时间性前瞻记忆的理论模型及神经机制*

尹 杰，黄 希 庭

(西南大学 心理学部，教育部认知与人格重点实验室，重庆市 400715)



时间性前瞻记忆的理论模型及神经机制*

尹 杰，黄 希 庭

(西南大学 心理学部，教育部认知与人格重点实验室，重庆市 400715)

时间性前瞻记忆与事件性前瞻记忆在任务执行时间的可预测性、对注意资源的依赖性上有较大差异。解释时间性前瞻记忆的理论模型主要有测试-等待-测试-退出模型、注意阀门模型、动态注意模型，这些理论都强调注意对正确执行任务的重要性。参与时间性前瞻记忆加工的脑区主要有前额叶、颞叶、丘脑等，其中，前额叶在整个前瞻记忆加工过程中都发挥作用。未来研究应考虑将行为和神经机制研究结合起来，以探讨时间性前瞻记忆的加工机制。

时间性前瞻记忆；注意资源；理论模型；神经机制

一、时间性前瞻记忆与事件性前瞻记忆的异同

前瞻记忆(prospective memory, PM)是一种主动记起未来要执行某一种行为的能力[1]。日常生活中，前瞻记忆的例子很多，如记住给朋友送笔记本，记住每两个小时吃一次药，做饭后记住关掉火，等等。前瞻记忆包括两个成分，一是回溯性成分(retrospective component)，即记住将要进行的活动，以及在什么时候进行活动；另一个是前瞻性成分(prospective component)，即记住在适当的时间，去执行这项活动[2]。Einstein和McDaniel[2]指出，前瞻记忆的成功提取有赖于两种成分共同执行，两者缺一不可。他们根据从事活动的线索特点，把前瞻记忆区分为“基于事件的前瞻记忆”(event-based PM)和“基于时间的前瞻记忆”(time-based PM)。前者是指在一些特定外部事件发生时去执行一个行动(例如，记得见到某人时给他捎个消息)；后者是指在一个特定的时间(例如，下午三点去上课)或在一段时间后去执行一个行动(例如，10分钟后给家人打个电话)。两种类型的前瞻记忆在生活中都很常见，但是，相对于事件性前瞻记忆来说，研究者对时间性前瞻记忆的探索开始得较晚。目前争论和研究的焦点主要集中在两种前瞻记忆的差异上。而要深入探讨时间性前瞻记忆的独特性，就必须区分它与事件性前瞻记忆的异同。

(一)相同点

早年研究者在研究前瞻记忆时，经常将这两种类型的记忆混在一起，统称前瞻记忆。当然，无论是时间性前瞻记忆，还是事件性前瞻记忆，都属于前瞻记忆，它们确实存在很多相同之处。归纳这两种前瞻记忆的实验研究结果，主要有以下几个相同点[3]：首先，都有一个意向或多个意向需要去执行。其次，意向形成之后不能被立即执行，存在延迟时间，即形成意向到意向执行之间有一定的时间间隔。在这段延迟时间中填充着背景任务(ongoing task)。背景任务的执行抑制了意向在延迟时间中的保持，这是因为这个任务需要竞争认知资源(如注意)，或者是延迟时间太长。这一特征使前瞻记忆区别于工作记忆以及警戒任务范式。再次，意向行为是在一个特定情境下执行的，这称之为“提取背景”。在事件性前瞻记忆任务中，提取背景以线索为标志。在时间性前瞻记忆任务中，提取背景是一个特定的时间点，或者是在一个特定时间段之后。最后，意向行为的执行是自我启动的，被试必须自己识别出前瞻线索或者提取背景。

(二)不同点

1.任务执行时间的可预测性

上述这两种类型的前瞻记忆明显的外部差异是，事件性前瞻记忆任务有外部线索(cue)，时间性前瞻记忆任务没有外部线索呈现。但是时间性前瞻记忆可以提供给被试明确的时间信息，例如让某人今天上午10点打个电话，或者半小时后发个邮件，这里的今天上午10点或者半小时后都是非常明确的时间，个体在这段时间间隔中可以随时对时间进行监控，且知道离执行任务还有多久。但是事件性前瞻记忆任务，如当你下次碰到某个同学时把书给他，我们不知道在何时何地能遇到这个同学，因而这个时间就具有不可预测性。

当然，如果对这个同学的生活习惯很熟悉，我们知道会在何时何地遇见他，那么就可以大致地预测时间。因此，有研究者认为这两种类型的前瞻记忆的核心差异并非在于提取线索是否具有可预测性，而可能在于人们所使用的监控线索的尺度(dimension)，例如，时间，以及对习惯或者空间位置的记忆[4]。对靶线索的接近程度进行评估时，使用尺度的相对显著性，每一尺度提供信息的可靠性，或者对每一个尺度的熟悉性都影响到两类前瞻记忆的差异。但尽管如此，对事件性前瞻记忆中线索出现的时间的预测仍不如时间性前瞻记忆那么准确。

2.对注意资源的依赖性

在执行时间性前瞻记忆任务时，由于没有明显的外部线索提示，因而需要更多自我启动去记住先前的意向；而事件性前瞻记忆受到线索诱发，不需要很多自我启动。所以，与事件性前瞻记忆相比，完成时间性前瞻记忆任务需要更多地依赖于个体的注意资源。有关时间性和事件性前瞻记忆的研究结果都发现了这点：(1)表现在年龄上。Park等人[5]在研究年龄对时间性和事件性前瞻记忆的影响时，发现年龄效应主要出现在时间性前瞻记忆任务上，而非事件性前瞻记忆任务。老年被试比青年被试会做出更多的时间监控错误。老年人的各种认知功能逐渐减退，涉及注意资源分配的加工呈下降趋势[6]，更难以自我启动，因此时间性前瞻记忆任务成绩差。(2)表现在任务重要性上。Kliegel等人的研究发现[7]，操纵任务的重要性对时间性前瞻记忆任务有影响，而对事件性前瞻记忆任务没有影响。具体地，在时间性前瞻记忆任务中，被试在高重要性任务的表现显著优于低重要性任务。根据重要性的不同，被试需要策略地分配注意资源。高重要性任务被分配了较多的注意资源，因而成绩较好。(3)体现在认知损伤的研究结果上。Zinke等人[8]研究发现，多动症儿童很难集中注意力，他们的时间性前瞻记忆任务的准确性显著差于控制组儿童。Heffernan和O’Neill[9]研究发现酗酒者的时间性前瞻记忆功能减弱，而事件性前瞻记忆不受影响。酗酒者的执行功能降低，而执行功能受损对时间性前瞻记忆的影响更大。(4)通过增加对时间性前瞻记忆的注意分配，可以提高其任务表现水平。Naster等人[10]研究发现，压力情境下被试的时间性前瞻记忆成绩优于控制组，而事件性前瞻记忆没有这种效应。他们认为压力增强了皮质醇水平，而皮质醇能够让被试保持警觉状态，即有更多的注意资源参与。时间性前瞻记忆受注意资源的影响，因此其成绩提高。类似的研究还有，电子烟的尼古丁能够提高戒断期吸烟者的时间性前瞻记忆表现，但事件性前瞻记忆任务不受影响[11]。尼古丁促进个体策略地分配注意资源，使得被试在时间性前瞻记忆任务中注意增强。

这些研究提示，认知功能不足或衰退，抑或认知资源无法合理分配将导致时间性前瞻记忆的失败，而当能够分配更多的认知资源时，时间性前瞻记忆成绩提高。这就从一正一反两个方面说明注意资源对实验室中时间性前瞻记忆的重要性。

然而，事实上，时间性前瞻记忆和事件性前瞻记忆的差异在日常生活中往往难以截然区分开，我们可能会将一种类型的任务转化为另一种。任务转化的质性研究证据来自于人们在执行不同的前瞻任务时所使用的策略[12]。当被试执行一个典型的时间性前瞻任务时，例如周三下午四点约见牙医，让他描述所使用的策略，被试倾向于将前瞻任务与其他的活动或者安排的事情相联系(如下午上完前两节课后，立即就去)，在日常生活中这种情况尤为常见。如此一来，在一定程度上，两种任务名义上的差异就消失了。

二、时间性前瞻记忆的理论模型

在研究前瞻记忆的历史中，研究者曾提出过一些理论模型用来解释事件性前瞻记忆任务执行过程中的认知资源分配和记忆线索的编码与提取特点，主要有注意-搜索模型[13]，自动激活模型[14]，双重加工模型[15]，三重加工模型[16]，多项加工树模型[17]。然而，这些理论模型并不适合解释时间性前瞻记忆。因为事件性前瞻记忆总是会出现一定的目标事件或线索，而时间性前瞻记忆只有时间信息，而且需要个体自我启动。那么个体是如何加工时间性前瞻记忆的时间信息，从而能在合适的时间执行意向行为呢？

(一)测试-等待-测试-退出模型

Harris和Wilkins[18]提出测试-等待-测试-退出模型(test-wait-test-exit,TWTE)。该模型认为，在时间性前瞻记忆中，被试先对未来要执行的任务进行编码，然后等待一段时间，直到似乎应该检测记忆时查看时钟(test)。如果发现时间没有到，则继续等待(wait)。这个检测-等待的循环持续进行，直到目标时间出现为止，然后做出目标反应，循环结束(exit)。从模型中可以看出，时间性前瞻记忆的成功执行依赖于在合适时段对时间进行监控。在他们的实验中发现，当目标时间接近时，查看时钟的频率逐渐上升，且与反应准确性相关。此外也有一些研究支持这一加工机制的理论假设[13，19-20]。但是Harris和Wilkins的实验中也发现，即使被试忘了之前的行为意向，他们也常常会在邻近目标时间时查看时钟。那么这一理论便无法解释这一行为。正如他们所认为的那样，这个模型在很大程度上是描述性的。对基本的问题，如“如何使人们在缺乏线索的情况下意识到时间，或者说使人们想起和时间有关的意向？每次监测又是如何决定这个时间是否是恰当的反应时间”等，则无法解释。

(二)注意阀门模型

注意阀门模型(attentional-gate model, AGM)最早是由Block和Zakay[21]提出的，用来解释时间估计，后来被用来解释时间性前瞻记忆的加工过程[22]。该理论主要包括一个不断发射信号的节拍器(pacemaker)、注意阀门(attentional gate)、一个开关(switch)、一个计数器(accumulator)以及一个决策过程(decision-making process)。该模型认为，节拍器以相对稳定的频率不断地发射出信号，随后这些信号需要经过注意阀门。这个注意阀门由决定着个体资源分配策略的执行功能进行控制。分给时间任务的资源越多，那么这个阀门打开就越大，允许通过的信号就会越多。当某一情形需要对目标时间间隔进行监控时，开关打开，允许信号通过注意阀门而进入计数器；当某一情形意味着监控阶段结束时，开关就会关闭以阻止更多的信号进入。计数器中所储存的信号的数量代表着间隔的持续时间。所存储的信号的数量随后被转化为工作记忆的一个成分。此时，存储在长时记忆中的对于目标时间间隔的表征也会编码成参照记忆，并不断地与进入计数器的信号做认知比较。如果时间间隔匹配，则上述过程结束，个体从长时记忆中提取出预定的行为表征，并做出反应。如果时间不匹配，上述过程继续重复。

注意阀门模型是从标量计时模型(scalar-timing model)演化而来的，模型中添加了“注意阀门”这一成分，他们认为注意控制是灵长类动物所独有的，例如与注意的执行控制密切相关的前扣带回，在早期哺乳动物大脑中并没有那么发达。因此注意阀门模型被用来解释人的注意资源分配对前瞻计时的影响。该模型的优点是它能够提供对前瞻时间判断的连贯性解释，能够从中枢神经系统的角度，以一种简洁且合理的方式定义时间信息加工，并得到了一些实验结果的支持[23-24]。该模型体现了在没有外界线索的情况下，中枢系统对时间加工的灵活性及有效性，但是注意阀门只能看作是一个概念构想，尚需许多研究，尤其是脑机制的研究加以证实。

(三)动态注意理论

动态注意理论(dynamic attending theory, DAT)由Jones[25]提出。在预期式时间判断任务中，该理论通过强调注意的同步性在响应事件时的角色来解释人们是如何判断时间的。为了对比判断，DAT模型假设注意及在注意中所伴随的同步性与任务相关的时间标准相互关联。对任务相关的时距的期望符合程度决定了时间判断。时间期望依赖于任务和事件的时间结构。直觉上，如果某件事比预期来得早，其相关的时间间隔就被知觉为很短。对比较时距的时间期待是基于标准时距所提供的时间水平(time level)。因此，当人们被告知需要判断填满事件的标准时距的总长度时，相关的时距是这个事件的高阶(higher-order)时距。在需要判断比较时距和标准时距的关系时，他们的表现将依赖于由比较时距的结束时间与预期的标准时距的结束时间的关系。换句话说，期望时距的结束时间与比较时距的结束时间之间具有一定差异，而这种差异导致的非同步性系统地影响到对比较时距的判断：如果比较时距比期望时距结束得晚，那么它将被判断为比标准时距长；而如果比期望时距结束得早，就被判断为比标准时距短。

动态注意理论中，一段时间的内部表征是一个周期性的振动，个体需要对一系列的时间间隔进行应答。在实时距的时间判断任务中，对事件结构的仔细分析将起到重要作用，Boltz[26-27]的实验证实了这一点，他发现对节奏感连贯的事件的时间估计与节奏感不连贯的事件显著有差异。而在空时距的时间判断任务中，个体将依赖于由先前呈现的背景节律所引发的期望以及对单个时距的分析性注意。当标准时距与先前的背景节律不匹配时，即与期望相违背，则个体很难判断其时距[28-29]。将时间期望引入时间判断理论中来解释人们如何加工时间性前瞻记忆，是一个创新之处。相比之前的信号累加模型，似乎更加体现了个体的主观能动性。

上述时间性前瞻记忆的理论模型都强调了对时间的监控，以及注意在时间任务中所发挥的作用。TWTE模型描述了执行前瞻任务时的过程，但相对机械化。注意阀门理论说明注意资源的合理分配是执行前瞻计时的必要条件，体现了中枢系统的灵活性。动态注意理论则更精确的解释了个体是如何应答时间的，如何进行时间比较，比前两个理论更有优势。

三、时间性前瞻记忆的神经机制

研究时间性前瞻记忆的加工机制，不仅要从行为、认知的层面上，而且要从脑区、神经网络的层面来探讨并验证。近年来，不少研究者从脑影像学、脑损伤和电生理学的角度对时间性前瞻记忆的神经机制进行探索。

(一)脑影像学研究证据

功能磁共振成像(fMRI)和正电子断层扫描影像(PET)是研究时间性前瞻记忆脑机制的常用技术。认知心理学和神经心理学的研究表明，前额叶皮质(prefrontal cortex, PFC)参与人的高级认知功能，在前瞻记忆的监控过程中起着重要作用。时间性前瞻记忆需要自我启动，依赖于更高水平的执行功能，因此需要PFC的参与。前人研究发现加工延迟意向和对计划行为的时间组织都涉及前额叶前部(aPFC)[30-35]。PFC被视为长时计划和意向行为的轨迹，一方面因为前额叶神经元能够在经历较长时距之后维持表征，抑制任务反应[36-38]。另一方面，动物和人类的前额叶功能研究显示，前额叶支持对行动的暂时性延迟的控制[39-40]。神经影像的研究发现前额叶参与事件性前瞻记忆任务[41-44]，同时也参与时间性前瞻记忆任务[45]。Burgess, Scott和Frith[3]使用PET研究发现，在前瞻记忆延迟阶段对意向的抑制可能依赖于内侧额叶后部(pMFC)，而维持和执行的调整过程更多依赖于前额叶的外侧(LPFC)。

前额叶的激活模式能够揭示我们当前的意向，但是目前有两个问题尚未解决。第一，当我们忙于做其他任务(背景任务)时，PFC是如何编码有关未来任务信息的；第二，PFC如何使我们在目标时间能够着手来执行意向任务。基于这一原因，Momennejad和Haynes[46]使用fMRI技术来研究时间性前瞻记忆，以探索当延迟间隔被任务占据时，大脑是如何存储和提取未来意向的。他们发现，与前瞻意向维持阶段的任务相关(what)的脑区主要为背内侧前额叶(dorsomedial PFC)，其他区域还有右侧尾状核，左侧BA6区，内侧前额叶(包括BA9和前辅助运动区)；与前瞻意向提取阶段的任务相关(what)的脑区主要为腹外侧前额叶前部(ventrolateral aPFC)，左侧前额叶前部区域(BA10和BA46区)和右侧额下回三角区域(BA45的大部分区域和BA46的部分区域)，其他区域还包括左侧颞下回和左侧额部BA6区；编码前瞻意向维持阶段的延迟时间段(when)信息的脑区为前扣带回(ACC)，后侧海马旁回(PPC)，双侧前额叶前部(aPFC)，右侧背外侧前额叶(DLPFC)，辅助运动区(SMA)，和小脑；编码提取阶段的时间信息(when)的脑区为背内侧前额叶前部(aPFC)，楔前叶，右侧腹外侧前额叶和额下回三角区。此研究首次探讨了外侧和内侧喙部前额叶(rostral prefrontal cortex)在前瞻记忆维持和提取过程中的计算作用(computational role)。Burgess, Gonen-Yaacovi和Volle[47]总结了前瞻记忆的功能影像研究，认为内侧喙部前额叶的一些区域在仅有背景任务时激活增强，而外侧喙部前额叶主要涉及有延迟意向的任务加工。但是并不清楚这两个区域到底涉及的是哪个阶段的时间信息或是任务信息。Momennejad和Haynes的研究表明内侧喙部前额叶参与到意向维持阶段的任务信息表征。这似乎证实了内侧喙部前额叶涉及“刺激导向的注意”(stimulus-oriented attending)[48]，即任务信息。而腹外侧前额叶前部涉及意向任务的提取，即任务信息；背外侧前额叶涉及对延迟的持续时间的加工，即时间信息。可见，这些区域并非单纯特定于某一阶段的某种任务。但是，喙部前额叶在时间性前瞻记忆加工中的作用是无可争辩的。更加精确地定位内侧和外侧喙部前额叶的功能角色在时间性前瞻记忆中的作用需要未来更系统的实验设计和更加完善的技术方法。

既然时间性前瞻记忆与事件性前瞻记忆任务具有行为上的差异，那么二者的神经机制是否不同？Okuda等人[49]使用PET技术考察时间和事件性前瞻记忆任务所诱发的脑部活动。结果发现，当被试需要自己估计时间来完成时间性前瞻任务时，相比事件性前瞻任务，激活更强的脑区为左侧额上回；当被试可以借助于外部时钟来监控时间时，右侧额上回、内侧PFC的前部以及扣带前回三个区域显示更强的激活。Gonneaud等人[50]使用联合分析来研究时间性和事件性前瞻记忆的激活脑区。他们发现，两种前瞻条件共同正激活的脑区为顶下小叶，左侧顶上回，中央后回；共同负激活的区域为左半球的脑区，包括内侧喙部前额叶(RPFC)和颞中回。当分析背景任务和前瞻任务条件时(ongoing tasks+PM)，事件任务特定激活的脑区为左侧枕叶的后部区域(从梭状回到舌回和左侧枕中回)，时间任务特定激活的脑区在右大脑半球的不同位置，尤其是额中回、额上回、楔叶和楔前叶。当仅仅分析前瞻记忆(PM)条件时，发现事件任务激活了枕叶的大部分区域，一直延伸到小脑。而时间任务仅仅激活了右侧楔叶。事件性前瞻记忆任务比时间性前瞻记忆激活的脑区更多，或许说明觉察目标时间比觉察线索所需要的认知加工少。事件性前瞻记忆特定的关键脑区为左侧额下回和枕叶，这一目标检测的模式构成其意向维持阶段的特征。时间性前瞻记忆任务表现出一个右脑偏向的网络，其中背外侧前额叶负责时间估计[51-54]。右脑偏向的区域在时间感知和辨别研究中很常见，尤其当实验设计是长时间间隔时[52-53]。Gonneaud等人的研究是第一个探索事件性前瞻记忆和时间性前瞻记忆神经机制异同的fMRI研究，但是研究中的设计混淆了一些变量，如持续呈现时钟而导致无法对时间监控进行测量；且有意削弱了前瞻记忆中的回溯部分，致使不能发现经典的情景记忆脑区如内侧颞叶和海马[55-56]的激活；由于实验中时间性前瞻记忆的时间间隔较短(30s)，以及事件性前瞻记忆中前瞻线索频率较高，导致前瞻任务较多地依赖于注意加工。另外，虽然他们提到一个包含背外侧前额叶、楔前叶、顶下小叶、颞上回和小脑的脑网络区域在时间性前瞻记忆任务中激活更强，但具体这些脑区之间是如何相互作用的，连接强度怎样等并不清楚，并未做相关的网络属性分析。

(二)脑损伤研究证据

脑损伤研究虽不能像影像学研究那样精确定位脑区，但却能够从解剖学的角度为时间性前瞻记忆的神经机制提供更为直接的证据。目前，脑损伤研究主要发现额叶、颞叶、丘脑等脑区对时间性前瞻记忆有影响。

影像学研究肯定了前额叶在加工时间性前瞻记忆中的作用，但是程怀东等人[57]以前额叶损伤患者为被试的一项研究中发现，与健康对照组相比，病人组的事件性前瞻记忆表现受损，而时间性前瞻记忆表现正常。说明前额叶在时间性前瞻记忆中可能并不起着关键作用。不过，程怀东等人的研究中所使用的病人，包括脑梗死，脑出血，脑膜瘤等，这些都属于不同类型的脑损伤，而且损伤部位可能并不在前额叶中的同一位置，与影像学研究中定位的脑区或许有些出入。换句话说，额叶的不同部位可能对时间性前瞻记忆的影响有所不同。事实也确实如此，另一脑损伤研究就肯定了额叶的作用。Volle等人[58]比较了45个局灶性脑病变(focal brain lesions)患者和107个控制组被试在时间性和事件性前瞻记忆任务中的表现，并完成一系列的次级任务(secondary tasks)，包括时间估计任务、基本注意控制任务，反应抑制，多重指导语加工任务(multiple instruction tasks)。结果发现，右侧额极(right polar prefrontal region, in BA10)损伤的被试在时间性前瞻记忆中的表现显著差于控制组，但事件性前瞻记忆任务不受影响。另外，他们的时间估计任务成绩显著低于其他病人，而在注意控制、反应抑制、多重指导语加工任务上与其他人并无显著差异。此区域在前瞻任务中可能参与了时间估计，以及意向的提取和执行。

颞叶区域参与情境记忆的编码和提取[59-61]，在回溯记忆中不可或缺。时间性前瞻记忆任务包括前瞻部分和回溯部分，因而有颞叶的参与[46]。研究发现，左脑颞叶前部切除的被试在所有的时间性前瞻记忆任务和回溯记忆任务中表现都受损[62]。

此外，丘脑也参与时间性前瞻记忆的加工。Van der Werf等人[63]发现丘脑梗死的患者会出现病态的持续性行为，这种持续性行为会导致前瞻记忆提取障碍。在后续的研究中，他还发现，丘脑背内侧损伤会导致执行功能的缺损，而执行功能与前瞻记忆意向维持和任务完成有关。Cheng等人[64]以18个丘脑卒中病人和18个年龄相匹配的控制组为被试，分别探讨丘脑损伤对时间性和事件性前瞻记忆的影响。结果发现，病人组的时间性前瞻记忆表现明显差于控制组，但事件性前瞻记忆的表现没有差异。不过已有研究发现丘脑在事件性前瞻记忆中有激活[65]。

在时间性前瞻记忆中，被试需要对未来任务持续保持一定的警醒，以保证任务的完成，因而或许有扣带前回的参与。扣带前回涉及注意加工，在冲突检测、强化学习和错误探测的研究中，均发现有扣带前回参与的神经网络机制[66-67]。Burgess等人[68]以60个局部大脑损伤患者和60个年龄、IQ匹配的控制组为被试，测量一个涉及任务学习和记忆、计划产生和维持的多任务程序。结果发现，延迟后的任务执行受到左侧扣带前回损伤的影响。此外，他们的研究发现布鲁德曼8区、9区，尤其是10区相应部位损伤的被试会出现规则破坏和任务转换失败。右背外侧前额叶损伤的被试在计划产生任务中存在缺陷。他们认为前后扣带回可能参与前瞻记忆的回溯部分，而前瞻记忆和计划产生需要BA8、9、10区，以及有背外侧前额叶的参与。这些研究只是间接证明了扣带前回在时间性前瞻记忆中可能的作用，尽管影像学研究已证实其参与时间性前瞻记忆加工[46]，但目前尚无直接的脑损伤证据。

脑损伤研究不能精确到体素(voxel)水平来探索时间性前瞻记忆的神经机制，因而其研究结果与影像学研究出现不一致是可以理解的，我们不能否认脑损伤研究的意义。这同时让我们意识到，目前的神经机制研究并不完善，对于很多脑区的功能认识还不统一。未来使用更加精密的技术或许能够解决这一问题。

(三)电生理学研究证据

事件相关电位(ERP)能够揭示执行时间性前瞻记忆过程的脑电活动，可以精确定位到特定时域。Cona等人[69]研究了时间性前瞻记忆的事件相关电位(ERPs)，并考察时间性和事件性前瞻记忆的策略监控机制的ERP波形差异。研究中一共使用了四个时间窗，在第一个时间窗(130～180ms)内，时间性前瞻记忆的波幅与基线(仅有背景任务)的波幅没有显著差异，而事件性前瞻记忆的波幅显著高于基线。在第二个时间窗(180～300ms)内，时间性和事件性前瞻记忆都在额叶和额极的区域波幅显著高于基线。在第三个时间窗(400～600ms)内，时间性前瞻记忆和事件性前瞻记忆的波幅都比基线高，表现在额极和额叶区域。而在枕叶和顶叶区，仅仅是事件性前瞻记忆的波幅高于基线。在第四个时间窗(600～800ms)内，顶叶区域比其他电极波幅更高。两种前瞻记忆在额叶和额极区域波幅都显著高于基线。这一结果与第二、三时间窗的结果一致，说明持续的额叶激活在执行前瞻记忆中很有必要。

两种前瞻记忆的波形差异主要出现在第一和第三时间窗。早期ERP成分(130～180ms)反映了注意资源的准备，而这种准备状态在两种前瞻记忆中不同。时间性前瞻记忆中任务的执行时间具有可预测性，而事件性前瞻记忆中前瞻线索的出现是不可预测的，因而需要更高水平的注意资源[70]。在400～600ms的时间窗，两种波形的差异可能反映了目标检测的不同方式。执行事件性前瞻记忆任务时，被试需要对即将到来的刺激进行注意，以辨别是否是线索，因此需要额外的注意资源。而在时间性前瞻记忆中，无需对背景任务刺激进行监控。在另外两个时间窗，两种前瞻记忆任务所诱发的波形相似。这些结果说明，虽然在时间性前瞻记忆中，背景任务与执行前瞻意向无关，但是刺激所诱发的ERP波仍然受到策略监控的调节。事实上，无论是时间还是事件性前瞻记忆任务，被试在做背景任务的同时，必须将前瞻意向保持在头脑中，为执行意向行为做准备。两种前瞻任务条件下，较大的波幅都分布在额叶和前额叶，这些区域涉及对延迟意向的维持和提取。然而，在他们的研究中，被试在执行时间性前瞻记忆任务时，尽管通过让被试随时查看时钟来减少时间估计，但仍然不能排除其对ERP波形的影响。国内有研究发现，两类前瞻记忆任务在脑电上的差异主要表现为预期正波(PP)和晚慢波(SLW)的平均波幅的不同[71]。这一研究结果与Cona等人的研究有一定差异，除了因为袁宏的研究中使用了范围更广的时间窗之外，二者所用的实验任务也不同。

以上研究的是正常大学生在执行时间性前瞻记忆任务时的脑电活动，那么老年人的ERP波形是否会有不同呢？Cona等人接下来使用ERP研究了时间性前瞻记忆神经机制的年龄差异[72]。无论是青年组还是老年组，背景任务中加入前瞻任务都导致头皮部位的ERP波的持续性活动。然而，老年人组并没有出现额叶区域的慢波活动，这一区域在青年人组中可以看到。额叶区域涉及意向的提取，说明年龄相关的意向维持功能下降可能是老年人前瞻记忆损伤的原因。另外，老年被试组出现了P3波的前漂移，而这与他们较低的前瞻记忆任务正确率相关。说明老年人注意资源降低，难以将注意力集中在任务中。ERP的研究间接证明了前额叶对时间性前瞻记忆的重要性。

四、小结与展望

行为研究发现时间性和事件性前瞻记忆在对注意资源的需求上存在较大差异，时间性前瞻记忆的理论模型也都强调注意在时间监控中的作用，脑影像学、脑损伤及电生理学对时间性前瞻记忆的神经机制的探讨发现，涉及执行控制功能的前额叶在前瞻意向维持和任务执行过程中的重要性。但目前关于时间性前瞻记忆的研究仍不完善，很多问题尚存在争议，需要进一步探讨。今后在以下三方面开展研究，可能会有所突破。

首先，时间性和事件性前瞻记忆的神经机制的异同到底表现在哪里。目前行为研究得出的一致结论是，时间性前瞻记忆比事件性前瞻记忆更依赖于认知资源，但是神经机制的研究并没有否认事件性前瞻记忆对注意资源的需要，二者只是由不同脑区负责。Cona等人[69]的ERP研究发现在有些时间窗，事件性前瞻记忆反而比时间性前瞻记忆任务需要更多的额外注意资源。有些研究者认为两种类型的前瞻记忆具有相似的提取模式，只是目标检测阶段不同[73]。行为研究与脑机制研究出现不一致，可能有两方面的原因，一方面可能是行为研究概括的概念欠全面，例如对内隐时间性前瞻记忆至今尚未涉及；另一方面是神经机制的研究可能没有切中要害。因此，如何整合行为研究和脑机制研究的结果，仍需要设计出更加巧妙的实验来加以论证。脑机制研究结果若能结合行为研究来解释，对于说明各个脑区在两种前瞻记忆任务中的功能更有意义。此外，当前的实验只是单纯比较两种前瞻记忆表现出的结果的差异，并没有考虑到不同的背景任务对其结果的影响。例如，背景任务材料的性质不同，如使用单词和图片，会导致不同的脑区参与[74-75]。一些非认知因素，如不同的情绪状态[76]也可能会导致两种前瞻记忆结果存在差异。

其次，时间性前瞻记忆的加工过程所涉及的神经机制到底是怎样的。时间性前瞻记忆的三阶段模型认为，时间意向的完成需要三个认知加工过程，即形成意向，在监控时间的同时维持意向，以及在合适的时间中断背景任务，启动并执行预定的行为意向[77]。这说明时间性前瞻记忆至少包含三个基本的认知资源：计划、工作记忆、任务转换。测试-等待-测试-退出模型、注意阀门模型以及动态注意理论等在解释时间性前瞻记忆的加工机制时都是按照这样的加工阶段进行论述的。神经机制的研究发现，各个脑区也是参与到这样的加工过程之中。在执行行为意向的时候，大脑具有两种操作，即想起之前的意向(回溯)，同时记住去执行这一意向(前瞻)。前瞻记忆的前瞻部分可能受到执行功能(额叶)调节，而回溯部分受经典情景记忆脑区的控制。但是很多研究认为前额叶在整个前瞻记忆加工过程中都发挥作用[46，50，58]。其他脑区，如扣带前回、顶叶、丘脑等，可能都参与了时间性前瞻记忆的加工过程。然而，至于这些脑区到底参与了哪个阶段的加工，当前的研究并不能明确回答。未来研究可考虑联合使用ERP和fMRI技术，并结合时间性前瞻记忆的理论模型，来具体探讨各加工过程的神经机制问题。

最后，传统的认知神经科学对大脑功能的研究主要集中在功能特异脑区的定位和识别上，研究手段更注重认知实验的设计。但是脑成像研究发现即使是一个很初级的认知活动，也会激活大量的脑区，甚至是全脑，也就是说需要不同脑区构成一个网络，协调工作以发挥功能。因此用神经网络的观点来研究人脑活动是非常必要的。大脑的功能有两大组织原则：功能整合和功能分化[78-80]。那么在时间性前瞻记忆任务中，大脑又是如何整合各个相关脑区之间的关系，以共同完成任务呢？Gonneaud等人的研究[50]中虽然提到时间性前瞻记忆可能的脑网络，但是并没有从网络连接的角度来分析这些脑区之间的相互关系。Cohen和O’Reilly[81]曾提出一个以前额叶和海马的关系为基础的神经网络模型来解释计划和前瞻记忆的理论。还有研究表明前额叶与丘脑的联合对前瞻记忆成功执行很有必要[65]。尽管目前关于这些脑区之间相互关系的说明都偏描述性，是一种理论探讨，并没有从技术方法上去验证，但这些研究提供了对前瞻记忆相关脑区做网络分析的可能性。应当十分重视用神经网络的观点来探讨时间性前瞻记忆的神经机制，同时还要用系统论的观点来研究时间性前瞻记忆在行为和认知上的特征，并把这两方面的研究有机结合起来，这样才有可能对时间性前瞻记忆有更加深刻和全面的认识。

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责任编辑 曹 莉

10.13718/j.cnki.xdsk.2015.01.014

2014-11-21

尹杰，西南大学心理学部，博士研究生。 通讯作者：黄希庭，教授，博士生导师。

重庆市哲学社会科学规划重大课题委托项目“城市幸福指数研究”(2010QZDW07)，项目负责人：黄希庭；西南大学心理学部2012研究团队建设项目“时间分段综合模型的机制与应用”(TR201201-1)，项目负责人：黄希庭。

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A

1673-9841(2015)01-0107-11