李松澤 胡金生 李騁詩 王 琦何建青 王 妍 楊翠萍

(1遼寧師范大學心理學院,大連 116029)(2大連市中山區(qū)春雨幼兒園,大連 116001)

1 問題提出

生活中,人們常常需要記住人或物體的位置及位移。穿過車水馬龍的十字路口、借助周圍建筑物的位置確定目的地和認路,在教室或會場根據(jù)他人位置記住自己的座位,這些都離不開空間工作記憶(spatial working memory)。孤獨癥譜系障礙(Autism Spectrum Disorder,ASD)是一組幼年期初發(fā)的神經(jīng)發(fā)育障礙,雖然社會交往障礙和重復刻板行為被認定為ASD的核心癥狀(American Psychiatric Association,2013),不過,目前對這組疾病的認識已不單單局限于社會功能障礙和行為問題。已有研究證實,ASD群體存在較為明顯的、多方面的認知缺陷。其中,中央統(tǒng)合較弱、執(zhí)行功能障礙、心理理論缺陷是 ASD群體的三大認知缺陷,與之相關(guān)的神經(jīng)生理機能受損也是探索 ASD生物學病因的關(guān)鍵突破口(Barendse et al.,2013;Kim et al.,2016;Mackie &Fan,2016;Torii,2011)。空間工作記憶作為執(zhí)行功能的重要方面,不僅在日常認知活動中起到基礎(chǔ)性作用,而且能夠反映 ASD群體的相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育特點,兼具臨床干預和病因探究的雙重價值。

空間工作記憶是指人在短時間內(nèi)對刺激物空間位置信息的保持與操控能力,主要涉及個體對客體位置的感知與記憶、對動態(tài)物體位移的覺知及位置刷新等,是完成復雜的認知任務(wù)必不可少的環(huán)節(jié)(Huntley,Bor,Hampshire,Owen,&Howard,2011)。多項研究發(fā)現(xiàn),高功能孤獨癥者存在空間工作記憶缺陷。例如,Cui,Gao,Chen,Zou和Wang (2010)采用N-back任務(wù)考察ASD兒童的空間工作記憶,結(jié)果顯示,他們在2-back水平所需反應(yīng)時較長,且反應(yīng)時較 1-back水平的延長比普通被試更加明顯。Geurts,Verté,Oosterlaan,Roeyers和 Sergeant (2004)采用Corsi空間廣度任務(wù)考察高功能孤獨癥兒童的空間工作記憶容量,研究發(fā)現(xiàn),ASD被試的空間容量顯著低于普通兒童。Kaufmann等(2013)采用劍橋大學神經(jīng)心理成套測驗(Cambridge Neuropsychological Tests Automated Battery,CANTAB)的空間工作記憶測驗,結(jié)果顯示,高功能ASD被試的搜索效率明顯較低,他們完成任務(wù)需要更長時間,搜索錯誤率更高,難以形成相對固定的搜索策略,尤其當難度水平增大時,高功能ASD被試所呈現(xiàn)缺陷更明顯。

有關(guān) ASD群體空間工作記憶缺陷的闡述,最具影響力的是信息復雜性理論(information complexity account),即任務(wù)越復雜,ASD個體呈現(xiàn)的記憶缺陷越明顯(Barendse et al.,2013)。這種“復雜”主要涵蓋3個方面：刺激物的數(shù)量、高效的記憶策略所需認知資源的量、其他導致任務(wù)難度增加的因素(Jiang,Capistrano,&Palm,2014)?；谛袨閷W、神經(jīng)生理學領(lǐng)域的研究表明,ASD者存在認知負荷效應(yīng)(effects of cognitive load),即隨任務(wù)的認知負荷量增大而缺陷加重。這種觀點不僅在n-back任務(wù)等多種空間工作記憶范式下得到證實,其神經(jīng)生理機制亦有跡可循。根據(jù)孤獨癥的“知覺功能促進化模型” (Enhanced Perceptual Functioning model)以及近幾年的fMRI研究結(jié)果,當任務(wù)的復雜程度增加時,ASD個體往往呈現(xiàn)額?頂網(wǎng)絡(luò)失活狀態(tài),取而代之的是腦后部區(qū)域的代償激活,但是,這種初級的視知覺區(qū)域激活無法勝任復雜的認知任務(wù)(Mammarella,Giofrè,Caviola,Cornoldi,&Hamilton,2014;Matsuura et al.,2014;Mottron,Dawson,Soulières,Hubert,&Burack,2006;Steele,Minshew,Luna,&Sweeney,2007;Vogan et al.,2014)。

從認知機制層面解釋 ASD者空間工作記憶的“認知負荷效應(yīng)”,已有研究主要著眼于三個方面。第一,ASD個體工作記憶容量不足,記憶存儲器能夠存儲的刺激量少于普通人群,當認知負荷增大時,可能超出 ASD者記憶存儲器的可容限度,導致記憶效果的降低(Cui et al.,2010;Jiang et al.,2014;Williams,Goldstein,Carpenter,&Minshew,2005);第二,由于ASD者存在注意和執(zhí)行功能的異常,對高負荷任務(wù)的信息加工更易受干擾,從而影響空間表征(Chien et al.,2015;Makovski,Sussman,&Jiang,2008);第三,根據(jù)弱中央統(tǒng)合理論(weak central coherence),ASD個體在認知活動對復雜信息的整合能力較弱,當認知負荷增大時,他們對復雜刺激無法整合分析,難以形成高效的記憶加工策略(Happé &Frith,2006;Mammarella et al.,2014)。

以上三種觀點從記憶容量、執(zhí)行功能、認知風格三方面揭示了 ASD個體空間工作記憶缺陷的特征及可能的原因,但著眼點均在較寬泛的認知領(lǐng)域,并未直接切入到空間工作記憶本身的信息加工環(huán)節(jié),即編碼、保持、存儲、提取過程中具體的加工策略或形式。為深層次把握 ASD者存在此種加工困難的具體環(huán)節(jié),組塊加工過程是一個重要著眼點。組塊(chunking)是工作記憶加工中的策略化編碼形式,是指將一組刺激信息編碼為整合、壓縮、高效的信息加工單元(Bor,Duncan,Wiseman,&Owen,2003)。首先,組塊能夠擴大空間工作記憶容量。高通達的組塊將零散刺激組織為若干個有意義的整體單元,從而利用有限的認知資源記憶更多項目,因而 ASD者的記憶容量小很可能與缺乏組塊能力有關(guān)。其次,高水平的組塊加工反映個體的注意控制力以及注意聚焦內(nèi)的信息加工速度,尤其在任務(wù)相對復雜時,多個刺激間的組塊存在競爭,抑制無關(guān)項目的干擾,充分利用有限資源,并在短時間內(nèi)迅速形成高水平的組塊,需要較強的注意控制力和高效的資源分配能力。而且,ASD者在空間工作記憶中表現(xiàn)出的注意和執(zhí)行困難,也一定程度上由于不善運用組塊策略。最后,高水平組塊的前提是對多項刺激的整合,ASD者過度關(guān)注細節(jié)的認知風格,致使其缺乏自上而下的信息整合動機,難以形成高效的組塊加工策略。綜上所述,組塊加工可能是進一步揭示 ASD者空間工作記憶受損環(huán)節(jié)的重要切入點。對ASD者組塊加工過程的研究,不僅為目前存在的現(xiàn)象提供認知機制層面的解釋,而且對于ASD者認知能力的干預和改善具有啟發(fā)意義。

弱中央統(tǒng)合理論(weak central coherence)是孤獨癥的重要認知理論,即 ASD群體的認知風格普遍存在著重局部、忽略整體的特點,表現(xiàn)為無法提取整體的形式和含義,但在局部和細節(jié)加工方面具有特殊的優(yōu)勢。這一理論在言語理解、空間知覺、社會認知等諸多方面得到印證。例如,ASD被試在閱讀中過分關(guān)注片段或細節(jié),忽略情境主題;鑲嵌圖形測驗中,對靶圖形的覺知較少受到格式塔的影響;在面孔識別中無法整體感知面孔,對正置和倒置面孔覺知相似(Happé &Frith,2006)。由于空間工作記憶的加工過程較多涉及刺激間的位置關(guān)系,ASD者著重細節(jié)而忽略整體的認知風格可能影響到空間信息的整合感知。

已有研究通過控制刺激的集中性、控制背景一致性等方式,探討 ASD者的弱中央統(tǒng)合是否影響空間工作記憶的加工,但所得結(jié)論并不一致(Jiang et al.,2014;Mammarella et al.,2014)?；谄胀ㄈ说难芯堪l(fā)現(xiàn),組塊的形成與刺激布局結(jié)構(gòu)化程度有關(guān),高結(jié)構(gòu)化的布局更容易激發(fā)策略化編碼,形成高度整體性的組織模式,從而產(chǎn)生高水平組塊(Huntley et al.,2011)。目前,未曾有研究直接考察ASD者空間工作記憶的組塊加工,本研究首次通過控制刺激布局的結(jié)構(gòu)化程度,對 ASD幼兒的空間組塊能力進行探討。即向被試呈現(xiàn)高、低結(jié)構(gòu)化的刺激圖片,要求被試記憶圖片中若干刺激物的位置。本研究假設(shè),健康幼兒具有組塊加工的能力和動機,在容易組塊的高結(jié)構(gòu)化條件下,記憶成績將顯著優(yōu)于低結(jié)構(gòu)化條件;而 ASD幼兒由于缺乏組塊加工策略,在高、低結(jié)構(gòu)化條件下的記憶成績差異不明顯。

實驗1采用Sternberg空間工作記憶任務(wù),呈現(xiàn)高結(jié)構(gòu)化、低結(jié)構(gòu)化兩類刺激材料,要求被試對某個特定刺激的位置進行再認。健康兒童具有組塊加工的認知模式,在高結(jié)構(gòu)化條件下的記憶成績應(yīng)顯著好于低結(jié)構(gòu)化條件(Huntley et al.,2011)。如果ASD幼兒同樣能夠采取組塊策略,那么,在高結(jié)構(gòu)化條件下將容易形成高水平組塊,記憶成績也應(yīng)顯著優(yōu)于低結(jié)構(gòu)化條件;反之,如果 ASD幼兒缺乏組塊策略,則兩種刺激布局下的記憶成績無顯著差別。實驗2采用Corsi空間廣度任務(wù),采取逐一呈現(xiàn)刺激的方式,以高結(jié)構(gòu)化、低結(jié)構(gòu)化兩類路徑呈現(xiàn)刺激材料,要求被試對所呈現(xiàn)刺激按相同順序進行重復。通過與健康幼兒的對比,考察ASD幼兒是否具備在頭腦對刺激進行組塊的能力,并探討組塊能力是否直接影響其空間工作記憶容量。健康幼兒存在組塊的認知機制,能夠在頭腦中對逐一出現(xiàn)的刺激進行組織,因此,他們在高結(jié)構(gòu)化條件下的記憶容量應(yīng)顯著大于低結(jié)構(gòu)化條件(Watter,Heisz,Karle,Shedden,&Kiss,2010)。如果ASD幼兒同樣具有這種組塊能力,那么,他們在高結(jié)構(gòu)化條件下的記憶容量較低結(jié)構(gòu)化條件大,反之,兩種條件下的記憶容量應(yīng)無顯著差異。

另外,空間工作記憶作為基礎(chǔ)性的認知能力,隨著個體的年齡發(fā)展而經(jīng)歷發(fā)生和逐步完善的過程。Gathercole,Pickering,Ambridge和 Wearing (2004)通過因素分析的方法,將工作記憶劃分為三個模塊,分別為簡單語音存儲(verbal storage-only)、復雜記憶廣度(complex memory span)和視覺?空間記憶(visuo-spatial memory)。該項研究考察4～15歲兒童空間工作記憶各模塊的發(fā)生和發(fā)展狀況,結(jié)果顯示,三個模塊均呈現(xiàn)明顯的隨年齡增長而逐漸成熟的趨勢。4歲幼兒已表現(xiàn)出基本的工作記憶能力,只有少數(shù)較為復雜的加工能力,如迷津回憶、計數(shù)回憶等,在6歲時才得以完善。而本研究所涉及的空間位置記憶在 4歲時就已經(jīng)出現(xiàn)。另外,Moher,Tuerk和Feigenson (2012)研究發(fā)現(xiàn),普通個體在嬰兒期即表現(xiàn)出記憶的組塊加工傾向。目前,ASD者空間工作記憶的研究大多集中在學齡期兒童和青少年,尚未涉及學齡前幼兒(Piefke,Onur,&Fink,2012)。ASD 是發(fā)展性的神經(jīng)發(fā)育障礙,認知能力形成初期的發(fā)展特點具有基礎(chǔ)性、機制性的意義。兼顧研究的價值和實驗可操作性,本研究選用高功能的 ASD學齡前幼兒,以真實的物品作為實驗材料,采用實物演練、互動實操的形式確保被試理解并有效執(zhí)行實驗任務(wù),嘗試揭示認知能力發(fā)展初期的組塊加工特點,為 ASD的早期認知評估與干預提供參考。

2 實驗1 高、低結(jié)構(gòu)化的空間位置再認

2.1 方法

2.1.1 被試

從同時招收特殊幼兒和普通幼兒的大連市中山區(qū)春雨幼兒園選取高功能孤獨癥幼兒 20名,其中2名幼兒因存在明顯多動癥狀、穩(wěn)定性差而無法完成實驗任務(wù),3名幼兒因無法理解任務(wù)要求而未能完成實驗。最終有15名ASD幼兒作為有效被試完成實驗,均為男孩,視力或矯正視力正常。所有被試均經(jīng)醫(yī)院臨床診斷為孤獨癥,符合

DSM-V、ICD-10

等精神病學專業(yè)診斷標準。為使孤獨癥組與健康幼兒組被試達到智力匹配,以控制智力因素對實驗結(jié)果可能造成的影響,同時考慮到功能較低的孤獨癥幼兒理解力和配合程度較差,研究所選被試均為智力達到或接近正常水平,無明顯語言障礙的高功能孤獨癥幼兒,且無其他重大軀體疾病、精神疾病或殘疾。在同一所幼兒園選取健康幼兒 20名作為對照組,其中2名因難以理解任務(wù)要求而未能有效完成實驗,最終有18名健康幼兒完成實驗,均為男孩,視力或矯正視力正常,經(jīng)與其教師訪談,排除重大軀體疾病和精神障礙。所有被試均為右利手,沒有明顯的特定形狀或顏色偏好,無記憶力超?，F(xiàn)象。兩組被試從生理年齡、言語智力、非言語智力 3方面進行匹配,其中言語智力的匹配采用PPVT-R (Peabody Picture Vocabulary Test-Revised),非言語智力匹配采用聯(lián)合型瑞文智力測驗(Combined Raven’s Test,CRT)(表1)。

表1 被試樣本的基本特征

2.1.2 實驗任務(wù)與材料

實驗1采用經(jīng)典Sternberg空間工作記憶任務(wù)(Sternberg Spatial Working Memory task)。該任務(wù)的基本邏輯是：同時向被試呈現(xiàn)若干個刺激,要求被試對全部刺激的空間位置進行記憶。隨后,呈現(xiàn)其中一個刺激,要求被試判斷該刺激位置是否正確。本研究在此范式的基礎(chǔ)上加入刺激結(jié)構(gòu)化因素,考察刺激布局的結(jié)構(gòu)化程度是否影響記憶成績,從而評估組塊加工功能。

實驗所呈現(xiàn)刺激為 16個圓柱體盒子,4×4矩陣排列。所有盒蓋為打開狀態(tài),其中4個盒子中各有1個正方體木塊。木塊的布局方式分為高結(jié)構(gòu)化、低結(jié)構(gòu)化兩種。在高結(jié)構(gòu)化條件下,相鄰兩個木塊常常在同一條水平線、垂直線或?qū)蔷€上,4個木塊共同組成一規(guī)則的對稱四邊形或平行四邊形,容易形成高度整體化的組塊形式(圖 1A);在低結(jié)構(gòu)化條件下,4個木塊組成的圖形不規(guī)則、不對稱,布局較零散,不易整體覺知(圖1B)。

圖1 實驗1刺激材料示例

實驗刺激材料的制作過程是將盒子、木塊等用相機拍照,再用 Photoshop制圖軟件進行編輯,最后生成背景為透明的png格式圖片。材料的呈現(xiàn)使用E-prime 2.0軟件,呈現(xiàn)在顯示屏為14寸的筆記本電腦上,屏幕分辨率設(shè)定為 1280×768像素,刺激圖片大小為600×600像素,呈現(xiàn)在屏幕中央,背景為白色。

2.1.3 實驗設(shè)計

采用2(被試類型：高功能孤獨癥幼兒、健康幼兒)× 2(刺激結(jié)構(gòu)化程度：高結(jié)構(gòu)化、低結(jié)構(gòu)化)二因素混合實驗設(shè)計。被試類型為被試間變量,刺激結(jié)構(gòu)化程度為被試內(nèi)變量。因變量為每組被試在高、低結(jié)構(gòu)化條件下對木塊位置進行判斷的正確率。

2.1.4 實驗程序

每個試次開始時,屏幕上呈現(xiàn)4×4矩陣排列的16個盒蓋閉合的圓柱體盒子,主試確認幼兒的注意力集中在屏幕上時,立即按鍵盤上的空格鍵觸發(fā)試次。這時盒蓋全部打開,其中4個盒子里呈現(xiàn)木塊,幼兒需記住木塊在哪幾個盒子里。盒蓋打開3000 ms后關(guān)閉。經(jīng)過1000 ms的記憶存儲時間,其中一個盒子上出現(xiàn)一小手,這時幼兒需盡快判斷小手所指的盒子里是否藏有木塊,并使用 E-prime配備的反應(yīng)盒進行反應(yīng),如有,按反應(yīng)盒左邊的1鍵,如沒有,按右邊的 4鍵。為方便幼兒進行反應(yīng),主試事先在反應(yīng)盒對應(yīng)按鍵上貼上“有”和“沒有”的標簽。為保持幼兒的積極性,每個試次結(jié)束時有反饋。如果幼兒反應(yīng)正確,屏幕上出現(xiàn)一顆星星表示獎勵,反饋內(nèi)容為“答對啦！你真棒！”;如反應(yīng)錯誤,反饋內(nèi)容為“加油哦！還有機會！”。反饋呈現(xiàn)2000 ms后自動進入下一試次(圖2)。

圖2 實驗1流程

實驗在幼兒園的一間個體訓練室中進行,安靜且隔音。在實驗開始之前,為確保幼兒能夠理解并有效完成任務(wù),主試和實驗助手先以與刺激圖片中相同的4個圓柱體盒子和1個正方體木塊進行2輪實物演練。首先,助手將4個盒子以2×2矩陣式擺放在幼兒面前,蓋上盒蓋。主試對幼兒說：“小朋友,你看,桌子上有4個藍色的盒子?！边@時,助手將盒蓋全部打開,其中一個盒子里有木塊。主試對幼兒說：“看,盒子里有個小木塊！指一指,木塊在哪里？”待幼兒手指向木塊后,助手將盒蓋全部蓋上。然后,主試指著有木塊的盒子,問幼兒：“這個盒子里有木塊嗎？”,幼兒回答“有”,第1輪演練結(jié)束。主試將盒子順序打亂,重復上述過程,最后指著一個沒有木塊的盒子問幼兒：“這個盒子里有木塊嗎？”,幼兒回答：“沒有”,則第2輪演練結(jié)束。

幼兒成功通過實物演練后,在計算機上練習實驗任務(wù)。實驗的指導語為：“小朋友,你將看到電腦屏幕上有一些圓盒子,老師將盒子打開,你會看到其中4個木塊。請你記住木塊在哪些盒子里。盒子很快會蓋上,其中一個盒子上出現(xiàn)一只小手。請你回答小手所指的盒子里有沒有木塊,如果有,按 1鍵,如果沒有,按 4鍵。如果你答對了,屏幕上會有一顆小星星表示獎勵?！痹诰毩曔^程中,主試邊講述指導語,邊指導幼兒操作。主試可根據(jù)幼兒的接受程度進行反復多次的協(xié)助指導,直到幼兒的操作較為熟練時,即進入正式實驗。練習試次與正式實驗的材料不重復,被試的反應(yīng)不計入結(jié)果的統(tǒng)計分析。

正式實驗包括兩組,每組22個試次,其中高結(jié)構(gòu)化、低結(jié)構(gòu)化條件下各11試次,偽隨機呈現(xiàn)。整個實驗共44試次,小手所指盒子里有、無木塊的情況各半。第一組測試結(jié)束后,被試稍事休息,再完成第二組測試。正式實驗持續(xù)時間約15 min。在正式實驗過程中,主試始終在被試左側(cè)觀察被試的行為,如果被試在刺激呈現(xiàn)中出現(xiàn)明顯的注意力分散,如眼睛看向別處、與主試說話等,主試按鍵盤上的Q鍵跳過該試次,并提示幼兒集中注意力于下一試次。跳過的試次將不用于結(jié)果分析。

2.1.5 數(shù)據(jù)收集與分析

實驗中被試的反應(yīng)數(shù)據(jù)由 E-prime 2.0軟件記錄,使用SPSS 18.0進行統(tǒng)計分析。統(tǒng)計分析剔除了因被試注意力分散等原因由主試按鍵跳過的試次,以及每名被試反應(yīng)時平均值上下3個標準差以外的試次,孤獨癥幼兒組有效試次占試次總數(shù)的83.3%,健康幼兒組有效試次為93.8%。

2.2 結(jié)果

高功能孤獨癥幼兒與健康幼兒在高、低結(jié)構(gòu)化條件下反應(yīng)正確率的描述性統(tǒng)計見表2。刺激結(jié)構(gòu)化程度與被試類型的混合重復測量方差分析顯示,刺激結(jié)構(gòu)化程度主效應(yīng)顯著,

F

(1,

表2 高功能孤獨癥幼兒與健康幼兒完成 Sternberg空間工作記憶任務(wù)的正確率(%)(M±SD)

圖3 實驗1被試類型與刺激結(jié)構(gòu)化程度的交互作用

3 實驗2 高、低結(jié)構(gòu)化的空間位置回憶

3.1 方法

3.1.1 被試

實驗2選用與實驗1相同的被試。為避免完成實驗先后順序可能造成的結(jié)果誤差,半數(shù)被試首先完成實驗1,其余被試先完成實驗2。為防止練習效應(yīng)和被試疲勞,每名被試完成一個實驗一周后,再完成另一實驗。

3.1.2 實驗任務(wù)與材料

實驗2采用Corsi空間廣度任務(wù)(Corsi’s Spatial Span task),操控刺激呈現(xiàn)路徑的結(jié)構(gòu)化程度,考察刺激結(jié)構(gòu)化是否直接影響被試的空間工作記憶容量。該任務(wù)的基本流程是：將若干木塊固定于木板上,主試按照一定順序敲擊若干木塊,要求被試按照相同順序重復主試的操作。如果被試反應(yīng)正確,則所敲木塊數(shù)量增加1。被試能夠正確重復的木塊數(shù)量上限,即為該名被試的空間工作記憶容量。

實驗所用材料為 16個正方體木塊,以 4×4矩陣形式排列在1個正方形的木板上。刺激呈現(xiàn)的路徑分為高結(jié)構(gòu)化和低結(jié)構(gòu)化兩種(圖4)。在高結(jié)構(gòu)化條件下,所敲擊的2個木塊在一條水平或垂直線上,3個及以上木塊的敲擊路徑為規(guī)則的常見多邊形或?qū)ΨQ圖形,路徑無交叉,易于整合(圖 4A);在低結(jié)構(gòu)化條件下,所敲擊的2個木塊不在一條水平或垂直線上,3個及以上的木塊敲擊路徑為不規(guī)則、非對稱圖形,路徑有交叉,不易整合(圖4B)。

為了避免主試敲擊動作、速度帶來的誤差,本研究采用計算機呈現(xiàn)刺激的方式,以木塊標亮的方式代替敲擊,被試直接在電腦上作觸屏點擊反應(yīng)。計算機呈現(xiàn)刺激材料的制作過程是,首先將實物用照相機拍照,再用 Photoshop作圖軟件進行處理。圖片材料使用E-prime 2.0軟件呈現(xiàn)在14寸觸屏筆記本電腦上,屏幕分辨率設(shè)定為 1280×768像素,刺激圖片大小為 600×600像素,呈現(xiàn)在屏幕中央,背景為白色。

3.1.3 實驗設(shè)計

采用2(被試類型：高功能孤獨癥幼兒、健康幼兒)× 2(刺激結(jié)構(gòu)化程度：高結(jié)構(gòu)化、低結(jié)構(gòu)化)二因素混合實驗設(shè)計。被試類型為被試間變量,刺激結(jié)構(gòu)化程度為被試內(nèi)變量。因變量為每組被試在兩種刺激呈現(xiàn)路徑下的空間工作記憶容量。

3.1.4 實驗程序

實驗在幼兒園一個安靜訓練室進行。首先計算機屏幕呈現(xiàn)一木板,木板上有4×4矩陣形式排列的16個木塊。主試確定幼兒將注意力集中在屏幕時,即按空格鍵觸發(fā)試次。這時,木塊依次標亮,每個刺激呈現(xiàn)1000 ms后消失,刺激間隔500 ms。刺激呈現(xiàn)完畢后,主試要求幼兒按照相同順序用手指點擊標亮的木塊,如被試反應(yīng)正確,主試按鍵盤上的 F鍵,如反應(yīng)錯誤,則按J鍵。此時呈現(xiàn)反饋,如果被試反應(yīng)正確,屏幕上出現(xiàn)一顆星星,反饋內(nèi)容為“答對啦！你真棒！”;如反應(yīng)錯誤,反饋內(nèi)容為“加油哦,還有機會！”。反饋呈現(xiàn)2000 ms,系統(tǒng)進入下一試次(圖5)。實驗的指導語為：“小朋友,我們來做一個小游戲。你將看到屏幕上有一個木板,木板上有一些小木塊,游戲開始后,小木塊會一個一個地點亮,你要記住木塊點亮的順序,并且重復點擊一遍。如果你做對了,屏幕上會有一顆小星星表示獎勵！”

正式實驗前,為了確保被試正確理解任務(wù)并有效操作,主試邊講述指導語,邊指導幼兒進行練習。首先,僅點亮1個木塊,經(jīng)1000 ms消失。主試示意幼兒重復點擊,并給予積極反饋。幼兒點擊正確后,再呈現(xiàn)2個、3個刺激,被試均正確重復點擊,視為通過練習,可以進入正式實驗。為了保證能夠理解實驗任務(wù)的幼兒都能順利完成練習,練習試次中呈現(xiàn)的若干刺激相鄰,記憶難度低。

正式實驗中,刺激呈現(xiàn)的數(shù)量從 2開始,逐步增加到7。每個數(shù)量水平進行1組測驗,共6組。每組6個試次,其中高、低結(jié)構(gòu)化條件各3個試次,隨機穿插呈現(xiàn)。同一條件下的3個試次有2個回答正確,即視為通過。在高、低結(jié)構(gòu)化條件下,被試能夠通過的最大刺激數(shù)量分別為被試在相應(yīng)條件下的空間工作記憶容量。一組測驗中,若被試在至少一個條件下達到通過,則實驗繼續(xù),刺激數(shù)量增加1;若在兩個條件下均未達到通過,則測驗停止。主試分別記錄被試在高結(jié)構(gòu)化和低結(jié)構(gòu)化條件下的空間工作記憶容量。正式實驗根據(jù)每名被試的實際情況,進行10～15 min。

圖4 實驗2高、低結(jié)構(gòu)化的實驗材料示例

圖5 實驗2流程圖

3.1.5 數(shù)據(jù)收集與分析

根據(jù)被試在每組測試中的通過情況,分別記錄每名被試在高、低結(jié)構(gòu)化條件下的空間工作記憶容量,并采用SPSS 18.0進行統(tǒng)計分析。

3.2 結(jié)果

高功能孤獨癥幼兒與健康幼兒在高、低結(jié)構(gòu)化條件下的空間工作記憶容量的描述性統(tǒng)計見表3。

表3 高功能孤獨癥幼兒和健康幼兒完成 Corsi空間廣度任務(wù)的空間工作記憶容量(M ± SD)

圖6 實驗2被試類型與刺激結(jié)構(gòu)化程度的交互作用

4 討論

本研究采用 Sternberg空間工作記憶任務(wù)和Corsi空間廣度任務(wù),加入刺激結(jié)構(gòu)化程度因素,考察ASD幼兒在空間工作記憶中的組塊編碼策略,以及組塊水平對空間工作記憶容量的影響。研究發(fā)現(xiàn),ASD幼兒存在明顯的組塊加工缺陷,且這種缺陷主要在于缺乏自上而下的整合加工機制。實驗1結(jié)果顯示,健康幼兒存在較為明顯的組塊加工機制,他們在高結(jié)構(gòu)化條件下更容易形成高水平組塊,記憶成績顯著好于低結(jié)構(gòu)化條件;而ASD幼兒在高、低結(jié)構(gòu)化條件下的記憶成績并無顯著差別。而且,ASD與健康幼兒的記憶成績差異主要表現(xiàn)在高結(jié)構(gòu)化條件,兩組被試在低結(jié)構(gòu)化條件下的記憶成績無顯著差異。由此推知,在實驗1中,ASD幼兒所表現(xiàn)出的空間工作記憶缺陷主要來自組塊策略的缺失,而當刺激材料難以組織時,兩組被試的記憶水平相當。那么,組塊策略是否直接影響ASD幼兒的空間工作記憶容量？根據(jù)實驗2的結(jié)果,雖然兩組被試均呈現(xiàn)在高、低結(jié)構(gòu)化條件下的空間工作記憶容量差異,但從交互作用來看,健康幼兒在高、低結(jié)構(gòu)化條件下的容量差異明顯大于 ASD幼兒。這表明健康幼兒更加善于運用組塊策略,高結(jié)構(gòu)化條件下的記憶容量明顯提高;而 ASD幼兒存在組塊加工缺陷,高結(jié)構(gòu)化刺激材料對記憶容量的提高作用不如健康幼兒明顯,但并非完全消失。此外,不論在高結(jié)構(gòu)化還是低結(jié)構(gòu)化條件下,ASD幼兒均呈現(xiàn)明顯的空間工作記憶容量缺陷,其記憶容量顯著低于健康幼兒,究其原因可能來自 ASD幼兒的記憶存儲器本身。以往研究發(fā)現(xiàn),ASD者存在空間工作記憶容量的不足,其記憶存儲器可能存在功能異常(Cui et al.,2010;Williams et al.,2005)。Jiang等(2014)的研究的出類似結(jié)論,并以公式推算出,ASD兒童的空間工作記憶容量比普通兒童低約25%左右。綜合分析,組塊策略缺陷雖然一定程度上導致了 ASD幼兒空間工作記憶容量下降,但記憶存儲器的異?？赡芤彩?ASD幼兒存在空間容量不足的重要原因。

此外,ASD被試在實驗1的高、低結(jié)構(gòu)化條件下的記憶成績無顯著差異,而在實驗2中則差異顯著,可能存在以下原因。一方面,從實驗2中ASD被試的記憶容量來看,實驗 1要求記憶 4個刺激,任務(wù)難度稍大,可能因此導致ASD幼兒在高、低結(jié)構(gòu)化條件下記憶成績無差異。另一方面,實驗2采用刺激逐一呈現(xiàn)的方式,在低結(jié)構(gòu)化條件下,刺激呈現(xiàn)的路徑常有交叉,增加了對路徑進行表征的難度,這也可能導致ASD幼兒在高、低結(jié)構(gòu)化條件下的記憶差異。

總的來說,本研究結(jié)果驗證了假設(shè)。高結(jié)構(gòu)化刺激有效促進了健康幼兒的高水平組塊加工,表明健康幼兒對于材料的加工著眼于整體布局;然而,高結(jié)構(gòu)化刺激并未有效激發(fā) ASD幼兒的高水平組塊加工,表明他們對刺激材料的記憶零散孤立,很少進行整合的編碼策略。因此,弱中央統(tǒng)合的認知風格是ASD個體組塊加工缺陷的關(guān)鍵所在。

目前,有兩項研究關(guān)注 ASD個體的弱中央統(tǒng)合對空間工作記憶加工的影響,且結(jié)論并不一致。Mammarella等(2014)采用高/低組織程度的矩陣任務(wù)(High- and Low-semantic matrix patterns task,HLSPT)考察刺激分布的集中程度對高功能孤獨癥兒童空間工作記憶的影響。首先向被試呈現(xiàn)一個網(wǎng)格矩陣,半數(shù)方格填充成黑色,要求被試記憶被填充網(wǎng)格的位置。高組織條件下,被填充網(wǎng)格常彼此相鄰,刺激分布相對集中;低組織條件下,被填充網(wǎng)格各自孤立,刺激分布相對離散。對于普通人來說,刺激集中分布時,位置信息更加容易整合,記憶難度較小;刺激離散分布時,信息難以整合致使記憶難度增加。該研究結(jié)果證實了這一觀點,同時發(fā)現(xiàn),ASD被試在刺激集中或離散分布時的記憶成績并無明顯差別,甚至當刺激離散分布時,ASD被試的成績稍好于普通被試。這表明,ASD被試在對空間位置進行記憶加工時采取局部加工的方式,忽略整體布局和刺激間位置關(guān)系,充分印證了弱中央統(tǒng)合理論。

在研究方法上,Mammarella等的研究控制刺激布局的集中或離散。組塊分解理論認為,將組塊分解成更小的成分來分析,是實現(xiàn)信息重新組織的關(guān)鍵機制(Knoblich,Ohlsson,Haider,&Rhenius,1999)。該理論將組塊分為“緊組塊”和“松組塊”。在緊組塊情況下,組塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)是有意義的整體單元;在松組塊情況下,組塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)無意義或較為松散(張忠爐等,2016)。而緊組塊的分解比松組塊更加困難。對于空間工作記憶來說,“緊組塊”情況下刺激布局緊湊,組塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密連結(jié);“松組塊”情況下刺激布局相對松散,更加容易分解。兩種組織形式的視覺效果具有明顯而直觀的差別,雖然該實驗結(jié)果能夠證實 ASD被試對于刺激布局的整體性不敏感,但難以甄別被試是否主動對刺激物采取自上而下的組塊編碼策略。本研究在操控組塊難度時,著眼于刺激布局的結(jié)構(gòu)化而非集中性,只考慮多個刺激共同組成的圖形是否規(guī)則,刺激布局的離散程度一致且比較適當。因此,本研究更加深入地考察到,ASD個體缺乏自上而下的組塊加工動機,而不單單是對位置關(guān)系整體化的不敏感。

Jiang等(2014)采用變化察覺范式,考察高功能孤獨癥兒童在空間工作記憶中對刺激間位置關(guān)系的敏感程度。實驗在8×8的隱形網(wǎng)格內(nèi)呈現(xiàn)3個或6個小球,要求被試記住這些小球的位置,然后對其中一個目標小球的位置是否正確進行判斷。測驗分為背景一致和背景不一致兩種條件。背景一致條件下,刺激呈現(xiàn)和被試反應(yīng)時,除目標外的其他小球位置保持不變;背景不一致條件下,除目標外的背景小球位置發(fā)生改變。普通人的空間知覺存在“背景線索效應(yīng)”,即將目標刺激與背景刺激進行綁定,形成固定的整體結(jié)構(gòu)。因此,背景的變化與否會顯著影響個體對目標刺激的位置判斷。Jiang等人認為,如果 ASD個體的空間工作記憶存在弱中央統(tǒng)合,那么,他們對目標刺激的判斷將不依賴背景,因而不存在背景線索效應(yīng)。然而,實驗發(fā)現(xiàn),背景小球的位置變化同等程度地影響著 ASD兒童對目標小球位置的判斷。也就是說,ASD被試在空間工作記憶中存在背景線索效應(yīng),并未支持弱中央統(tǒng)合理論,這與本研究結(jié)論并不一致。

在某些特定情況下,ASD個體的空間位置記憶的確參考了與其他刺激的位置關(guān)系。然而,值得探討的是,Jiang等人的研究直接將刺激呈現(xiàn)在空白屏幕上,并無任何輔助記憶的線索,被試難以定位單個刺激物的位置,從而更加容易將背景刺激當做參照物,這并不一定意味著 ASD兒童對刺激物采取了整體組織的記憶策略。曾有研究發(fā)現(xiàn),ASD個體存在“管狀視力”現(xiàn)象,他們在視覺上對兩個客體的距離得感知比普通人更加敏感,能夠察覺更小的相對位移(Robertson,Kravitz,Freyberg,Baron-Cohen,&Baker,2013)?？梢酝茢?ASD者在空間定位中可能更加依賴參照物,這也是著重細節(jié)的一種體現(xiàn)。因此,在背景不一致的情況下,ASD被試因失去參照系而難以定位目標,背景小球位置改變或可視為一種“掩蔽”,使被試無法確定目標刺激是否在原來位置,這不足以表明 ASD被試采取了整體組織的記憶策略。與之不同,本研究中的實驗材料均設(shè)有固定參照,被試即使采取局部加工策略,仍然能夠準確定位單個刺激。由此,本研究發(fā)現(xiàn),ASD幼兒的確存在局部加工的認知風格,難以對刺激物主動采取整合記憶策略。

除此之外,注意控制和執(zhí)行功能是否影響了ASD幼兒的空間組塊？本研究中,實驗1采取刺激同時呈現(xiàn)的方式,刺激間的位置關(guān)系顯而易見,組塊過程只需直接將視野中的刺激組織;而實驗2采取刺激逐一呈現(xiàn)的方式,組塊加工需要在頭腦中對刺激的位置進行抽象整合的空間表征,對注意控制和執(zhí)行功能的要求較高。研究結(jié)果顯示,ASD被試在實驗1中即表現(xiàn)出較為明顯的組塊策略缺陷,表明這種缺陷并不直接來自注意和執(zhí)行功能,而是更多來自弱中央統(tǒng)合的認知風格,即缺乏自上而下的組塊加工動機。然而,當任務(wù)對注意控制和執(zhí)行功能的需求量較大時(實驗2),無論在高、低結(jié)構(gòu)化條件下,ASD幼兒與健康幼兒均表現(xiàn)出明顯差距,這驗證了信息復雜性理論,并可推知注意控制和執(zhí)行功能影響到 ASD幼兒的空間工作記憶加工,這與中央執(zhí)行系統(tǒng)功能密切相關(guān)。

中央執(zhí)行系統(tǒng)是一個基于注意功能的自上而下的宏觀調(diào)控系統(tǒng),負責工作記憶各成分及相關(guān)功能的整合與協(xié)調(diào),是工作記憶的核心成分(Baddeley&Hitch,1974;Baddeley,2000)。本研究結(jié)果驗證了ASD幼兒的中央執(zhí)行系統(tǒng)功能異常。一方面,ASD幼兒在腦中保持并整合刺激的能力較弱。普通人依靠中心信息處理系統(tǒng)對外界信息加以整合和概括,并具有相應(yīng)的神經(jīng)基礎(chǔ)。Watter等(2010)有關(guān)空間工作記憶的事件相關(guān)電位研究發(fā)現(xiàn),當要求被試記住逐一呈現(xiàn)的3個刺激的空間位置時,右側(cè)前額葉慢波電位在第 1個刺激出現(xiàn)時最強,在刺激 2、3出現(xiàn)時明顯緩和,這表明個體對刺激1進行了深度加工,而刺激2、3則在刺激1空間位置的基礎(chǔ)上進行整合。刺激逐一呈現(xiàn)時,被試需要在頭腦中對刺激進行保持、組織、整合等,由于ASD個體的高級認知腦區(qū)激活模式異常,他們難以完成較為復雜的認知任務(wù)。另一方面,ASD個體的認知靈活性較差,當視覺刺激短暫呈現(xiàn)后消失,又出現(xiàn)另一個視覺刺激時,其注意功能難以在視覺刺激消失和新異刺激出現(xiàn)時靈活地進行調(diào)節(jié),記憶存儲器容易受到新異刺激的干擾,從而影響到記憶效果(Makovski et al.,2008)。值得一提的是,中央執(zhí)行系統(tǒng)功能與組塊加工息息相關(guān),結(jié)構(gòu)化刺激編碼為高水平的組塊的過程涉及一系列高級認知功能,包括將信息保持在工作記憶系統(tǒng)中,從長時記憶系統(tǒng)中獲取幾何圖形的規(guī)則,策略性地運用關(guān)聯(lián)將刺激重新編碼為新的表征,并抑制無關(guān)刺激對已形成的組塊信息的干擾。完成這一任務(wù)對中央執(zhí)行系統(tǒng)的統(tǒng)籌控制能力有較高的要求(Huntley et al.,2011)。因此,ASD個體的組塊加工是否與中央執(zhí)行系統(tǒng)功能異常有關(guān),還需更加細化的研究來證實,例如,進一步控制組塊的復雜程度和難度、區(qū)分規(guī)則組塊和自由組塊,或采用兩類組塊的雙任務(wù)操作等。

此外,從研究方法角度,本研究可為今后的研究提供幾點借鑒。首先,本研究選用實物拍照的方式制作實驗材料,并在計算機實驗前進行實物演練,事實證明是有必要的。ASD群體本身存在記憶規(guī)則與流程方面的困難,加之年齡較小,在沒有實物輔助的情況下,ASD幼兒很難對計算機呈現(xiàn)的實驗過程進行抽象理解,有時甚至將兩個實驗試次的信息混為一談,練習時間也較長。實物演練使原本抽象的任務(wù)流程形象化,促進了幼兒對任務(wù)的理解,有效改善實驗效果。其次,具有時間連續(xù)性的實驗邏輯能夠簡化 ASD幼兒對任務(wù)的正確理解。一般情況下,空間工作記憶任務(wù)中,要求記憶的刺激和需要判斷的刺激以同樣的形式呈現(xiàn),例如首先呈現(xiàn)若干小球,要求被試記憶,再呈現(xiàn)一個小球,要求被試判斷“剛才”這個位置有無小球。然而,ASD者存在時間感知的異常,部分幼兒不能理解“剛才”的含義,常常僅從“現(xiàn)在”這個位置是否有小球來做出判斷。本研究采用“盒子里面藏有木塊”的邏輯,雖然需要記憶的刺激是木塊,要求判斷的刺激的小手,呈現(xiàn)形式不相同,但任務(wù)的邏輯在時間上連續(xù),幼兒只需判斷小手所指的盒子里“現(xiàn)在”是否有木塊即可,無需考慮“剛才”的問題,邏輯簡單而形象,只要是客體永存性發(fā)展完好的幼兒,都能較為容易地理解實驗任務(wù)。最后,本研究尚且存在一些不足。從實驗2結(jié)果所呈現(xiàn)的空間工作記憶容量來看,實驗1中,在低結(jié)構(gòu)化條件下要求被試記憶 4個刺激,不論對于 ASD幼兒還是健康幼兒,都有一定難度,因此記憶成績可能存在地板效應(yīng)。但如果減少刺激的數(shù)量,將難以劃分刺激的高/低結(jié)構(gòu)化水平。因此,今后的研究可以適當選擇年齡稍大的 ASD兒童,并進一步增加刺激數(shù)量,考察認知負荷增大時 ASD群體的組塊加工過程;也可在刺激數(shù)量較多時,控制刺激布局的明確程度,考察規(guī)則組塊和自由組塊條件下ASD個體迅速形成多個組塊的動機與加工速度。

5 結(jié)論

本研究得出結(jié)論如下：

(1)ASD幼兒在空間工作記憶中存在組塊加工缺陷。高結(jié)構(gòu)化刺激很少激發(fā) ASD幼兒形成高水平組塊,他們難以主動采取對刺激物整合加工的策略,對刺激結(jié)構(gòu)化的敏感性低。

(2)ASD幼兒空間工作記憶容量較小。ASD幼兒的組塊能力一定程度上影響了空間工作記憶容量。此外,記憶存儲器的異?？赡芤彩茿SD幼兒空間工作記憶容量不足的重要原因。

(3)ASD幼兒的注意控制和執(zhí)行功能缺陷影響空間工作記憶的加工,中央執(zhí)行系統(tǒng)異常是 ASD幼兒存在空間工作記憶缺陷的重要因素。

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