记忆心理学文献汇报

Distinct electrophysiological indices of maintenance in

auditory and visual short-term memory 阅读报告

1 研究背景及实验的提出

1.1短时记忆的记忆模型

短时记忆（STM）的研究是整个认知活动的研究中心。短时记忆这一概念，被反复定义、完善，而其中，对言语材料的短时记忆研究更是相当的透彻，言语材料是指有一定意义或规律的听觉资料，研究者使用不同的言语材料进行各种探究，对其原理及生理基础都有了较多理解。例如针对言语材料的短时记忆提出的Baddeley 工作记忆模型，该模型由中心执行器（centralexecutive）和情景缓冲区构成，前者包括负责空间和视觉信息的暂时存储的视空间模板（visuospatialsketchpad）和负责维持语言材料可记录的语音回路（phonologicalloop），后者负责多维解码的储存。用该模型分析非言语听觉材料的加工，如记忆一个音节，则认为会在语音回路中得到维持。

但是，有研究却发现言语和非言语的记忆过程是不一样的。确切的说，对词语、数字、音调、音品等声音的不同性质的加工是独立的。Deutsch（1970）发现听数字和听音调不存在相互干扰，也就是说不同类型材料的记忆加工结构可能是不同的。Williamson（2010）等人也发现类似的结果：言语材料与纯音调的记忆加工是分离的。因此，有必要对非言语的听觉记忆进行单独的研究，这是本研究所关注的一个重要方向。

此外，既然音调可能与言语有独立的模式，那么音品、响度会不会也有独立的模式呢？因此，Postle（2007）建议对Baddeley 工作记忆模型完善为一个多储存模式的模型。前额叶皮层（PFC）是与短时记忆有密切联系的脑区，Postle认为PFC的作用不是处理储存信息，PFC能使与刺激相关的先前记忆激活，从而使自上而下的加工取代自下而上的加工，通过这种机制PFC控制哪个系统模式在刺激过后能保持激活，例如，一个音调刺激就激活了音调刺激有关区域，使新刺激得到合适的记忆加工。

1.2视觉短时记忆

对视觉短时记忆（VSTM）的研究结果也支持了上述观点，Vogel和Machizawa(2004)发

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现对材料的记忆引起了后脑区域的脑电激活，而后脑区域是与PFC分离的，因此PFC可能没有处理储存信息的功能。另外，脑电刺激强度随着记忆负荷的增加而增加，当超过最大负荷时，负荷再高脑电激活也不再变强。Perron等(2009)进一步发现，当记忆材料的保持时间很短时，与记忆相关的脑电激活会更快的回到0值，这种脑电模式为SustainedPosteriorContralateralNegativity(SPCN)，它可作为短时记忆中视觉材料维持度（maintenance）的指标。 在视觉短时记忆的相关脑区研究上，Todd和Marois(2004)使用fMRI研究发现，顶内沟和枕内沟的激活与SPCN模式有联系；此外脑磁图（MEG）研究也发现双侧的后脑区域在视觉短时记忆中起作用。

1.3听觉短时记忆

那么，视觉短时记忆和听觉短时记忆又有什么差别呢？从上述探讨中发现它们可能有不同的调节结构。作者假设依赖不同结构的两种加工所产生的脑电模式也是不一样的。对听觉短时记忆的脑电研究还很少，而比较非言语听觉短时记忆在听觉和视觉之间区别的研究更少。本文旨在研究对音节顺序的短时记忆的维持，以及通过使用相似的实验设计比较听觉和视觉刺激呈现顺序记忆的脑电差异。

对于听觉短时记忆，本文是指对无意义的纯音节的呈现顺序的记忆，为了更好研究这种短时记忆的机制，作者希望使用ERP技术来测量，并把SustainedAnteriorNegativity(SAN)作为测量指标。

由于人们认为听觉短时记忆可用言语材料来研究，对它的神经生理研究较为单薄，排除言语或音韵干扰的研究就更少。Pratt等（1989）使用Sternbergtask分别对视觉、听觉和音符的记忆进行了研究，但由于实验任务和设计的局限，无法确定所测量的是否是短时记忆。在更多的前人研究中，把短时记忆从多种加工过程中分离成为了研究的一个难点。

Lang等（1992）采用了一种延时样本匹配任务的实验设计来避免这个问题，他们先让被试记忆一系列项目的出现顺序，在一定时间间隔后呈现第二组项目出现顺序，被试的任务是判断这两组顺序是否一致，以此确保反应不受刺激干扰及做出反应所带来的影响等，较好地记录了短时记忆。Lang的研究以听觉数字、视觉数字和音调作为材料，发现对数字的短时记忆听觉和视觉存在差别，此外也在前额叶电位，F3和F4，发现音调比数字在回忆初期有更强的负性电位。不过这个研究并没有把记忆的负荷作为研究的变量，不能排除知觉在实

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验过程的影响。

总的来说，受到方法上的限制，研究者没能准确的测量短时记忆。许多研究同时使用言语材料和音律材料，以区分高级的言语加工和音节加工。这些研究都试图解决短时记忆某一方面的问题，但对听觉短时记忆的基本机制还没有一个有力的说法。

1.4 实验的提出与假设

本研究的第一个实验希望把先前对听觉短时记忆研究所存在的问题最小化，为了确保能准确测量变量，研究设计遵循4个要点：

第一，测量两次记忆间的脑电活动，即记录延时间隔期间的脑电。作者这样做的原因很明显，在该段间隔内被试没有其他刺激的干扰，能最为准确的测量出其记忆维持过程的脑电活动。当然这样也不是没有问题，由于在该间隔中没有其他刺激，被试可能会产生一些与任务相关的事件的期待和猜测，这种思考会对脑电数据产生一种称为关联性负变（CNV）的影响。本实验通过增加记忆负荷这一变量来排除这种影响，使被试在延时间隔中只产生于记忆负荷有关的活动，而其他脑部活动保持不变。因此，本研究的第二个要点就是分离并记录与记忆负荷有关的脑区的电位。

第三个要点是本研究定义了记录个体记忆能力差异的指标。本研究假设听觉短时记忆有这样的机制：随着记忆负荷的增加，脑部激活也增加。因此我们作出预测，当记忆负荷增加时，大脑控制负荷的区域激活也增加，当负荷到达个人的最大值时，负荷再增加，激活的增加也会停止。也就是说，研究测量的脑激活与个体记忆负荷有关而不是感知觉的负荷量。进一步推测可知，低视觉短时记忆负荷的人大脑激活更快到达最高水平。为此作者根据记忆负荷下脑部激活的变化定义了个体听觉短时记忆能力的指标——k值。

第四个要点是本研究使用的刺激为非音律音调（non-musicaltones），与言语材料和音律材料不同，非音律音调更好的控制了言语加工过程，减少了其他加工的干扰。

这些原则第一次被用在听觉短时记忆的研究中。本实验流程简述如下：被试记忆负荷为2、4、6个非音律音节的来自双耳的刺激，在2秒的延时间隔后，同样的呈现2、4、6个非音律音节，被试需要判断两组音节顺序是否一致。此外，研究还使用一个控制任务，在此任务中要求被试忽略第一组刺激，只判断第二组最后两个音节高低顺序，也就是在延时间隔期

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间被试不需要进行记忆过程，刺激过程与材料与记忆任务一致。最后，记忆任务的结果会与控制任务进行比较。这个设计确保了在延时间隔期间被试记忆的是非言语信息，而且控制组是没有记忆负荷的，因此在任何与听觉短时记忆有关的激活都会在记忆任务中出现而在控制组中不存在。

本研究假设与短时记忆维持有关的脑电活动随着记忆负荷增加而增加。此外，作者通过测量任务判断的准确率来确定脑电激活和负荷量的相关改变，证明激活增加的程度能反映个人在记忆能力的差异（因为负荷达峰值，激活不再随负荷增加而增加）。

2 实验1

2.1方法 2.1.1 被试

39个被试参与了实验，其中一位的数据被删除了，因为他在实验之后受到了耳鸣的困扰。被试平均年龄为24.6岁（范围20~33）。在被试中，19位女性，20位男性。所有被试均报告自己有正常的听力并且没有神经方面的问题。 2.1.2 材料

刺激包括一种白噪音以及十四种没有音律的音色。我们定义“没有音律的音色”为一个纯粹的、与十二平均律不符的高音。这14种音色从380~1375Hz，它们的准确频率（380, 419, 463, 511, 564, 623, 688, 759, 838, 925, 1022, 1128, 1245, and 1375 Hz）是由开始时的频率还有每一个结束频率与2的七分之一次方相乘得到的。所以，在一个每个八度音阶都划分到七个相等的步调上的对数标尺上，这些音色之间的差异是相等的。所有声音都以16比特的分辨率、一个取样为44.1kHz以及持续期为100ms（包括10-ms的声音变化时间）的情况下呈现的。声音通过双声道65 dB SPL via etymotics ER-1耳机以及软塑料耳塞播放的。

2.1.3 设计与过程

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这个2 x 3的被是内设计有2个重复计量的因素：任务（记忆组vs.控制组）和负载（2，4，6）。在两个任务被遮挡时，负载变量随机在每个试验中变化。被试会面对一个单纯的部分，由600个试验组成，分散在十组，各60个试验中。 在每个任务中，当被试完成五个组（每个任务300次试验），其将会被记忆任务或者控制任务所替代。这个在第一个组的任务将会在被试之间抵消掉。在开始任务之前会有2组练习组供被试学习。

图1 不同负荷下的记忆任务

2.1.3.1. 记忆任务。（见图1）被试通过按压空格键来启动每个试验。在平均500ms的延迟之后（会有上下100ms的浮动），一个固定的十字呈现在显示屏中央。被试被要求持续注意在这个十字上，并且避免在剩余的试验中眨眼。这个固定的十字一直在屏幕中持续直到第二个序列结束500毫秒以后。第一个含有七个声音的序列会在固定的十字出现后的500毫秒时呈现。呈现在最后的2,4,6个声音是在5,3,1这3种白噪音填充音节后面出现的，提高了音阶的，各自随机的“没有音律的音节”。这些音阶在每个试验中是随机选取的，并且不会在一个独立的序列中重复出现。每个刺激间有100毫秒的间隔。被试会被告知他们需要忽略那些白噪音填充音节与记忆那些“没有音律的音节”。第一个声音序列是在一个2000毫秒安静的停滞后呈现的。在一段间隔过后，由与第一个声音序列具有相同数目的纯净音节组成的第二个声音序列会呈现，在这个声音序列中并没有白噪音填充音节。这能够保证不会鼓励被试去编码那些填充音节。示例实验在图一呈现。实验音节是相同的并且在一半的实验中都是在停滞间隔之前呈现的。在另一半实验中，两个临近的音节在实验组序列中会被反过来呈现。被试只能通过按一次或两次按键来指出两个序列是否一致。在刺激结束500毫秒之后，一个空的，白色的圆圈替代了固定的十字。这意味着被试现在可以进行反应并且随意地眨眼。被

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试会被请求在白色圆圈出现的300毫秒之内尽可能准确地去反应。其中一半的被试，他们代表“相同”的反应键是键盘上的C，代表“不同的“的反应时键盘上的M。

另外的一般被试则刚好相反。反馈会在反应后的500毫秒时给出。白色圆圈变成绿色则被试之前的反应正确，转成亮红色则为错误，如果转为深红色则是被试之前在300毫秒内无反应。反馈将在屏幕上一直呈现知道被试进入下一个试验。

2.1.3.2 控制组任务。在实验任务中，刺激序列的整体结构是与记忆任务中相同的。然而，被试会被告知，他们需要忽视第一个声音序列，并且指出第二声音序列中的最后一个音节的音高是高于还是低于倒数第二个音节。与实验组任务相反，两个刺激序列是独立的随机建立的序列，因此，测试序列将与最初的声音序列没有联系。于是，对于正确的反应，第一个声音序列将不会提供任何的指引，并且不存在任务之间的联系。一半的被试通过按C键来表示“更低”（音高降低），以及按键M来表示“更高”（音高升高）。另一半被试的按键相反。当一个被试在控制组任务中，低于70%的准确率时，他/她将在数据分析中被剔除。这个剔除标准的原因是，在记忆任务中，要求编码的声音刺激是一个特别的顺序。当两个刺激序列不同的时候，两个刺激序列的排列就会改变。因此，如果一个被试不能够在控制实验中音高排序的基础上，区分两个刺激的不同，至少是在这个实验的速度限制下无法做到，那么这个被试将不大可能成功地完成记忆任务。更重要的是，错误率不仅会影响个体主观上再记忆能力上的限制，更会影响到正确的数字。但错误的刺激排序会一直维持，添加一些不需要的变量进到我们的数据之中，表现为记录激活的振幅会高于在准确水平上能够预测到的。十三名被试因此被排除在更深地分析中，因为他们在控制任务中没有达到要求的水平。鉴于Semal and Demany (20 06) and Warren, Obusek , Farmer, and Warren(1969)发表的，在后面的实例会表现出来的：编码一个“紧接”刺激的序列是非常困难的。前者，将会决定连续的，紧接其后的刺激在音高上是上升或下降是非常苦难的（这也是被我们的实验证实了的）。实验者认为并不应该对这个排除率感到惊讶。 2.1.4. EEG的记录与分析

EEG信号是用BSAT系统记录的，取样频率为512Hz，但降低取样到256Hz以加快分析的速度。每个银/氯化银电极在64-电极上的位置按10-10系统来分布。表面的电极同样也放到了左右眼角，左右眼下以及左右乳突处。水平眼电图（HEOG），界定为两眼角电极之间的

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电压差，用来测定水平方向上的眼动。同时，垂直眼电图（VEOG）界定为左眼上下两端电压之间的差异，用来探测是否眨眼。这些信号用来在两个乳突之间离线地引用的。一个0.05-Hz，12-dB/octave—20-Hz, 24 dB/octave的带通滤波器用来离线那些信号并去除从慢的份额到高频噪音。一个5-Hz, 4 8-dB/octave的低通滤波器只用在HEOG和VEOG上，以使他们更好地令EOG加工整个过程。当HEOG信号变化大于35 m V超过200ms，或者VEOG信号上下浮动多余50mV超过150ms时，来自所有频道的信号会踢出到电极。当100微伏的变化被观察到出现超过50ms时，或者在500ms内变化大于200mV，数据会被剔除。一些被试在长实验中多次眨眼（超过5秒）。为了避免因为眨眼而剔除太多数据，独立组成分析（ICA）用在数据中以应对眼睛上的问题。与眼睛上的问题相关的组成部分是用这种方法来剔除的：用ICA来比较组成部分是否一致，以标记波幅然后通过验证位置上的组成部分来剔除。ICA呈现在带通滤波器的应用之后。误差的排除在ICA与反向转换之后，以保证ICA的过程成功完成。有两个被试ICA的过程失败了，因为有太多的其他误差。总的来说最后有23名被试的数据成功进行了分析。 2.2.结果 2.2.1行为数据

负荷条件2,4,6在记忆任务和控制任务中，平均正确率分别是98%，92%，82%和91%，88%，87%。2（任务类型：记忆VS控制）乘3（负荷条件：2,4或6）的重复测量方差分析结果显示，任务类型和负荷条件之间的交互作用显著，F(2,44)=32.91，MSE=0.01，p<0.0001。对这个交互作用的事后分析结果显示，负荷条件会影响记忆任务，F(2,44)=58.36，MSE=0.01，p<0.0001，但是负荷条件却对控制条件只有相对较小的影响，F(2,44)=6.98，MSE=0.01，p=0.0024。当最后两个目标声调在其他更多的声调之前，是相对较难集中注意力于最后两个目标声调，因而导致了这种在控制任务中显著的“负荷”效应。确实，有证据表明，当目标声调的呈现伴随这相似而不相关的声调时，命令的知觉将会受到干扰（如：Bregman&Rudnicky, 1975; Warren et al.,1969）。然而，更重要的是，我们的负载操控是有利于记忆任务的，而且在控制任务中能够保证被试在第二个序列中，而不是第一个。 2.2.2 EEG数据

数据根据试验已3600毫秒分割，每个分割都会在刺激呈现前200毫秒开始，第二声音

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序列开始后100毫秒结束。所以只有第一个声音序列会包含在分割里面。数据通过刺激呈现200到0毫秒的基线矫正。自由人工数据已经平均地在任务和负荷条件中分离。

为了具体了解荷载效应在整个头皮脑电分布，我们在每个电极以及每个任务产生的脑电图中，将负荷条件为6平均电压减去在负荷条件为2的平均电压（见图2）。记忆任务中，最强烈的与负荷相关的反应集中于中央额AFz电极区，而且这里在控制任务只存在最小且是非系统性的变异。我们的数据分析主要集中于对中央额AFz 区，以及周围的8个负荷变化引起脑电变化最大的电极区。

图2 实验1脑电结果（详细分析见上文）

图3实验1脑电结果（详细分析见下文）

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每种任务和负荷在AFz,Fp1,Fpz,Fp2,AF3,AF4,F1,Fz和F2联合的平均波形见（图3）。最初部分的波形表示的是第一个白噪音呈现时产生的感觉反应，在所有条件中，要么在更多的白噪音中产生更小的序列的反应，或者在纯音中产生更大的反应。例如，在负荷值为6的条件下的波形清晰显示在6声调陈述听觉区N1会长生额外的额中会电极。

可以从图2、图3中看出，在记忆任务中，增加的记忆负载会对额中会的电极产生更大的消极影响，而且在控制任务中会有一个更弱的反应。我们通过计算每个条件在900毫秒和1900毫秒之间的平均电极来量化记忆负载的反应。我们更多地关注所保留时间间隔的后面部分，以致于确保没有包含其他声音呈现产生的感官活动，而且我们也排除了最后100毫秒的时间间隔以减少预期对第二序列的影响。整个头皮的COI最邻近峰值的AFz平均振幅（见表2,表3）服从以负荷水平（2,4,6）和实验任务（记忆，控制）作为因素的重复测量方差分析。我们发现负荷和任务之间存在显著的交互作用，F(2，44)=3.37，MSE=7.98，P=0.043，而且在记忆任务中负荷水平反映出显著显著的效应，F(2，44)=4.90，MSE=6.30，P=0.012，但在控制条件中却不存在显著的效应F(2，44)=0.32，MSE=10.38，P=0.71。任务的主效应（也就是说记忆任务较控制任务较大的消极影响）也是显著的，F(1，22)=4.62，MSE=12.27，P=0.043，但是对于负荷条件而言却没有显著的效应，F(2，44)=0.84，MSE=8.71，P=0.42。总而言之，更大的负荷值只会增加记忆任务中额中回AFz的消极反应。为了证实这些模式并不只限于单一的电极AFz，我们也对AFz周围8个相关的电极做了分析，对波形的方差分析结果见表2和表3。对于这些波形而言，有着与AFz相似的效应，只是这8个邻近区域的振幅相对较低。对这8个区域的方差分析结果显示，负荷值于任务类型之间的交互作用显著，F(2，44)=2.94，MSE=5.73，P=0.064.任务类型也存在显著的效应，F(1，22)=4.72，MSE=8.62，P=0.041,而且记忆任务较控制任务有一个更加消极的影响。另外，也没有了其他的显著的效应，所有Fs<0.78，所有ps>0.45。总而言之，更大的负荷值只会增加记忆任务中额中回AFz的消极反应。

为了检验在记忆任务中发现的持续的消极反应和个体记忆容量之间的关系，我们将负荷变化产生的电压变化和ASTM能力行为测量指标两者做了一个相关分析。我们通过记忆容量指标K（见Cowan, 2001, adapted from Pashler, 1988）来计算每个被试的记忆能力。公式为K=S(H-F)，S代表刺激数，H代表击中比率，F代表错误警报比率，K的平均值见图4。重复测量方差分析结果显示，在负荷条件2（均值1.9）和6（3.75）之间，记忆能力会显著地增加，F(2，44)=60.80，P=0.0001.Tukey-A测试也证实了记忆能力在4（均值3.3）到

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6之间也会有显著的增加，P<0.05。这些结果以及前面展示的波形，说明了我们的实验不会超过被试的最大记忆容量。

图4 各记忆负荷下的K均值

图5电波变化和记忆能力之间关系散点图

个体最大的K值于负荷值6和2的平均振幅之间的差异相关。个体的记忆能力较差，就应该有更小的K值和负荷值6及2更小的电波变化，反之，个体的记忆能力更好，将会有更大电波变化。反映电波变化和记忆能力之间的关系的散点图见图5。因为我们预期结果是根据更大的记忆能力会增加消极性为方向，所以我们运用one-tailed p值。当记忆能力（K）增加，负荷6和2之间的电波差异会变得更加消极，在电波AFz上存在一个显著的负相关，r=-0.4，t(21)=-2.00，p=0.029，在Fp1, Fpz, Fp2, AF3, AFz, AF4, F1, Fz, and F2上也存在显著的负相关，r=-0.52，t(21)=-2.80，p=0.009。这些发现为我们观察到最小的ASTM

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反映持续负性ERP电波的结论提供了强有力的证据。 2.3 实验1讨论

实验1的目的是探究听觉短时记忆的神经活动模式。作者使用一个新的实验范式来准确地测量被试对非言语音节材料的短时记忆过程。通过记录任务中延时间隔期间的脑电活动来研究该过程的神经特性。

结果研究者发现了一个听觉短时记忆过程特有的脑电成分，在额中区域找到了一个称为SAN的成分。在一系列前文所提及的控制方法下，SAN能较好地反应了听觉短时记忆的特性，实验1结果表明，随着记忆负荷的增加，SAN的激活也随之增强。

另一个重要的发现是，SAN随着记忆负荷的改变与被试个体间的短时记忆能力差异有关。记忆能力差的被试（记忆任务准确率低）SAN激活模式也较低。例如一个记忆能力为4个负荷的被试，当负荷由2增加到4时，其SAN增加，但增加到6时SAN则不再增加。这个结果表明了SAN还可以反应个体听觉短时记忆能力的差异，进一步证明SAN是听觉短时记忆中一个重要的脑电活动指标。

3 实验2

一个有趣的地方是，在实验一的记忆任务中分布在头皮上的SAN被观察到其是不同于在低水平视觉表征滞留时所表现的（如颜色或线段的方向）。后部对侧持续负波（SPCN）在视觉实验中能够观察到，这证实了我们在前人实验中吸取的一些实验原理。（例如，Brisson&Jolic?ur, 20 08 ; Jolic?ur, Brisson,&Robitaille, 20 08; McCollough, Machizawa, & Vogel, 20 07; Prime &Jolic?ur, 2010）这些在头皮上分布的巨大差异说明了，潜在的神经机制是更加不同的。因此，两个记忆系统（ASTM以及VSTM）最少在一些产生机制上有特异性。

最近的研究在研究VSTM更多地对单侧电位如SPCN感兴趣，他们常常会报告仅仅分析了这种数据。因为对SPCN的这样关注的记过，有可能，非单侧并在额骨中心的负波会与负载增加有所联系。我们在图6呈现了，我们之前发表的，从VSTM实验中得到的头皮上的电势的结果（Perron et al，2009）。这个电势地图表明最低记忆负载（2颜色）的平均电压减去最高记忆负载（3颜色）的电压，并没有关于刺激的视觉区域用以编码方面的信息。尽

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管Perron et al，（2009）发现，SPCN随着装置大小的增加而增加，在原本的文章中，我们可以看到，腹侧持续负波是不会随着装置大小变化而变化的。这些结果说明了，实验1中观测到的SAN可能反应的神经产生机制是与ASTM相关的，而不是其他。在Perron et al的实验中，他们提高了记忆任务的难度但是没有发现SAN。Perron et al的再一次分析发现，VSTM和ASTM是由不同机制引起的（图6）

图6 负荷3与负荷2区别的脑拓扑图

所以，在我们的ASTM任务与经典的VSTM任务中的重要差异，如Perron et al用过的，可以解释这些结果之间的差异。大部分VSTM任务刺激呈现地非常突然而独立，但我们的ASTM任务中，刺激的呈现是连续的。这可能是构成我们标记了刺激的活动持续列表或刺激序列，而忽略它们原本的形式；以及刺激能够完成的以不同的类别记忆的原因。如果是这个原因，那么一个类似的任务，通过不同的形式使用连续的刺激，也会得到相似的结果。

想要去测试这个可能性，我们创造了一个等价于实验1的连续性的VSTM任务。通过颜色表格作为刺激而不是用音节。在其他的VSTM任务中，目标刺激是在旁边呈现的，因为我们想要去测定SPCN的构成。据我们所知，SPCN未曾在连续的刺激中被观察到过。因此，我们会测定SPCN在VSTM任务中滞留间隔阶段的数据并同样测试额骨中心区域以核实我们是够真的在视觉任务中观察到了SPCN这个任务与实验1流程基本一样，对于很多问题，这会提供一个令人满意的答案。如果我们发现这个任务过于困难，可以改变刺激的形式而不影响到脑波探测。最终，如果我们能找到一个序列刺激的维持列表，那么我们应该也可以观察到类

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似与实验1的结果。即视觉刺激在这实验中也是连续地呈现的。 3.1方法 3.1.1 被试

35名大学生参与了实验。21名位女性，14名男性。其中25人为右利手。他们的平均年龄是21.53岁。最年轻的19岁，最老的28岁。都拥有正常或矫正后正常的视力。 3.1.2 刺激

实验用的刺激包括颜色图表，与被试的座位呈2.1度视角倾斜并离57厘米远。刺激颜色是六种不同的颜色，分别为，粉红，亮绿，亮蓝，深绿，淡紫还有轻灰。并且大致上亮度相同。空白的灰色图表用来作为填充，与实验1中的白噪音充当相同的角色。 3.1.3 设计与程序

实验包括2个因素：负载（0,2,4）还有目标位置（左或右）。在每60个试验为一组的十组实验中，两个因素都是随机变化的。在进行实验之前会有24个试验让被试进行联系。被试通过按压空格键来进行反应。上一个试验的反馈会被一个箭头所替代。这个箭头，将在屏幕中央呈现300毫秒，指明最近的刺激是呈现在左侧或右侧。这个箭头很立刻被一个固定的十字所取代。大约300毫秒（有100ms的波动）之后，两个含有5个刺激的序列会同时呈现在固定十字的左右两侧。其中一个序列是目标序列，这取决于之前呈现的箭头所指的方向，如Fig.7所示。另一个就是诱导序列用以平衡整个视觉表现，以此来使刺激左右两侧平衡。两个序列中，在一个100ms的黑屏之后，每个刺激都会呈现300ms，除了一个固定的点，这个点在整个序列呈现的过程中是一直存在的。第一个序列往往回事灰色的圆环。在负载4的情况下，这个圆环会跟着4个上了色的表格。在负载2的情况下，这个圆环会跟着2个其他圆环，然后再跟着两个上了色的表格。最后在负载为0的情况下，所有5个刺激都是灰色的圆环。表格的颜色在诱导序列中是随机选择并且独立于目标序列中的颜色的。这些连续的序列出现在屏幕上固定十字呈现后将出现的2000ms的滞留间隔之后。然后，第二套两个连续的序列将会被呈现，两者都出现在第一套两个序列出现的位置。这时，序列并不带有圆环。在目标序列那一边，是与第一套时目标序列一致的颜色，或者刚好顺序调转的颜色。当5个圆环都呈现时（负载为0），间隔之后，一个独立的带有颜色的表格会出现在两侧（见图7）。

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图7 实验2基本流程

被试的任务是指出第二个序列的目标序列与第一个序列中的目标序列是否一致。由于没有颜色的表格呈现在负载为0的情况下，并且第二个序列往往包含一个上了颜色的表格，所以在负载为0的情况下正确的回答常常应该是“不一致”。简而言之，任务的结构与听觉任务相似，不过刺激是视觉的，颜色变化替代了音高变化，与实验1相比，在相似的负载中刺激呈现的时间更长。使用了一个更长的刺激呈现持续时间，因为预实验表示如果是用一个较短的呈现时间，任务对于大部分被试来说太难了。预实验同样也告诉了我们负载的最大值应该设置为4而不是6，用以达到与实验一中最大负载的准确度相似的结果。 3.2 结果 3.2.1行为数据

为了呈现实验2与实验1的区别，我们首先关注实验2的准确度。从load2的平均准确度87%降到load4的72%，可以看出这一个任务被证明是普遍有难度的。在load0的时候准确率几乎完美（99%），原因是这一阶段没有特殊的视觉记忆任务。Load2和4准确率的配对T检验，确认了load2的准确率显著高与load4的时候，t（22）-9.36，p<0.0001。 3.2.2 电生理学数据

数据用4200ms为间隔分段，从前2100ms开始到记忆间隔（记忆间隔的开始为时间0

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点），然后到下一刺激出现后100ms结束，在记忆间隔的2100ms后。每一个实验都以刺激出现前的200ms间隔为基线矫正。在图8中，我们展示了每一个load中AFz的脑波。AFz的活动与实验1中我们所看到的十分不同：在这里，我们观察到了正性成分而非负波。重要的是，这一脑活动并没有随记忆负荷改变而改变，这与实验1所发现的不同。在图8中，左侧的脑地形图可以看到，负荷2的平均电压与负荷4的平均电压，表明了没有呈现出与负荷相关的电压变化。这一结果确认了在Perron et al.（2009）中重新分析的数据（图6）。为了确认我们所观察到的，我们对前方中央的9个电极，与负荷（load0，2和4）这一因素在900ms到1900ms这一区间的平均数据，进行了方差分析。正如期望一样，在图8中可以看到的是，负荷上没有效应，F(2, 44)-0.51, MSE-3.74, p-0.620。仅在实验1中出现峰值的AFz这一电极上，做同样的方差分析，没有惊喜地，负荷因素上也没有效应F(2, 44)-0.58, p-0.563。

图8 实验2各负荷中AFz的脑波

然而，在一个STM实验中，持续序列的视觉刺激是否可以像同时呈现视觉刺激时一样，在记忆间隔中产生SPCN呢？为了探讨这一问题，我们通过平均测量身体同侧的编码刺激的电位（回忆目标的编码是双侧呈现的，然而，被试被要求只能从某一侧或另一侧编码刺激），然后再从对侧位置的编码刺激电位中减去他们。我们展示了一幅图地形图9呈现了负荷2—负荷4在记忆间隔结束时（900-19000ms）的差值。因为，SPCN的检测呈现了一幅半测的图像，通过测量我们得出了镜像的玩真的图。同样的，因为SPCN是从后测观察到的，我们关注的是头后部的地图。

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图9 负荷2与负荷4的脑电差异

这一幅图在电极po7/po8上展现了一个更大的对侧负波，表明SPCN随着负荷增强。在图9的右侧，我们展示了负荷0，2和4的SPCN在PO7/PO8上的脑波。这一SPCN大约在刺激出现后400ms开始，好不惊奇的，这时被试最有可能在开始维持他们编码了的物体。这仅仅在负荷4的时候符合，在负荷2的时候知产生了一个非常小的SPCN。这一结果与实验1中观察到的SAN相类似，在两个音调中只产生了非常小的SAN成分。在记忆间隔期间，SPCN保持稳定。我们用SPCN的值(对侧减去同侧)，在记忆间隔开始后的900到1900ms之间取平均值，在每一记忆负荷，PO7/PO8上，采取重复测量方差检验。这一方差检验，展示了一个负荷的显著效应，F(2, 44)-3.33, MSE-4.03, p-0.04,表明了SPCN随着记忆负载增加。为了进一步确认这一增加与记忆物数量有关，我们检验了是否在个体记忆容量（K‘）与SPCN在负荷4与2上的区别有关。这一关联显著的，r-0.46, t(21)-2.37, p-0.014,一个测验，展示了可以记住更多物体的被试比起其他的被试拥有增加更大的SPCN增幅。 3.3实验2讨论

研究发现，额中电极记录点的负波没有随着记忆负荷的增加而增加，也就是说实验2并没有发现SAN。不过，SPCN成分与视觉短时记忆的负荷量则存在联系，这与前人使用同时刺激呈现的结果是一致的，也就表明了顺序呈现并没有影响被试的表现。

从结果看来，视觉材料和听觉材料在短时记忆里依赖于不同的记忆机制，即他们的神经机制有所区别。

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4 讨论

本研究发现了听觉短时顺序记忆的神经生理关联的证据，并把听觉短时记忆与视觉短时记忆的模式区分开来。在实验1中，我们发现前额叶的电信号随着听觉短时记忆负荷的提高而增加，而且这种增加可以反映被试的记忆能力。在实验2中，我们发现在视觉顺序记忆的维持中并没有出现SAN模式，而是产生了一个依赖于负荷量的SPCN模式。与使用相同的视觉材料的先前研究发现类似，随着记忆负荷增加而增加的SPCN振幅与被试能回忆的刺激数相关联，有力地证明了SPCN与视觉短时记忆的项目维持有关。

本研究的发现为支持了感觉刺激的短时记忆是分离的这一观点。研究者发现额中头皮电极记录点的激活与额叶和颞叶激活一致，间接表明在知觉和记忆相同的记忆材料时，两个过程都发生在相同的区域上；另外，视觉材料和听觉材料记忆维持有不同的脑电模式，直接证明了视觉短时记忆和听觉短时记忆依赖不同的生理结构。在实验1中发现在听觉短时记忆维持中额中电极记录的脑电激活与前人等使用MEG和fMRI所发现的脑区相符，如Grimault等使用与实验1相似的范式来研究听觉短时记忆，结果同样发现SAN与其密切相关，同时他们在额叶和颞叶皮层找到与个体记忆能力相关的脑区。尽管除这些外很少有其他研究有类似的结果，但这些研究更好地遵循了本研究的一些要点，从而更能说明听觉短时记忆的相关特性。

结合实验1和实验2的结果，可以排除或解释实验设计所带来的一些问题。首先作者证明了SAN不是因为刺激时顺序呈现造成的，它的出现与刺激呈现模式无关。尽管前人的研究使用的多为刺激同时呈现的模式，SAN的出现有可能是呈现模式造成的，但在呈现模式相同的实验2中作者在视觉短时记忆中并没有发现SAN，而是出现与记忆负荷相关的SPCN，这就表明SAN的出现并不是由于呈现模式造成的，Guimond等（2011）使用类似的听觉短时记忆任务也发现了SAN，进一步证明了SAN更可能是听觉短时记忆原有的特性。

其次两个实验的结果排除了额中电激活是由任务难度提高引起这一可能，进一步表明该激活反映了音节信息保持机制的运作。尽管在实验1、2中判断准确率随着负荷增加而下降，但在实验2中也并没有出现SAN。在实验1中被试记忆能力越强SAN的振幅增加越大，说明了实验的结果与任务的难度无关。

其次，实验2表明了SAN与中心执行器并不存在明显的关系。中心执行器对各种模式的

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刺激均应存在反应，而SAN在实验1中出现而在实验2中未被发现，表明SAN不是中心执行器产生的。

最后，作者重点讨论了在听觉短时记忆中出现的SAN是否由一种关联性负变（CNV）伪装成的。事实上，SAN与CNV有很大的区别。首先，CNV大多时候是负向的电波，发生在反应时实验中提示刺激和任务刺激间，而SAN是在延时间隔出现的正向波。此外，随着负荷的增加，SAN的负波会增加，相反CNV的负波会随负荷增加而降低。另外，有研究表明CNV的出现与速度压力有关，而本研究要求被试尽可能准确地判断，并没有时间限制，因此有理由相信此实验不产生CNV。

CNV的产生与间隔过程中被试的对后面刺激的期待有关，因此，如果CNV在实验1中存在，那么负荷较少的控制任务应比负荷较多的记忆任务产生更多的激活。实验1并没有类似的结果，相反，控制任务产生的激活要比记忆任务的少，进一步证明没有CNV的出现。

最后，我们有理由认为实验1和实验2在间隔过程是相似的，也就是说如果存在CNV，它应该在两个实验中都出现，然而结果表明在实验2中不存在CNV，因此，SAN确实是一个能准确反映听觉短时记忆的重要指标。

5 总结

总的来说，本研究使用了较为可能的方法作为控制来探究听觉短时记忆，并发现了该过程中一个新的可作为声音刺激保持指标的脑电成分——SAN。SAN振幅随着记忆负荷增加而增加。同时SAN可以反映被试记忆能力的个体差异，能力越强，激活的程度越大。类似于第一个实验，本研究使用视觉材料进行了类似的实验，得到了与前人研究较为吻合的结果，即视觉短时记忆与SPCN成分有关，随着负荷的增加，SPCN也增强。更重要的是，作者发现视觉短时记忆没有出现SAN，从而证明SAN是一个专门负责听觉短时记忆的保持的指标。研究者希望SAN这个成分的发现能为后续对听觉短时记忆的研究有所启发。

虽然对于短时记忆的研究，已经有了大量的成果。正如文章中所述，短时记忆这一概念，被反复地定义与完善。然而，本文另辟蹊径，利用非言语材料对短时记忆进行研究。事实上是，非言语和言语的记忆过程是不同的，因此本文对非言语的听觉记忆进行研究。从另一个方面看，这也是本研究的一个明智之处，从材料上来说，语言材料由于有言语上词义等干扰，

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使得无关的因素更多。本研究中，我们也看到作者为了使听觉的短时记忆的研究存在的问题减少在方法上有了更多的改进。记录延时间隔期间的脑电，有利与更加准确地测量记忆维持过程的脑电活动。另外，作者分离并且记录了与记忆负荷有关的脑区电位。随着记忆负荷的增加，脑部激活也加强。作者根据记忆负荷下，脑部激活的变化，定义了个体听觉短时记忆能力的指标（K值）。

在我们进行心理学研究与探索的时候，需要探讨前人的研究，很多时候我们都会发现，每个方向上的研究都不少，仿佛难以找为自己的研究找到一方立足之地。然而，本研究给我们指明了一个方向。我们可以从实验材料的选择上，已经研究方法的提升上对某一领域的研究进行深入。

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