng),但也有一些研究并未發(fā)現(xiàn)任何遷移效應(yīng)(Strobach,Salminen,Karbach,&Schubert,2014)。個體執(zhí)行Stroop 任務(wù)的過程就是對優(yōu)勢反應(yīng)(加工語義信息)進(jìn)行抑制,并完成對任務(wù)相關(guān)信息(顏色)的加工的過程(Verbruggen,Liefooghe,&Vandierendonck,2004。與Stop Signal 任務(wù)壓抑優(yōu)勢反應(yīng)的過程是具有相似性的;其與Go/No-go 任務(wù)和Flanker 任務(wù)在反應(yīng)選擇階段也會共享右側(cè)背外側(cè)前額葉皮層(right DLPFC)和前扣帶回(ACC)等區(qū)域(Nee,Wager,&Jonides,2007),這些都為Stroop 任務(wù)訓(xùn)練向抑制任務(wù)遷移提供了前提。干擾抑制對競爭性干擾刺激的抑制功能與工作記憶N-back 任務(wù)的刷新功能存在機(jī)制一致性(Zhao &Jia,2019),這可能是Stroop 任務(wù)能夠?qū)Πüぷ饔洃?、推理等?zhí)行功能成分產(chǎn)生遷移效應(yīng)的功能基礎(chǔ)。但以上結(jié)論也可能導(dǎo)向另外一種假設(shè),那就是Stop signal 任務(wù)作為一種與Stroop 任務(wù)、Go/No-go 任務(wù)加工過程相似,對無關(guān)反應(yīng)做出抑制的功能,其訓(xùn)練對執(zhí)行功能同樣會發(fā)生訓(xùn)練效應(yīng)和遷移效應(yīng)。

Logan 和Cowan (1984)以Stop Signal 任務(wù)為訓(xùn)練任務(wù),發(fā)現(xiàn)6 小時的訓(xùn)練出現(xiàn)了明顯的訓(xùn)練效應(yīng),但未發(fā)現(xiàn)遷移效應(yīng)。這一結(jié)論在對肥胖人群的訓(xùn)練中也得到了驗(yàn)證(Guerrieri,Nederkoorn,&Jansen,2008)。沒有產(chǎn)生遷移效應(yīng)的原因有一種可能是,在訓(xùn)練產(chǎn)生的反復(fù)練習(xí)中,刺激-反應(yīng)聯(lián)結(jié)不斷發(fā)生改變,加上未能成功進(jìn)行抑制的試次的負(fù)強(qiáng)化作用,阻礙了自動化抑制的發(fā)展,所以未能使抑制能力得到改善(Spierer,Chavan,&Manuel,2013)。另一種可能是過于注重反應(yīng)速度,而對stop 試次的正確率有所忽視,導(dǎo)致任務(wù)表現(xiàn)的不理想。事實(shí)上,正確率是保障被試在stop 和go 試次中更多關(guān)注stop 試次正確率,發(fā)揮抑制功能的基本指標(biāo)。只關(guān)注速度而放松對正確率的關(guān)注,可能意味著較低的抑制水平,或無效的抑制訓(xùn)練效果(Enge et al,2014)。根據(jù)強(qiáng)化理論,個體做出反應(yīng)后,應(yīng)立即被告知其反應(yīng)是否正確。如果答案是正確的,即時反饋就是一種強(qiáng)化物,如果答案是錯誤的,即時反饋就是糾正的措施?？梢?反饋的即時性能夠使強(qiáng)化作用得到更好的發(fā)揮(Melanko &Larkin,2013)?？梢哉J(rèn)為,通過在訓(xùn)練試次間加入反饋,能夠起到高效強(qiáng)化、固化聯(lián)結(jié)的作用(Littman,2015;Mnih et al,2015)。同時,在試次間加入即時反饋還有助于個體把握“速度-正確率權(quán)衡” (Kohls,Peltzer,Herpertz-dahlmann,&Konrad,2010;Leotti &Wager,2010)。在訓(xùn)練過程中加入反饋,不僅便于個體了解當(dāng)前表現(xiàn)以調(diào)整接下來的反應(yīng)策略,更能將其作為一種強(qiáng)化物,使個體更傾向于做出正確的反應(yīng),更加關(guān)注正確率。因此,本研究擬在青少年和成人訓(xùn)練組中加入即時反饋步驟,而在積極控制組中僅訓(xùn)練Stop Signal 任務(wù),考察有即時反饋的Stop Signal 任務(wù)訓(xùn)練是否會產(chǎn)生訓(xùn)練和遷移作用。

綜上,為考察從青春期到成年期階段,反應(yīng)抑制訓(xùn)練對執(zhí)行功能的訓(xùn)練效應(yīng)和遷移效應(yīng),本研究以基于即時反饋的反應(yīng)抑制任務(wù)——Stop Signal 范式為訓(xùn)練任務(wù),測量訓(xùn)練前后青少年和成人在執(zhí)行功能中反應(yīng)抑制的 Go/No-go 任務(wù)、干擾抑制的Stroop 任務(wù)、工作記憶的N-back 任務(wù)和推理上是否發(fā)生訓(xùn)練效應(yīng)及遷移效應(yīng),兩種效應(yīng)是否存在年齡差異。

2 研究方法

2.1 被試

在吉林省一所高校和一所中學(xué)招募成人被試150 人,青少年被試60 人。其中成年男性65 人,成年女性85 人,平均年齡20.55 ±0.79 歲;青少年男性人34,青少年女性26 人,平均年齡15.1 ±0.30歲。所有被試均為右利手,視力或矯正視力正常,半年內(nèi)未參加過類似心理學(xué)實(shí)驗(yàn)且自愿參與本次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)開始前自主或在家長監(jiān)護(hù)下簽署《知情同意書》。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后所有被試均獲得10 元/次現(xiàn)金或同等價(jià)值小文具作為報(bào)酬。將成人被試隨機(jī)分配到成人實(shí)驗(yàn)組、成人積極控制組和消極控制組中,其中16 名成人被試因中途退出或個人原因未能完成實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)組5 名、積極控制組3 名,消極控制組8 名),最終成人實(shí)驗(yàn)組有效樣本量為47 人,成人積極控制組為45 人,消極控制組為42 人。將青少年被試隨機(jī)分配到青少年實(shí)驗(yàn)組30 人,青少年積極控制組30 人。

2.2 研究任務(wù)

2.2.1 Stop Signal 任務(wù)

對經(jīng)典Stop Signal 任務(wù)(Verbruggen &Logan,2008)進(jìn)行改編,作為訓(xùn)練任務(wù)和反應(yīng)抑制測量任務(wù)。計(jì)算機(jī)屏幕中央首先呈現(xiàn)注視點(diǎn)(加號“+”),持續(xù)時間500 ms;隨后出現(xiàn)任意方向白色箭頭作為go 刺激(左右方向隨機(jī)出現(xiàn)次數(shù)各半),持續(xù)時間1000 ms,要求被試判斷目標(biāo)刺激類型并做按鍵反應(yīng),左向箭頭按“F”鍵,右向箭頭按“J”鍵。在stop試次中,停止信號(箭頭上方藍(lán)色小三角)出現(xiàn)時,要求被試抑制對刺激的沖動,不進(jìn)行任何反應(yīng)。每個block 內(nèi)所有試次均以完全隨機(jī)形式呈現(xiàn)。任務(wù)以自適應(yīng)方式增加難度,即stop 試次箭頭出現(xiàn)與三角出現(xiàn)之間的時間間隔(SSD)隨前一stop 試次表現(xiàn)而不斷調(diào)整,為確保刺激識別有效性,變化范圍設(shè)置為250～750 ms,反應(yīng)正確增加50 ms,反之則減少50 ms。實(shí)驗(yàn)組與積極控制組在該任務(wù)上的區(qū)別是,在實(shí)驗(yàn)組程序中加入即時反饋,即每一試次后,在屏幕中央會緊接著呈現(xiàn)當(dāng)次反應(yīng)的反應(yīng)時和判斷正誤。共有32 個練習(xí)試次,正式實(shí)驗(yàn)共有4 個block,每個block 共有100 個試次。具體流程見圖1。本研究使用2 個指標(biāo)代表該任務(wù)成績：(1)SSRT 計(jì)算每個反應(yīng)刺激與停止刺激之間的時間間隔,即停止信號間隔(stop signal delay,SSD)的平均值,用go反應(yīng)時減去平均的SSD 就得到了每個被試的停止信號反應(yīng)時(stop signal reaction time,SSRT)。SSRT越長,反應(yīng)抑制能力越差。(2) stop 試次正確率。

圖1 有反饋的自適應(yīng)步速Stop Signal 任務(wù)流程圖

2.2.2 Go/No-go 任務(wù)

采用該任務(wù)作為反應(yīng)抑制的測量任務(wù)。任務(wù)刺激由一個白色數(shù)字(1～9)組成,計(jì)算機(jī)屏幕中央首先呈現(xiàn)注視點(diǎn)“+”500 ms,隨后隨機(jī)出現(xiàn)1～9 內(nèi)任意數(shù)字1000 ms (“3”與其他數(shù)字出現(xiàn)次數(shù)各占總次數(shù)的25%與75%),要求被試看到數(shù)字“3”不進(jìn)行反應(yīng),其他數(shù)字按空格鍵進(jìn)行反應(yīng)。每個block 內(nèi)所有試次均以完全隨機(jī)的方式呈現(xiàn)。共有4 個block,每個block 含32 個練習(xí)試次及100 個實(shí)驗(yàn)試次。本研究使用3 個指標(biāo)代表該任務(wù)成績：(1) Go 試次反應(yīng)時;(2) No-go 試次正確率;(3)d′。

2.2.3 Stroop 任務(wù)

該任務(wù)作為干擾抑制的測量任務(wù)。任務(wù)刺激由不同顏色的顏色詞(“紅”、“綠”、“黃”、“藍(lán)”)組成,計(jì)算機(jī)屏幕中央首先呈現(xiàn)白色注視點(diǎn)“+”500 ms,隨后隨機(jī)出現(xiàn)顏色詞1000 ms,要求被試對字的顏色進(jìn)行判斷,(紅色按“R”鍵,綠色按“F”鍵,黃色按“U”鍵,藍(lán)色按“J”鍵)。在一致試次中,刺激詞語的詞義與顏色相同;在不一致試次中,刺激詞語的詞義與顏色不同。其中一致試次與不一致試次數(shù)量分別占總試次數(shù)的75%、25%。實(shí)驗(yàn)共有4 個block,每個block 包含36 個練習(xí)試次及100 個實(shí)驗(yàn)試次。本研究使用Stroop 效應(yīng)代表該任務(wù)成績,即不一致試次反應(yīng)時與一致試次反應(yīng)時的差值。

2.2.4 N-back 任務(wù)

選用N-back 任務(wù)作為工作記憶的刷新能力測量任務(wù),作為遠(yuǎn)遷移指標(biāo)之一。任務(wù)刺激由大寫英文字母(A～Z)組成,屏幕中央首先呈現(xiàn)500 ms 注視點(diǎn)“+”,隨后隨機(jī)呈現(xiàn)任意英文字母,要求被試根據(jù)之前字母對當(dāng)前字母進(jìn)行判斷并做出反應(yīng)。在一致試次中,當(dāng)前呈現(xiàn)字母與n 個步驟前呈現(xiàn)字母相同,要求被試按“F”鍵進(jìn)行反應(yīng);不一致試次中,呈現(xiàn)字母不相同,按“J”鍵進(jìn)行反應(yīng)。本任務(wù)共分為2個block——2-back block 和3-back block,要求被試分別根據(jù)2、3 個步驟之前呈現(xiàn)字母來判斷當(dāng)前字母,每個block 包括20 個練習(xí)試次及100 個實(shí)驗(yàn)試次。以正確率代表該任務(wù)成績。

2.2.5 瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗(yàn)

使用瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗(yàn)(Raven,Raven,&Court,2000)作為執(zhí)行功能整體性指標(biāo)推理能力的測量任務(wù),遠(yuǎn)遷移指標(biāo)之一。該測驗(yàn)為非文字測驗(yàn),要求被試根據(jù)已給出圖形在選項(xiàng)中選出圖形缺失的部分。本測驗(yàn)共包含60 道題目。將該測驗(yàn)分為前測用測驗(yàn)和后測用測驗(yàn)。前測測驗(yàn)中包含A、C、E測驗(yàn)的奇數(shù)項(xiàng)目和B、D 測驗(yàn)的偶數(shù)項(xiàng)目,合計(jì)30道題;后測測驗(yàn)中包含A、C、E 測驗(yàn)的偶數(shù)項(xiàng)目和B、D 測驗(yàn)的奇數(shù)項(xiàng)目,合計(jì)30 道題。以正確率為指標(biāo)。

2.3 研究程序

本研究包括前測、訓(xùn)練、后測三個階段。在前、后測階段,抑制功能任務(wù)(Stop Signal、Go/No-go、Stroop)、工作記憶任務(wù)(N-back)、瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗(yàn)采用隨機(jī)順序進(jìn)行測量,為避免疲勞效應(yīng),均分為兩天進(jìn)行。在訓(xùn)練階段,對實(shí)驗(yàn)組和積極控制組進(jìn)行持續(xù)3 周,每周3 次的Stop Signal 任務(wù)訓(xùn)練,其中實(shí)驗(yàn)組訓(xùn)練任務(wù)中加入即時反饋,積極控制組無反饋。訓(xùn)練共分為8 個block,每個block 包含100個試次。

2.4 實(shí)驗(yàn)儀器

本研究采用E-prime 2.0 軟件編輯、運(yùn)行實(shí)驗(yàn)程序和記錄被試反應(yīng)。任務(wù)刺激由臺式計(jì)算機(jī)呈現(xiàn),顯示器為18.5 英寸戴爾E1916HM,屏幕分辨率為1366×768,刷新率60 Hz。被試雙眼位置距離顯示器屏幕約60 cm,在亮度適中、環(huán)境安靜的實(shí)驗(yàn)室單獨(dú)展開實(shí)驗(yàn)。

2.5 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,對測試成績進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理并采用重復(fù)測量方差分析對訓(xùn)練改善及遷移效果進(jìn)行探究。其中,反應(yīng)錯誤或反應(yīng)時 >4000 ms 的試次,及其他任務(wù)中反應(yīng)時 <200 ms,超出3 個標(biāo)準(zhǔn)差的試次均予以剔除或均值替代處理。

3 結(jié)果

3.1 訓(xùn)練進(jìn)程及訓(xùn)練效應(yīng)

3.2 遷移效應(yīng)

前測和后測的結(jié)果詳見表2。分別對各任務(wù)的指標(biāo)進(jìn)行2(測量時間：前測、后測) × 5(組別：青少年實(shí)驗(yàn)組、青少年積極組、成年實(shí)驗(yàn)組、成年積極組、消極組)重復(fù)測量方差分析,結(jié)果如下：

表1 四個訓(xùn)練組每日Stop Signal 任務(wù)訓(xùn)練效應(yīng)的描述統(tǒng)計(jì)

圖2 Stop Signal 任務(wù)訓(xùn)練進(jìn)程圖

表2 各任務(wù)在兩次測量時間上遷移效應(yīng)的描述統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.2.1 反應(yīng)抑制任務(wù)——Go/No-go 任務(wù)

對Go/No-go 任務(wù)的反應(yīng)時、正確率、d′分別進(jìn)行重復(fù)測量方差分析。

綜合三個指標(biāo)的結(jié)果可見,帶反饋的反應(yīng)抑制訓(xùn)練對成人和青少年在Go/No-go 任務(wù)成績有明顯的改善,Go/No-go 任務(wù)和其他任務(wù)的遷移效應(yīng)的變化趨勢詳見圖3。

3.2.2 干擾抑制任務(wù)——Stroop 任務(wù)

3.2.3 工作記憶刷新任務(wù)——N-back 任務(wù)

圖3 因訓(xùn)練發(fā)生遷移效應(yīng)的各任務(wù)成績變化趨勢圖

3.2.4 瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗(yàn)

4 討論

通過為期3 周27 次的Stop Signal 任務(wù)訓(xùn)練,本研究發(fā)現(xiàn)基于即時反饋的Stop Signal 訓(xùn)練任務(wù)能夠?qū)η嗌倌旰统扇水a(chǎn)生訓(xùn)練效應(yīng)。青少年和成人在同為反應(yīng)抑制的Go/No-go 任務(wù)上都發(fā)生了近遷移,在工作記憶上發(fā)生遠(yuǎn)遷移,但在瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗(yàn)正確率上均未發(fā)生改善。青少年出現(xiàn)了在干擾抑制Stroop 任務(wù)上的近遷移;但未見成人在這個任務(wù)上發(fā)生遷移。結(jié)果支持Stop Signal 任務(wù)訓(xùn)練可以改善執(zhí)行功能的結(jié)論(Johnstone et al,2007),但遷移受到認(rèn)知可塑性的年齡差異和任務(wù)性質(zhì)的雙重影響,因訓(xùn)練產(chǎn)生遷移效應(yīng)的任務(wù)成績變化趨勢。

本研究顯示,青少年和成人在抑制功能訓(xùn)練效應(yīng)和遷移效應(yīng)上存在差異,與Johnstone 等(2007)和Zhao 等(2018)的間接結(jié)論相互印證,同時部分支持以往成人經(jīng)過該訓(xùn)練無遷移效應(yīng)的結(jié)論(Enge et al,2014)。該結(jié)果也符合前額葉皮層的發(fā)育與抑制功能關(guān)系的發(fā)展證據(jù)(Diamond,1985;Diamond,1996),和行為學(xué)證據(jù)(Anderson,Anderson,Northam,Jacobs,&Catroppa,2001)。根據(jù)Best 和Miller (2010)的分析,青春期抑制功能的發(fā)展以量變形式出現(xiàn),以成年期為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。我們的結(jié)果很好地充實(shí)了其觀點(diǎn),所謂量變是與兒童期較快的變化速率相比得到的結(jié)論,但事實(shí)上青春期的量變解決的卻是抑制有效性的問題,而兒童期發(fā)展解決的是能或不能抑制的問題。青少年抑制功能的不斷發(fā)展帶來的直接結(jié)果是自上而下地促進(jìn)執(zhí)行功能相關(guān)認(rèn)知功能的變化。結(jié)果支持補(bǔ)償模型的觀點(diǎn),青少年組訓(xùn)練任務(wù)的正確率基線水平是低于成年組的(見表2),經(jīng)過訓(xùn)練,其改善顯著優(yōu)于成年組(Gaultney et al.,1996;Karbach &Kray,2010)。

本研究在訓(xùn)練后,都發(fā)現(xiàn)了對青少年和成人的Go/No-go 任務(wù)的遷移效應(yīng),支持了Enge 等的成人訓(xùn)練結(jié)果(Enge et al,2014)。Stop Signal 任務(wù)的本質(zhì)是加工當(dāng)前任務(wù)中的刺激和stop 信號觸發(fā)的停止加工二者之間的競爭,進(jìn)行任務(wù)刺激加工的反應(yīng)時與stop 信號延遲和stop 信號反應(yīng)時之和的大小比較,直接決定了是做出反應(yīng)還是抑制反應(yīng)(Logan &Cowan,1984)。結(jié)合訓(xùn)練進(jìn)程和有無即時反饋的數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以見,SSRT 和正確率都有明顯的改善,訓(xùn)練提高了個體的“速度-正確率權(quán)衡”,即獲得了更快的速度和更低的虛報(bào)率。這種改善更易遷移到同樣需要對兩類刺激做出“速度-正確率權(quán)衡”的Go/No-go 任務(wù)上。在Go/No-go 任務(wù)中,要求個體看到Go 刺激時盡快做出反應(yīng),而對No-go 刺激不做反應(yīng),故更短的 Go 刺激反應(yīng)時和更低的No-go 刺激虛報(bào)率代表了該任務(wù)成績的改善,這也需要個體具有良好的“速度-正確率權(quán)衡”。此外,De Jong 等認(rèn)為,外周機(jī)制(Peripheral Mechanism)與迅速的、非選擇性的抑制任務(wù)相關(guān)聯(lián),如No-go 任務(wù);而stop 任務(wù)則受制于中心機(jī)制(Central Mechanism)(de Jong,Coles,&Logan,1995)。但Van Boxtel 認(rèn)為在stop 信號延遲(SSD)的時長未超過閾限時,No-go任務(wù)與stop 任務(wù)是在中心機(jī)制與外周機(jī)制共同作用下展開的,兩種任務(wù)屬于同一機(jī)制(van Boxtel,van der Molen,Jennings,&Brunia,2001)。因此Stop Signal 任務(wù)的改善效果對處于同一機(jī)制下的Go/No-go 任務(wù)發(fā)生遷移是十分容易的。

研究僅在青少年組發(fā)現(xiàn)了對Stroop 任務(wù)的遷移效應(yīng)。Stroop 任務(wù)和Stop Signal 任務(wù)都存在對優(yōu)勢反應(yīng)抑制的加工階段,能夠解釋遷移效應(yīng)的發(fā)生。但成年組沒有發(fā)生遷移,成年組結(jié)果與Enge等的成人訓(xùn)練結(jié)果(Enge et al,2014)和Wilkinson 和Yang (2012)采用Stroop 訓(xùn)練任務(wù)改善Go/No-go 任務(wù)的結(jié)果是一致的。這可能與Stroop 任務(wù)對選擇性注意的高度依賴存在關(guān)系。Stroop 任務(wù)與Flanker任務(wù)類似,都要求對于無關(guān)的分心物進(jìn)行過濾,以完成反應(yīng),只不過在Stroop 任務(wù)中分心物和靶子都是同一個刺激的不同屬性。由于其分心物自動加工程度更高,具有高度優(yōu)先性,因此在Stroop 任務(wù)中需要調(diào)用更多的選擇性注意來過濾分心物。選擇性注意在兒童到青少年時期不斷發(fā)展,直到成年期才成熟(Brodeur &Pond,2001;Karatekin,2004)。依據(jù)補(bǔ)償模型(Gaultney et al.,1996;Karbach &Kray,2010),青少年相對低的選擇性注意因訓(xùn)練而改善的程度大于成人,這可以在一定程度上解釋青少年出現(xiàn)了訓(xùn)練對Stroop 任務(wù)的遷移效應(yīng)。

針對執(zhí)行功能工作記憶成分和整體指標(biāo)推理能力的遠(yuǎn)遷移結(jié)果顯示,訓(xùn)練成功改善了青少年和成人的工作記憶刷新功能,但未能改善推理能力。在執(zhí)行功能訓(xùn)練相關(guān)的研究中,后測、追蹤階段中,若訓(xùn)練對與訓(xùn)練任務(wù)測量相同心理功能任務(wù)成績有明顯影響即稱為近遷移。如訓(xùn)練空間工作記憶廣度任務(wù),在同樣測量工作記憶廣度的言語工作記憶廣度任務(wù)上有明顯的成績改善,就可以認(rèn)為空間工作記憶廣度任務(wù)訓(xùn)練對言語工作記憶廣度任務(wù)產(chǎn)生了近遷移?？梢?近遷移是發(fā)生在功能接近的任務(wù)之間的。相反的,因訓(xùn)練而改善了測量其他心理功能的任務(wù)成績,如抑制功能訓(xùn)練改善工作記憶、認(rèn)知靈活性、流體智力等非抑制功能成分時,就認(rèn)為訓(xùn)練產(chǎn)生了遠(yuǎn)遷移。從神經(jīng)水平而言,遠(yuǎn)遷移是訓(xùn)練效應(yīng)跨越訓(xùn)練領(lǐng)域,與訓(xùn)練任務(wù)共享類似神經(jīng)環(huán)路的基礎(chǔ)上發(fā)生的(Dahlin,2013;Jaeggi,Buschkuehl,Jonides,&Perrig,2008);從行為水平上看,能夠發(fā)生遠(yuǎn)遷移的認(rèn)知功能應(yīng)該與訓(xùn)練任務(wù)具有類似的認(rèn)知機(jī)制(Morrison &Chein,2011)。Conway,Kane 和Engle (2003),以及Gray,Chabris和Braver (2003)的研究均支持當(dāng)保持和加工信息時為了減少干擾,執(zhí)行控制機(jī)制就會發(fā)揮作用,此時會觀察到工作記憶任務(wù)所需的前額葉皮層被激活。在行為層面,刷新和抑制都需要抑制無關(guān)信息(Maraver,Bajo,&Gomez-Ariza,2016)。我們的結(jié)果能夠支持二者存在神經(jīng)基礎(chǔ)和認(rèn)知機(jī)制相關(guān)性的推論。雖然反應(yīng)抑制與推理具有共同的認(rèn)知成分,但是否發(fā)生遷移效應(yīng)仍存在爭議(Ji,Wang,Chen,Du,&Zhan,2016;Loosli et al.,2016),本研究未發(fā)現(xiàn)兩組在推理上的遷移效應(yīng),這可能是反應(yīng)抑制與推理之間相關(guān)程度不高有關(guān)(Bellaj,Salhi,le Gall,&Roy,2015)。

加入即時反饋后,成人的訓(xùn)練效應(yīng)并未發(fā)生變化,而青少年組則在訓(xùn)練的第5～9 次開始出現(xiàn)了明顯的改善。反饋還同時影響到了成人在Go/No-go任務(wù)和2-back 任務(wù)上的遷移效應(yīng),但未影響Stroop任務(wù)、3-back 任務(wù)和瑞文推理測驗(yàn)成績。在青少年組看到了反饋在執(zhí)行功能的抑制和工作記憶成分上引發(fā)的遷移效應(yīng)的差異,推理成績卻未受影響。以上結(jié)果有力地支持了反饋能夠改善“速度-正確率權(quán)衡”的觀點(diǎn)(Leotti &Wager,2010;Kohls et al,2010)。個體傾向于為了成功執(zhí)行接下來stop 任務(wù)而延長當(dāng)前任務(wù)的反應(yīng)時(Boehler,Appelbaum,Krebs,Hopf,&Woldorff,2012),導(dǎo)致SSRT 降低而stop 試次正確率上升、反應(yīng)速度下降(Leotti &Wager,2010)。反饋信息作為一種強(qiáng)化物能夠誘發(fā)個體產(chǎn)生即時情緒,進(jìn)而會通過自上而下控制系統(tǒng)和趨近-回避動機(jī)系統(tǒng)的交互作用來調(diào)節(jié)下一步的目標(biāo)指向性行為(Hare &Casey,2005)。青少年組比成人對反饋更加敏感,與青少年對目標(biāo)指向性注意任務(wù)中情緒信號更加敏感關(guān)系密切(Monk et al,2003),兒童和青少年表現(xiàn)出對動機(jī)性信息更加強(qiáng)烈的情緒偏向。在本研究中,反饋更易使得青少年調(diào)整“速度-正確率權(quán)衡”,有策略地追求提高正確率(見圖2,訓(xùn)練進(jìn)程中stop 試次正確率的變化)。支持Enge 等(2014)對Stop Signal 訓(xùn)練任務(wù)未發(fā)生遷移效應(yīng)的推斷,即個體在任務(wù)中過于追求速度,而忽略了正確率。強(qiáng)化理論觀點(diǎn)相一致,認(rèn)為即時反饋能夠帶來更好的強(qiáng)化作用,對于正確反應(yīng)可以形成強(qiáng)化,而錯誤行為則可以得到及時的矯正。因此,本研究在每試次結(jié)束后加入即時的反饋來提高被試對正確率的關(guān)注度,使得被試在每個試次后能夠?qū)ψ约旱谋憩F(xiàn)進(jìn)行把握,從而更好地決定下一試次的反應(yīng)選擇。

本研究采用單一訓(xùn)練任務(wù)——反應(yīng)抑制Stop Signal 范式為訓(xùn)練任務(wù),比較發(fā)現(xiàn)在與成人完成相同的執(zhí)行功能操作時,青少年能夠從反應(yīng)抑制訓(xùn)練中獲益更大。研究結(jié)果補(bǔ)充了抑制訓(xùn)練改善執(zhí)行功能的發(fā)展趨勢,直接驗(yàn)證了青春期比成年期從抑制訓(xùn)練中獲益更大的觀點(diǎn),證明抑制訓(xùn)練能夠產(chǎn)生效果的基本前提是受訓(xùn)者應(yīng)處于成年期以前的年齡階段。在選擇訓(xùn)練任務(wù)上,本研究選取了“認(rèn)知成分”相對較少的反應(yīng)抑制任務(wù),證明在大腦可塑性較強(qiáng)的時期,即使使用只在行為層面發(fā)生沖突和抑制的訓(xùn)練任務(wù),同樣可以改善個體的高級認(rèn)知功能。但改善因訓(xùn)練任務(wù)和遷移任務(wù)之間認(rèn)知機(jī)制、激活腦結(jié)構(gòu)的相似性而局限在抑制和工作記憶等基礎(chǔ)因素上。對整合程度較高的推理能力來說,訓(xùn)練難度仍顯不足。證明干擾抑制和反應(yīng)抑制任務(wù)均可作為訓(xùn)練任務(wù),但反應(yīng)抑制任務(wù)遷移效果相對狹窄。研究發(fā)現(xiàn)即時反饋能夠提升訓(xùn)練和遷移效應(yīng),證明動機(jī)性和情緒性因素在認(rèn)知訓(xùn)練中發(fā)揮強(qiáng)大的動力作用,提示未來有必要將即時反饋?zhàn)鳛榛A(chǔ)環(huán)節(jié)加入訓(xùn)練程序,以有效提升訓(xùn)練效果。

同時,必須要認(rèn)識到本研究仍有一些局限,應(yīng)在今后的研究中加以注意。首先,本研究僅比較了青少年中期和成年初期兩個非連續(xù)年齡組,缺少更趨近于兒童期的青少年初期和更類似于成年期的青春期后期兩個年齡組,缺少發(fā)展研究的連續(xù)性。未來應(yīng)豐富青春期向成年期過渡的連續(xù)變化趨勢研究。其次,本研究沒有測量認(rèn)知靈活性。不測量認(rèn)知靈活性是因?yàn)榭紤]到認(rèn)知靈活性的典型測量任務(wù)是任務(wù)轉(zhuǎn)換范式,有證據(jù)表明任務(wù)轉(zhuǎn)換是通過分段復(fù)述的方式加強(qiáng)刷新功能,進(jìn)而加強(qiáng)自身功能,其加工過程大量調(diào)用了刷新功能(Boot,Kramer,Simons,Fabiani,&Gratton,2008)。若刷新功能有改善,間接證明認(rèn)知靈活性有改善,故為縮短前后測和追蹤階段的測量時間,刪減了認(rèn)知靈活性測量。在測量時間和被試精力允許情況下,今后研究應(yīng)補(bǔ)充這部分測量。再次,本研究即時反饋僅出現(xiàn)了個體完成一個試次后,進(jìn)入下一個試次時反饋信息消失,沒有達(dá)到即時反饋的實(shí)時(on-line)效果。視頻游戲訓(xùn)練是一種生態(tài)化效果和遷移效應(yīng)較佳的執(zhí)行功能訓(xùn)練方案,其突出優(yōu)勢之一就是在進(jìn)行游戲過程中即時反饋是以進(jìn)度條、計(jì)時器、分?jǐn)?shù)棒等方式伴隨任務(wù)呈現(xiàn)的,個體可以不間斷地受到反饋條件的強(qiáng)化。今后研究可借鑒游戲訓(xùn)練中實(shí)時反饋的方法,不僅在試次后呈現(xiàn)反饋信息,同時在每個試次中都累計(jì)已經(jīng)完成試次的平均反應(yīng)時和平均正確率,可能會更加提升個體的訓(xùn)練效果。

5 結(jié)論

基于即時反饋的Stop Signal 訓(xùn)練任務(wù)能夠在青春期和成年階段產(chǎn)生訓(xùn)練效應(yīng)。遷移效應(yīng)受到認(rèn)知可塑性的年齡差異和任務(wù)性質(zhì)的雙重影響。在青少年和成人組,均發(fā)生了對同為反應(yīng)抑制的Go/No-go 任務(wù)和工作記憶的遷移效應(yīng),但未能出現(xiàn)對推理能力的遷移。對干擾抑制Stroop 任務(wù)的遷移僅出現(xiàn)在青少年群體中。本研究為抑制功能訓(xùn)練研究提供了訓(xùn)練改進(jìn)建議,在計(jì)算機(jī)化訓(xùn)練中加入即時反饋能夠有效提升訓(xùn)練效應(yīng)和遷移效應(yīng);補(bǔ)充了抑制訓(xùn)練改善執(zhí)行功能的發(fā)展趨勢,直接驗(yàn)證了青春期比成年期從抑制訓(xùn)練中獲益更大的觀點(diǎn),提示未來抑制功能訓(xùn)練對成年期以前的年齡階段更具有塑造作用。