陶愛華，厲　行，潘發(fā)達(dá)

(1.南通大學(xué)杏林學(xué)院，南通 226007；2.南通大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，南通 226019)

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知覺負(fù)荷與負(fù)性情緒對工作記憶的影響：一項ERP的研究*

陶愛華1，2，厲行1，潘發(fā)達(dá)2

(1.南通大學(xué)杏林學(xué)院，南通 226007；2.南通大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，南通 226019)

摘要：采用事件相關(guān)電位技術(shù)(ERPs)，結(jié)合0-back范式，對19名來自某高校的大學(xué)生進(jìn)行測試，考察了知覺負(fù)荷與負(fù)性情緒對工作記憶的影響。行為結(jié)果發(fā)現(xiàn)，情緒類型、任務(wù)類型和知覺負(fù)荷的主效應(yīng)均顯著，但三因素在反應(yīng)時和正確率上均不存在交互作用。ERP 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，P3的平均波幅在情緒類型、任務(wù)類型和知覺負(fù)荷上的主效應(yīng)均顯著，且情緒類型與電極點(diǎn)，情緒類型與知覺負(fù)荷，任務(wù)類型與知覺負(fù)荷，任務(wù)類型、電極點(diǎn)與知覺負(fù)荷均存在交互作用。說明工作記憶受知覺負(fù)荷、情緒類型和任務(wù)類型的影響，且彼此相互影響。

關(guān)鍵詞：知覺負(fù)荷；負(fù)性情緒；工作記憶

1引言

情緒與記憶的相互作用及其潛在神經(jīng)基礎(chǔ)，已成為近年認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域?；谇榫w與工作記憶的關(guān)系，Eysenck和Calvo提出的“加工效能理論”被認(rèn)為是負(fù)性情緒影響工作記憶的重要理論(Eysenck & Calvo，1992)。該理論認(rèn)為，個體工作記憶系統(tǒng)資源有限，焦慮情緒會占用部分工作記憶資源，使用于認(rèn)知操作的工作記憶資源減少，導(dǎo)致正確率降低或反應(yīng)時增加。負(fù)性情緒選擇性地影響空間工作記憶(Lavric，Rippon，& Gray，2003；Shackman，Sarinopoulos，Maxwell，et al.，2006)。而導(dǎo)致這種選擇性影響的機(jī)制還不清楚。

目前有關(guān)負(fù)性情緒選擇性地影響空間工作記憶的解釋有兩種。一種是Shackman假設(shè)情緒和記憶的沖突可能是因為皮層的功能重疊，負(fù)性情緒和空間工作記憶都存在右半球優(yōu)勢，故而產(chǎn)生相互影響。另一種是Lavric認(rèn)為沖突可能是認(rèn)知資源的競爭。負(fù)性情緒占用大量注意資源，而這種注意資源在空間工作記憶中發(fā)揮著重要作用，因此空間工作記憶功能受損。

圍繞負(fù)性情緒是否選擇性地影響空間工作記憶以及相關(guān)影響機(jī)制等問題，ERP研究提供了一些神經(jīng)生理學(xué)證據(jù)。如Li 等人研究發(fā)現(xiàn)頭皮前部的晚期正成分(late positive components，LPC)僅在空間任務(wù)中受影響，這種選擇性影響從刺激消失后200ms出現(xiàn)，而P200成分被認(rèn)為與早期注意資源分配有關(guān)，表明負(fù)性情緒對空間工作記憶的影響可能是由于注意資源競爭造成的(Li，Li，& Luo，2005)。之后Li 等又進(jìn)一步采用鎖時延遲樣本匹配任務(wù)范式，發(fā)現(xiàn)在空間或言語編碼與提取階段，言語或空間任務(wù)的早期P3b成分和晚期P3b均減少。在保持階段，負(fù)性慢波NSW表明一個顯著的情緒狀態(tài)和任務(wù)類型的交互作用。負(fù)性情緒比中性條件下僅在空間刺激試驗中誘發(fā)了一個更多的負(fù)性偏移。表明，負(fù)性情緒對空間和言語工作記憶存在不同效應(yīng)且主要發(fā)生在信息保持階段，特定情緒與一定的認(rèn)知加工過程存在一個恒定的關(guān)系(Li，Chan，& Luo，2010)。注意資源競爭可能是情緒與工作記憶的選擇性交互作用的潛在神經(jīng)機(jī)制(Li，Ouyang，& Luo，2010)。這種選擇性影響并非由情緒誘導(dǎo)方式?jīng)Q定且具有一定穩(wěn)定性(歐陽崢崢，孫世月，李雪冰，羅躍嘉，2010)。

上述研究均表明負(fù)性情緒對言語/空間工作記憶的影響差異主要體現(xiàn)在保持階段的晚期正成分P300成分的變化差異上，P300成分波幅的變化與情緒喚醒效應(yīng)有關(guān)，即反映情緒捕獲了注意資源(Keil，Bradley，Jungh?fer，Russmann，Lowenthal，& Lang，2007)。負(fù)性情緒與空間工作記憶產(chǎn)生的注意資源競爭與認(rèn)知負(fù)荷密切相關(guān)(李雪冰，羅躍嘉，2011)。Wiens等(2012)發(fā)現(xiàn)高情緒強(qiáng)度可以避免空間忽視和知覺負(fù)荷的影響，提示情緒與注意及知覺負(fù)荷存在競爭的作用。Bancroft，Hockley和Servos(2014)也發(fā)現(xiàn)工作記憶的保持不僅依賴于前額皮質(zhì)，還與知覺皮質(zhì)有關(guān)。

綜上可知，負(fù)性情緒選擇性地影響空間工作記憶的保持階段，表現(xiàn)為P300成分波幅受負(fù)性情緒影響而減小，且這種影響可能與知覺負(fù)荷的調(diào)節(jié)有關(guān)。為探討負(fù)性情緒對空間工作記憶的選擇性影響是否受知覺負(fù)荷的調(diào)節(jié)，該研究繼續(xù)采用n-back 任務(wù)范式，為區(qū)分認(rèn)知負(fù)荷(此模式的特點(diǎn)是通過控制N的大小來操縱工作記憶負(fù)荷)，實(shí)驗中僅采用0-back任務(wù)范式(以往研究表明在2-back的任務(wù)中才出現(xiàn)負(fù)性情緒對空間工作記憶的選擇性影響)，以同時呈現(xiàn)的字母個數(shù)來操作知覺負(fù)荷大小，考察不同知覺負(fù)荷下負(fù)性情緒影響工作記憶的加工機(jī)制。

2研究方法

2.1被試

有償招募南通大學(xué)學(xué)生19名，平均年齡為22歲，其中男生9人，女生10人，均為右利手，無身心疾病，無色盲色弱。被試以自愿形式參加實(shí)驗，并簽署知情同意書，實(shí)驗結(jié)束后向被試支付一定數(shù)量酬勞。

2.2實(shí)驗材料

84張情緒圖片來自國際情緒圖片系統(tǒng)(IAPS)：42張為令人厭惡的圖片和42張為中性圖片。根據(jù)IAPS評分，厭惡圖片比中性圖片具有更高負(fù)性情緒效價(2.15±0.43vs.5±0.35；T(41)=-36.534，P<0.001)，情緒喚醒程度也更高(6.34±0.62vs.3.24±0.59；T(41)=23.324，P<0.001)。練習(xí)圖片和正式實(shí)驗圖片不同。并用圖像軟件PhotoShop 6.0 將圖片大小、亮度、對比度調(diào)成一致。

2.3實(shí)驗設(shè)計

實(shí)驗為2×2×2 被試內(nèi)設(shè)計。自變量1為情緒變量，包括負(fù)性情緒和中性情緒。自變量2為工作記憶類型，包括言語和空間工作記憶，自變量3為知覺負(fù)荷，包括1個字母和3個字母。因變量為被試再認(rèn)任務(wù)的反應(yīng)時和正確率。

2.4實(shí)驗程序

情緒誘發(fā)：通過情緒圖片反復(fù)呈現(xiàn)誘導(dǎo)被試的特定情緒，要求被試對情緒狀態(tài)做主觀報告，圖片反復(fù)呈現(xiàn)直到報告有負(fù)性或中性情緒產(chǎn)生為止。

為保證被試在同一時間段內(nèi)情緒的穩(wěn)定性，實(shí)驗分為前后兩個section，分別對應(yīng)兩種不同的情緒條件。每一階段只呈現(xiàn)同類圖片，中間休息 20 分鐘，防止互相干擾。

采用E-prime2.0編制實(shí)驗程序。被試兩眼注視屏幕中央，雙眼距離屏幕75 cm。采用0-back工作記憶任務(wù)。被試只需要記住每次試驗開始時第一個出現(xiàn)的刺激，接下來出現(xiàn)的刺激都與第一個進(jìn)行比較。刺激為12個英文字母(A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L)隨機(jī)出現(xiàn)的一個或三個，可能出現(xiàn)在屏幕的12個位置中的一個或三個上。這12個位置是兩個虛擬的半徑為2cm和6 cm的圓與3條直徑(一條水平軸，兩條平分線)夾角為45°或90°的直徑的交點(diǎn)。

每個section包含一個字母任務(wù)和一個空間任務(wù)，每個任務(wù)包含一個字母和三個字母，每種任務(wù)有80個trial，每個trial包括：字母呈現(xiàn)時間300ms，反應(yīng)時間1500ms，間隔200ms。每個section之間間隔10min。在言語工作記憶任務(wù)中，要求被試比較出現(xiàn)的字母，忽略字母出現(xiàn)的空間位置；在空間工作記憶任務(wù)中，要求被試比較字母出現(xiàn)的位置，而忽略字母本身。一半被試對相同刺激按“v”鍵，不同刺激按“m”鍵，另一半被試的按鍵反應(yīng)相反。每種試驗條件在被試之間平衡。每個section之后，被試需要在9點(diǎn)情緒自評量表(SAM)上對自己目前的情緒狀態(tài)進(jìn)行評分。

圖1　實(shí)驗流程圖

3結(jié)果和分析

3.1行為數(shù)據(jù)

剔除反應(yīng)時小于100ms和大于1000ms以及正負(fù)三個標(biāo)準(zhǔn)差之外的數(shù)據(jù)和錯誤反應(yīng)數(shù)據(jù)，剔除正確率低于80%被試的數(shù)據(jù)，采用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件對各種實(shí)驗處理水平下的反應(yīng)時和正確率進(jìn)行重復(fù)測量方差分析，平均值和標(biāo)準(zhǔn)差見表1。

表1　反應(yīng)時和正確率的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差

表2　反應(yīng)時和正確率的方差分析

注：*表示在0.05水平上顯著。

3.2腦電數(shù)據(jù)記錄與分析方法

實(shí)驗儀器為美國Neuroscan公司腦電記錄系統(tǒng)Scan4.5，參考電極置于左側(cè)乳突連線，離線分析時以M1和M2的平均作為參考電極，GND點(diǎn)接地，采用64導(dǎo)電極帽記錄腦電，記錄水平眼電和垂直眼電，采樣頻率為500Hz/導(dǎo)，頭皮電阻降至5kΩ以下。同時記錄被試行為數(shù)據(jù)(正確率和反應(yīng)時)。進(jìn)行離線分析(off-line analysis)，合并行為數(shù)據(jù)，分析時程(epoch)為刺激呈現(xiàn)前200ms至刺激呈現(xiàn)后1000ms，以刺激呈現(xiàn)前的200ms為基線，濾波帶通為AC=0.05-100Hz，自動矯正眨眼等偽跡，對正確反應(yīng)的trial進(jìn)行疊加和平均得到ERP總平均波形。

按國際標(biāo)準(zhǔn)10-20系統(tǒng)位置放置電極，選擇12個電極位置記錄的ERP波形用于統(tǒng)計分析，分別為F3、FZ、F4、FC3、FCZ、FC4、P3、PZ、P4、PO3、POZ、PO4；確定時間窗為P3：150ms-300ms。

對ERP波形的測量指標(biāo)進(jìn)行重復(fù)測量方差分析，檢驗情緒類型、任務(wù)類型和知覺負(fù)荷對工作記憶加工過程的影響。對不滿足球形檢驗的統(tǒng)計效應(yīng)采用Green-house-Geisser法進(jìn)行P值校正。各極點(diǎn)P3幅值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差見表3。不同電極點(diǎn)的腦電幅值見圖2。

表3　各極點(diǎn)P300幅值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差

表4　P300的方差分析

續(xù)表4

效應(yīng)FSig類型*電極2.5190.100情緒*類型*電極3.240.053負(fù)荷*電極2.960.067情緒*負(fù)荷*電極1.460.303任務(wù)類型*負(fù)荷*電極5.640.011*情緒類型*任務(wù)類型*知覺負(fù)荷*電極點(diǎn)3.280.051

注：***表示在0.001水平上顯著，**表示在0.01水平上顯著。

圖2　不同處理水平下電極腦電圖

4討論

Eysenck和Calvo提出的“加工效能理論”認(rèn)為，焦慮情緒會占用部分工作記憶資源，導(dǎo)致認(rèn)知操作正確率降低或反應(yīng)時增加。對于負(fù)性情緒條件下工作記憶反應(yīng)時較中性長，正確率也較高；這種工作記憶反應(yīng)時的情緒效應(yīng)可能是基于認(rèn)知資源的，也可能是由于負(fù)性情緒下個體在工作記憶任務(wù)中采用了規(guī)避風(fēng)險的保守策略。為了確定負(fù)性情緒對空間工作記憶的選擇性的影響機(jī)制是基于認(rèn)知資源的，研究者們考察了諸多外部因素的作用，比如羅躍嘉等人(2010)采用0-back任務(wù)范式和2-back任務(wù)范式，發(fā)現(xiàn)這種選擇性的影響機(jī)制受認(rèn)知負(fù)荷的影響并具有特定性與選擇性。情緒捕獲了注意資源(Keil，Bradley，Jungh?fer，Russmann，Lowenthal，& Lang，2007)。負(fù)性情緒與空間工作記憶產(chǎn)生了一個視空間注意資源競爭，這種競爭機(jī)制與認(rèn)知負(fù)荷密切相關(guān)(李雪冰，羅躍嘉，2011)。Wiens等(2012)通過讓被試注視情緒圖片中心的字母，發(fā)現(xiàn)高情緒強(qiáng)度可以避免空間忽視和知覺負(fù)荷的影響，情緒與注意及知覺負(fù)荷可能存在競爭的作用。Bancroft，Hockley和Servos(2014)發(fā)現(xiàn)工作記憶的保持不僅依賴于前額皮質(zhì)，還與知覺皮質(zhì)有關(guān)。那么負(fù)性情緒對空間工作記憶的選擇性的影響機(jī)制是否又受知覺負(fù)荷的調(diào)節(jié)呢？該研究結(jié)果表明情緒類型、任務(wù)類型和知覺負(fù)荷均對工作記憶有影響。對于言語工作記憶，3個字母時反應(yīng)時較1個字母長，正確率較1個字母低，對于空間工作記憶，3個字母時反應(yīng)時較1個字母短，正確率較1個字母低。也就是說，隨著知覺負(fù)荷的增加，不管是言語工作記憶還是空間工作記憶，正確率均降低。而在反應(yīng)時上，僅言語工作記憶隨知覺負(fù)荷的增加而增加，空間工作記憶出現(xiàn)了相反的情況。這表明負(fù)性情緒對空間工作記憶并不是簡單的選擇性影響機(jī)制，跟信息的加工通道有關(guān)。

此外，ERP 研究提供了一些神經(jīng)生理學(xué)證據(jù)，首先是Li 等人采用鎖時延遲樣本匹配任務(wù)范式，探討不同階段負(fù)性情緒對言語/空間工作記憶加工的影響。發(fā)現(xiàn)在編碼以及提取階段，言語或空間任務(wù)的早期P3b成分和晚期P3b均減少。在保持階段，負(fù)性慢波NSW表明情緒狀態(tài)和任務(wù)類型存在顯著的交互作用。特定情緒與一定的認(rèn)知加工過程間存在一個恒定的關(guān)系(Li，Chan，& Luo，2010)。其次，歐陽崢崢等人對情緒的誘導(dǎo)方式進(jìn)行探討，發(fā)現(xiàn)負(fù)性情緒的這種選擇性影響并非由情緒誘導(dǎo)方式?jīng)Q定且具有一定穩(wěn)定性，只有空間任務(wù)的 P300成分受到負(fù)性情緒的影響而減小。負(fù)性情緒同樣選擇性地影響空間工作記憶(歐陽崢崢，孫世月，李雪冰，羅躍嘉，2010)。此外，Wiens等(2012)和Bancroft，Hockley和Servos(2014)研究發(fā)現(xiàn)工作記憶的保持不僅依賴于前額皮質(zhì)，還與知覺皮質(zhì)有關(guān)，情緒可能與注意及知覺負(fù)荷存在競爭的作用。為進(jìn)一步驗證負(fù)性情緒對空間工作記憶的這種選擇性影響，考慮不同知覺負(fù)荷、任務(wù)類型與情緒下工作記憶的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制，記錄F3、FZ、F4、FC3、FCZ、FC4、P3、PZ、P4、PO3、POZ、PO4十二個電極點(diǎn)的 ERP波形。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，言語工作記憶的P3波幅顯著大于空間工作記憶的波幅；負(fù)性情緒條件下工作記憶的P3波幅顯著大于中性情緒條件下工作記憶的波幅；三個字母知覺負(fù)荷上F3、FZ、F4、FC3、FCZ、FC4、P3、PZ、P4、PO3、POZ、PO4的P3波幅均顯著大于一個字母知覺負(fù)荷上的波幅；情緒類型與電極點(diǎn)存在交互作用，情緒類型與知覺負(fù)荷存在交互作用，任務(wù)類型與知覺負(fù)荷存在交互作用，任務(wù)類型、電極點(diǎn)與知覺負(fù)荷存在交互作用。P3的幅度顯著受知覺負(fù)荷、任務(wù)類型與情緒的共同調(diào)控。如前所述，P3的幅度受誘發(fā)刺激的突出性(如刺激的情緒效價或情緒喚醒)的影響，反映情緒捕獲了注意資源(Keil，Bradley，Jungh?fer，Russmann，Lowenthal，& Lang，2007；趙侖，2010)。P3幅值作為信息加工容量的指標(biāo)，反映了受注意和工作記憶聯(lián)合調(diào)控的事件或刺激活動(Albert，2001)。

關(guān)于上述負(fù)性情緒對空間工作記憶的選擇性影響機(jī)制方面，Lavric提出一個比較合理的解釋。Lavric 認(rèn)為沖突可能是對某種認(rèn)知資源的競爭。負(fù)性情緒占用了大量的注意資源，導(dǎo)致空間工作記憶功能受損。不過，這種負(fù)性情緒對空間工作記憶并不是簡單的選擇性影響，跟信息的加工通道有關(guān)?；蛟S對于言語信息加工和空間信息加工，二者在所占用的認(rèn)知資源的分配上會有所不同。它們不是單一的隨著知覺負(fù)荷的增加而占用的認(rèn)知資源相應(yīng)增加。

5結(jié)論

本研究通過實(shí)驗發(fā)現(xiàn)：

(1)情緒類型、任務(wù)類型和知覺負(fù)荷可能會影響工作記憶，但三因素在反應(yīng)時和正確率上均不存在交互作用。

(2)P3的平均波幅在情緒類型、任務(wù)類型和知覺負(fù)荷上的主效應(yīng)均顯著，即言語工作記憶的P3平均波幅顯著大于空間工作記憶的波幅；負(fù)性情緒條件下工作記憶的波幅顯著大于中性情緒條件下工作記憶的波幅；3個字母條件下工作記憶的波幅顯著大于1個字母條件下工作記憶的波幅；不同電極點(diǎn)工作記憶的P3平均波幅差異顯著。

(3)交互作用顯著，情緒類型與電極點(diǎn)，情緒類型與知覺負(fù)荷，任務(wù)類型與知覺負(fù)荷，任務(wù)類型、電極點(diǎn)與知覺負(fù)荷均存在交互作用。說明工作記憶受知覺負(fù)荷、情緒類型和任務(wù)類型的影響，這種作用彼此相互影響。

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An Effect of Perceived Load and Negative Emotion on Working Memory：An ERP Study

Tao Aihua1，2，Li Xing1，Pan Fada2

(1.Xinglin College，Nantong University，Nantong 226007；2.School of Education Science，Nantong University，Nantong 226019)

Abstract：The study combined the 0-back experimental paradigm to examine the effect of perceived load and negative emotion on working memory for 19 students from a university.The tasks of working memory were two kinds of verbal working memory and spatial working memory.The reaction time and accuracy were recorded in the experiment.The results showed that the main effect of emotion，task type and perceived load were significant in the reaction time and the correct rate.The interaction between the three factors in the reaction time and the correct rate was not independent.ERP results showed that the average amplitude of P3 was significant in emotional，task type and perceptual load.The interaction between emotional types and electrode points was significant，and the interaction of emotion types and perceptual load was significant，and the interaction of task type and perceptual load was significant，and the interaction of among task type，electric pole and perceptual load was significant.It is explained that the working memory is influenced by the perceptual load，the emotion type and the task type，and the effect of the working memory is affected by each other.

Key words：perceived load；negative emotion；working memory

*基金項目：江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目(201413993004Y)，南通大學(xué)杏林學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目(2014)。

通訊作者：陶愛華，E-mail：chinastone1126@ntu.edu.cn。

中圖分類號：B842.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-5184(2016)03-0227-07