注意缺陷多动障碍（ADHD）儿童的工作记忆：基础加工缺陷还是执行功能问题

摘要 为探索注意缺陷多动障碍（ADHD）儿童言语工作记忆缺陷的机制，研究采用了言语n-back任务比较了正常儿童与注意缺陷多动障碍儿童的工作记忆成绩。结果表明：在更新水平为0次时，ADHD儿童与正常儿童的成绩没有显著差异，但在更新水平为1次和2次时，ADHD儿童的记忆成绩均显著低于正常儿童，效应量指标（Cohen'd）分别达到了1.31和1.63；另外，在更新难度对记忆成绩的影响上，ADHD儿童表现出了更大的更新代价，效应量指标（Cohen'd）达到了1.54，处在很高的水平。结论认为ADHD儿童在记忆的基础性加工上并不存在明显缺陷。其更大的更新代价表明ADHD儿童在言语工作记忆的执行加工（更新操作）上的缺陷。

关键词 ADHD，n-back，记忆更新，工作记忆。

分类号 G442

1 前言

注意缺陷多动障碍（Attention Deficit Hyper-activity Disorder，ADHD）是一种临床常见的儿童行为问题。核心症状是注意缺陷、多动和冲动（APA，1994）。ADHD通常发病于学龄前期，其症状在小学阶段尤为明显，随着年龄的增长。尤其是当个体进入成人期后，症状又逐渐缓和甚至消失，国内调查显示，儿童ADHD检出率在3.1-6.3%之间（张微，刘翔平，廖冉，顾群，2007）。注意缺损多动障碍已经对个体的学习、家庭和社会功能造成了严重的危害（魏宝玉，苏林雁，2004）。

工作记忆缺陷是很多学习障碍、情绪障碍的重要特征，近些年ADHD儿童工作记忆缺陷已经引起了研究者的高度关注。元分析（Martinussen，Hayden，Hogg-Johnson，&Tannock，2005；WiUllcutt，Doyle，Nigg，Faraone，&Pennington，2005）和实验研究（Brocki，Randall，B0hlin，&Kerns，2008；Rapport et al.，2008）证明了ADHD儿童的工作记忆缺陷。工作记忆是对信息的短时间在线存储与操作，言语工作记忆包含了语音回路和中央执行加工过程，语音回路负责对言语信息的编码和复述，属基础性加工。中央执行功能负责对信息进行操作，包括对信息及时更新、控制注意等，此工作记忆三成分模型得到了大量的证实（Baddeley，2007）。

注意缺陷多动障碍儿童是否存在特异性的工作记忆缺损呢？研究者已经开始从工作记忆三成分模型的角度来关注和解决此问题（Ralaoort。Kofler，Alderson，&Raiker。2008）。证据初步显示ADHD儿童在工作记忆的三个成分上均存在明显缺损，包括中央执行机制、视空间存储复述机制和语音存储复述机制，执行机制缺损的程度高于视空间模板的缺损，后者又高于语音回路的缺损（Martinussenet al.，2005；Rapport et al.，2008）。但是，在此期间开展的关于ADHD的工作记忆研究在任务范式上主要以延迟任务为主，得到的结论还需要进一步明确。

例如，来自数字广度任务的研究发现了ADHD儿童的言语工作记忆的缺陷（Biederman et al.，1996；Faraone et al.，1993）。当把数字广度任务分为正背数字和倒背数字任务时，结果发现ADHD儿童正背数字能力正常，倒背数字能力明显落后于正常被试（McInnes，Humphties，Hogg-Johnson，&Tannock。2003）。Karatekin和Asarnow（1998）比较了ADHD儿童和精神分裂症儿童的言语和空间工作记忆能力，考查言语工作记忆能力的任务是数字广度任务，结果发现ADHD儿童正背数字成绩与正常儿童没有明显差异，但是倒背数字成绩却明显落后，而精神分裂症患者在正背和倒背任务上均存在困难，正背数字任务和倒背数字任务的差异体现为语音短时记忆（不卷入中央执行）和语音工作记忆的差异，由此可见，ADHD儿童在语音编码和复述能力上可能没有明显的障碍，但是其在中央执行机制上有一定的缺陷。有意思的是。Karatekin（2004）进一步的研究“并没有发现ADHD儿童在言语和空间工作记忆任务上的缺损”，却发现了ADHD儿童注意分配的缺陷，在其研究中，Karatekin将工作记忆的概念界定在保持信息和分配注意的框架下，采用的是双任务实验范式考察ADHD的中央执行功能，结果发现，与正常儿童相比，ADHD儿童在数字广度的双任务条件下，反应时明显落后，而在数数双任务和简单反应时上，ADHD儿童不存在明显落后。事实上，Karatekin仅仅将中央执行功能局限为双任务加工能力，存在着明显的局限，双任务考察的注意分配能力只是中央执行功能的一个很小的方面，并非核心，如果ADHD儿童在双任务操作中存在缺陷，一方面可能是由于ADHD儿童不能有效地维持任务目标，另一方面也有可能是不能有效地分配注意资源或者是在双任务间迅速实施注意转换，但这并不能代表中央执行功能的全部特征。

有关ADHD儿童言语工作记忆缺陷的研究结论并非完全一致，也有少数研究发现ADHD儿童的言语和空间工作记忆能力均是正常的。例如，在比较ADHD和语言障碍患者工作记忆时，Cohen等人（2000）发现，言语障碍患者言语和空间工作记忆的缺陷要比ADHD患者严重很多，ADHD患者的工作记忆缺陷并不严重。类似地，Jonsdottira，Boumab，SerKeant和Erik（2005）的研究比较了ADHD儿童伴随语言障碍（SU）、ADHD儿童不伴随语言障碍、语言障碍和正常儿童，结果发现，在言语工作记忆方面，ADHD儿童伴随SLI要比正常儿童和ADHD不伴随SLI儿童的得分低。但在空间工作记忆上，两组ADHD儿童的成绩都正常，研究认为工作记忆的缺陷并非ADHD的缺陷，而是语言缺陷的特征，仅仅那些伴随语言困难的ADHD儿童存在言语工作记忆缺陷，但他们的空间工作记忆能力仍然是正常的。相反，也有研究者Kofler，Raoport。Bolden，Sarver和Raiker（2010）认为ADHD个体在工作记忆的编码、复述以及中央执行上均存在缺陷。这些缺陷均能够解释ADHD儿童的学业等领域的注意缺陷行为特征，他们的研究发现，当需要对难度更大的语音和视空间刺激进行加工时，ADHD儿童和正常儿童的注意集中性行为均降低，但是ADHD儿童下降幅度更大，工作记忆的成绩与儿童在学校表现出的注意缺损症状的相关显著，研究还进一步发现，中央执行加工缺损能解释ADHD儿童成绩的大幅下降，其对于ADHD儿童工作记忆缺陷的影响超过了编码和复述机制。

综上所述，不难发现，研究者主要的争议体现在ADHD儿童的言语工作记忆是否存在缺陷以及缺陷是在编码复述还是中央执行上。然而以往研究者在探索ADHD工作记忆缺陷时更多地采用与延迟记忆相关的工作记忆广度任务来评估ADHD的工作记忆能力，如数字字母延迟记忆任务、阅读广度任务等等，而这些任务要么仅仅考察了编码复述能力，要么卷入了多种认知加工过程的参与，包括言语与空间编码、存储、复述以及各种中央执行功能的参与，不同的工作记忆任务之间的具体加工机制并非完全相同，由此造成的结果结论不完全一致。尽管ADHD儿童表现出工作记忆能力的落后，但其内在的机制仍然不明确，即以往研究不能明确言语工作记忆的缺陷体现在基础性的语音加工能力上还是高级的工作记忆执行加工机制上。另外，将ADHD儿童的特定中央执行功能进行剥离考察仍然不够。

记忆更新（memory uodating）是目前比较认可的工作记忆的核心机制（Jarrold&Towseb，2006）。记忆更新现象最早由Bjork（1978）发现，是指为了接受新的输入，在记忆中修正当前计划表征状态的一种行为。Kusaka，Gruneb，Hagendorfa和Met，zb（2000）认为记忆更新是调整当前工作记忆内容去适应新的输入的机制，是在保持当前固定数量项目序列和改变这个序列之间进行转换。记忆更新影响着日常生活中的许多活动，例如文本阅读就是一个不断需要进行记忆更新的过程，阅读中，个体需要不断地将新近的句子纳入到工作记忆中，并且要不断地排除旧的信息，同时，又要不断地提取旧的信息与新信息进行匹配以达到对新信息的理解。

N-back任务是以考察记忆更新功能为核心的-经典的工作记忆任务，任务很好地卷入了工作记忆执行机制，包括以正确的顺序存储信息，同时也需要不断地更替存储的表征，有很好的外部效度。不仅如此，相比于延迟再认/回忆任务，n-back更容易操控，不容易受到材料差异的影响，通过变化更新的次数n来操控中央执行，即n越大，更新次数越多，中央执行要求越高，通过比较不同n值下成绩的差异可以计算出执行效应量（记忆更新效应量），这种做法既科学，又简单易行。本研究设计了三个水平n=0.1，2的n-back任务，通过计算三种水平下，障碍组与正常组的工作记忆成绩差异，能够既能考察ADHD儿童的工作记忆缺陷，又能很好地评估ADHD的工作记忆中央执行功能问题，这是之前研究所不能揭示的。

传统n-back任务基TiE常成人和儿童所设计，在连续呈现的一系列刺激项目中，要求被试判断第X个项目与之前的第X-n个项目是否匹配，即要求辨别的两个项目之间间隔了n个项目。一个刺激项目系列往往较长，在第n个项目之后的所有项目均要进行判断，判断次数为系列长度减n，一旦被试在过程中分心了，其后续若干次判断都会受到不利影响，故要求注意力高度集中，难度较大，不适合障碍被试，为降低任务难度，研究者Kiss，Pi-sio，Francois和Schopflocher（1998）进行了改进，其做法是将系列减短，拆分成很多trial，trial之间是独立的，在每个trial中只需对最后一个项目进行反应，上一次判断并不会影响下一次判断，故更加适用于障碍儿童的研究，也具有很好的实证效度，因此本研究借鉴了这一任务，以考察ADHD儿童的言语工作记忆能力。

效应量（effect size）是一类用来描述处理效应的统计量，一般被称作效应大小，生物统计学家Cohen等人早在20世纪60年代就提出了效应量的应用问题，他们认为效应量是对假设检验的一个补充，Cohen建议，当d=0.2时。效应量小，即处理为小的效应；d=0.5时，处理为中等的效应。0.8时为大的效应（Oleninik&Alpine，2000）。然而大多数的研究者在报道结果时，仅仅提供了假设检验的P值，这是不够的（Cohen，1994），美国心理学会（APA）的统计推断机构TFSI于1996年建议在报道研究结果时，也应该同时报道处理效应的大小。方向以及其可信区间，2001年又在其科研论文发表手册上规定了论文的结果部分必须要报道效应量（APA，2001）。效应量统计指标的价值尤其体现在特殊儿童的研究中，对于该类研究，发现在一些特定心理机能上特殊儿童与正常儿童存在差异并不难。但如果引入效应量分析，以印证特殊儿童心理机能缺陷的程度，尤其是当涉及评估多项心理机能的缺陷时，效应量往往也能够为多重缺陷的主次性进行排序，更能揭示其缺陷的本质。故本研究在评估ADHD儿童的工作记忆缺陷时，也采纳了效应量分析的手段。

2 研究方法

2.1 被试

17名来自华师附小的正常儿童和21名来自华师医院学习障碍训练中心的ADHD儿童参加了研究，年龄在7到12岁之间，平均年龄8.5岁。ADHD儿童最近半年内未服用过利他林等精神类药物治疗，无明显的器质性损伤，不伴随明显的品行障碍、情绪障碍、语言障碍和智力缺陷，通过DSM-IV、Conners家长和教师量表、自编ADHD问卷和视听整合持续性操作测验（inteerated visual&auditory continuous performance test，IVA-CPT）来甄选ADHD儿童，以瑞文标准推理测验的成绩作为智力衡量标准。排除得分在25%以下儿童。

来自学习障碍中心的ADHD儿童大部分已经在各类儿童医院被确诊，为进一步明确，本研究进一步通过量表测试和临床访谈来评估ADHD。AD-HD儿童人选标准主要以DSM-IV家长评估为依据。在此量表上。至少有一个维度得分在6分或6分以上，在IVA-CPT上符合ADHD的得分要求（少数被试在DSM家长评定上达到临界值，CPT得分低于80，可被视为ADHD）。另外，以Conners家长和教师评定量表以及自编的ADHD问卷作为辅助工具，自编ADHD家长访谈问卷，共14个项目，分为注意力不集中和外在活动过度两个领域，项目设置主要源于DSM-IV，但采用“1=从不这样，2=极少这样，3=有时这样，4=经常这样，5：总是这样”5点评分，使得计分更精确，可作为对DSM-IV评定的辅助。凡符合或者边缘符合DSM-IV标准的ADHD诊断的儿童在Conners量表上得分较高（10分或10分以上）。且符合自编ADHD问卷的多数症状标准，将被确认为ADHD，不仅如此，我们还对来自临床的ADHD儿童的家长进行了访谈，以排除其他精神症状。同时。少数在不同诊断标准上有明显矛盾的临床样本，将被排除在研究之外。正常儿童来自于一所普通小学，其家长评定的DSM-IV两个维度得分均在3分以下，不伴有明显的心理与行为障碍。

2.2 实验材料与设计

2.2.1 实验任务

采用Kiss等（1998）改进后的n-back范式来考察儿童的言语工作记忆特点。实验任务基于In-quisit 1.0设计和呈现。基本操作如下：在计算机屏幕中心逐个呈现字母系列，当前字母呈现时。之前字母消失，最后呈现的探测刺激可能是一个字母，也可能是多个字母组合，要求被试判断最后呈现的字母与此之前字母是否匹配，匹配时按“p”键进行反应，不匹配时，按“q”键进行反应，如果最后呈现的探测刺激字母数量越多，则更新难度越大。例如，计算机屏幕依次呈现“K”“M”“H”“N”“D”“L”，最后呈现探测刺激“M”，被试需要判断的是探测刺激“M”与目标刺激“L”的匹配，更新难度n=0。如果最后呈现探测刺激“ML”，此时，被试需要判断的是探测刺激“ML”与目标刺激“D”“L”是否匹配，此时更新难度n=1。如果最后呈现探测刺激“NDL”，此时。被试需要判断的是探测刺激“NDL”与目标刺激“N”“D”“L”是否匹配，此时更新难度n=2。本研究中，有3种记忆更新难度，即n=0，1，2。共90个trial。正负反应各半，更新0次。1次和2次trial数均为30。

2.2.2 实验步骤

实验为一对一进行。被试正坐在计算机屏幕前，眼睛与显示器中央约成15度水平视角。显示器分辨率为1024×768，背景为灰色。

每个实验任务都是先出现注视点（屏幕中心的一个蓝色的“+”字）300ms，消失，然后呈现空屏300ms，呈现字母序列的第一个字母200ms，消失后出现空屏800ms，随后呈现第二个字母200ms，消失后再次呈现空屏800ms，呈现第三个字母200ms。以此类推。直到呈现字母序列的最后一个字母200ms和空屏800ms，然后呈现探测刺激，要求被试判断最后呈现的探测刺激与在探测刺激之前呈现的字母或字母系列是否相同，并按键反应。系统自动记录反应时和反应正确与否。如果被试在探测刺激出现后的10s内未能做出有效反应，将自动进入下一个trial。前后trial之间间隔（RSI）为1000ms。实验步骤见图1。

2.2.3 统计处理

采用SPSS16.0统计软件处理全部数据，统计方法包括方差分析、t检验，并计算效应量（EffectSize，ES，d），用效应量来表示处理效应的大小。

3 结果

本研究中，要求被试尽可能正确地做出反应，反应时指标意义相对较弱。在反应时指标上，进行被试×更新条件方差分析，发现被试差异不显著，F（1，36）=0.626，p=0.435；交互作用也不显著，F（1，36）=0.025，p=0.874，故下面只对正确率进行主要分析，结果发现，在更新次数为0、1、2时，障碍组的正确率分别为0.841±0.11，0.698±0.13，0.592±0.11：而正常组的正确率分别为0.886+0.06，0.835+0.0，0.756+0.09。为了探明ADHD儿童言语工作记忆成绩是否存在缺陷，本研究对被试在不同更新难度下的正确率进行重复测量方差分析，得结果如表1。

从表1方差分析结果可以看出，更新难度主效应显著，F（1，36）=155.28，p<0.01，说明不同的更新难度任务的成绩存在显著差异，多重比较结果表明，随着更新难度的增加，成绩明显下降，更新0次的成绩（86.14%）显著高于更新1次的成绩（75.96%）（p<0.01），后者又明显高于更新2次的成绩（66.57%）（p<0.01），这说明本研究任务设计是成功的。

被试类型主效应显著，F（1，36）=15.31，p<0.01。更新次数与被试类型的交互作用显著，F（1，36）=15.54，p<0.05。为了进一步明确两组被试在不同更新难度条件下记忆能力的表现，我们对不同更新难度下被试的成绩一一进行分析（见表2）。

从表2可以看出，在更新0次时，ADHD儿童的记忆成绩正常，但是，在更新1次和2次条件下，正常儿童的成绩均要好于ADHD儿童的成绩（p<0.01）。

ADHD被试随着更新难度的增加，成绩明显下降。同时，在比较随着更新难度增加，记忆成绩下降的幅度时，正常儿童与ADHD儿童表现出了更大的更新代价，而正常儿童随着更新难度的增加，成绩下降的趋势不明显，难道说更新难度的增加对ADHD儿童产生了更为不利的影响？为了进一步验证这种现象，进一步比较两组被试更新代价的差异，更新代价是指随着更新难度的增加记忆成绩下降的幅度，由更新0次减去更新2次的差除以更新0次成绩获得，单位为百分数。得结果如表3。

以上结果中可以看到，正常控制组儿童成绩下降了14.2%，而ADHD儿童的成绩下降幅度较大，为29.9%。t检验发现在更新代价值上，ADHD的下降幅度显著高于正常儿童（p<0.01），效应量co-hen'd值也进一步证实了以上结论。这说明，尽管受更新操作难度的影响，两组被试的成绩都存在不同程度的下滑，ADHD儿童的工作记忆成绩明显对更新操作更为敏感。

4 讨论

Castellanos和Tannock（2002）认为，导致注意缺陷多动障碍主要有4个主要原因：反应抑制、厌恶延迟、时间知觉和工作记忆，而工作记忆尤为重要，注意缺陷多动障碍患者的工作记忆缺陷近些年引起了较多关注。并且，研究者已将目光逐渐从简单证明ADHD儿童存在言语工作记忆困难转移到具体探索障碍儿童在言语工作记忆的不同成分上的缺陷上。同样地，本研究既证实了ADHD儿童言语工作记忆的缺陷，也发现了其突出的问题体现为中央执行机制的缺陷。

关于ADHD儿童的工作记忆缺陷有多种解释。最具代表性的是Barkley的反应抑制模型（Barkley，1997），该模型认为言语工作记忆缺陷是反应抑制缺陷的后果，ADHD儿童由于抑制能力低下，在信息加工过程中，大量与当前任务无关的信息涌入工作记忆，从而与任务相关信息争夺着工作记忆有限的认知加工资源，造成工作记忆整体效能降低。但是Barldey的理论解释不是基于对ADHD工作记忆缺陷的深入分析的结果，不能够很好地解释ADHD工作记忆缺陷的表现特征，尤其是不能说明ADHD儿童在除反应抑制外的另外一项重要的中央执行功能——更新操作上的困难。记忆更新是目前比较认可的工作记忆核心机制，n-back任务被认为很好地卷入了更新操作这一中央执行功能（Morris&Jones，1990）。本研究在此范式下并以效应量为主要的统计指标，得到了有价值的结果。

首先，在n-back任务中，所有被试的成绩随着更新次数的增加，成绩明显下降。更新次数的增加，反映了记忆负载的增加，主要是中央执行（更新）的深度卷入。结果说明任务设计是成功的。

其次，研究发现，ADHD儿童在言语n-back任务上的成绩显著落后于正常儿童。表现出了较高的效应量，证明其言语工作记忆的严重缺陷，但是，在更新次数为0次的n-back任务中，ADHD儿童与正常儿童并没有差异。更新0次被认为不卷入中央执行操作，此时成绩的差异体现了对字母进行编码和复述能力的差异，这是工作记忆基础性加工即语音回路的功能。这说明ADHD儿童在对简单的语言材料进行编码和短时复述上，并不存在明显困难，这与Karatekin和Asarnow（1998）的研究一致。ADHD儿童并不存在语音编码短时复述的困难，对此可能的解释是语音编码及短时复述在极短的时间里完成，由“自下而上”自动化加工过程完成，无需耗费认知资源，不卷入认知策略和其它控制加工，Sergeant将编码（反应输入）认为是认知加工的最低级水平，ADHD儿童在低级认知加工水平并不缺损，缺损的是二级和三级认知加工水平（Sergeant，2000）。

在更新水平为1次和2次时，ADHD被试的成绩均明显落后于正常控制组，这说明了ADHD儿童在记忆更新操作的作用模式上与正常控制儿童存在差异，它影响了ADHD儿童言语工作记忆能力。Jarrolda和Towseb（2006）认为，在n-back任务中，工作记忆加工机制被很好地卷入其中，包括以正确的顺序存储信息，同时也需要不断地更替存储的表征。由此可见，更新1次和2次的成绩差异，既反映了工作记忆更新操作的问题，又体现了语音存储和提取的问题，而其中执行加工则是记忆成败的关键。因此。为了将更新操作效应分离出来，研究比较了随着更新次数增加，成绩下降的程度，结果发现ADHD儿童成绩下降的程度明显高于正常控制组，反映出了更大的更新操作的困难，高达1.54的效应量值更能有效地说明这一结果。这表明ADHD儿童的言语工作记忆的高级加工过程即记忆更新操作上也存在缺陷。根据Baddeley（1974）的工作记忆模型，更新操作是中央执行功能之一，相比于其他中央执行功能（抑制、前摄抑制、注意转换、双任务协调），更新操作与两个工作记忆缓冲器关系更为密切。更新操作需要不断地将旧的记忆表征挤出，压制它的激活，同时纳入新的记忆表征。组成新的记忆序列。重新排序。更新次数越多。则记忆序列越长，记忆集越大，则一次更新需要挤出和纳入的记忆表征越丰富。更新操作的困难说明了ADHD儿童记忆容量的限制，以及ADHD在对记忆表征进行快速高效操作上存在困难。更新操作耗费较多认知资源，记忆更新过程中，更新操作与语音编码存储竞争认知资源，ADHD儿童往往不能有效控制认知资源，导致了更新操作的困难。综合考虑前人研究关于ADHD儿童在反应抑制（Barkley，1997）、注意分配（Karatekin，2004）中央执行上的缺陷，可以认为ADHD儿童工作记忆缺陷的核心问题仍然是中央执行功能的落后，而其中央执行的缺陷并非体现在单一执行缺陷上，而是表现出普遍性的缺陷。有可能与前额叶功能的普遍性缺损有关。尽管在中央执行机制上，更新功能、抑制、注意转换和双任务加工是相对独立的，但它们之间的相互影响也不容忽略，Zacks和Hasher（1994）就认为，抑制无关信息对于记忆更新非常重要。国内研究也发现，ADHD儿童由于应对前摄抑制能力较差，导致记忆更新的困难（张微，刘翔平，宋红艳，2009）。可见，ADHD儿童抑制缺陷也有可能会在一定程度上影响记忆更新功能，

通过n-back任务折射出的ADHD儿童的工作记忆缺陷具有很好的效度。价值更大。体现为n-back任务成绩与一般流体智力成绩以及高级认知功能，例如阅读理解的相关很高（Jarrolda，&Towseb，2006）。不仅如此，n-back更容易操控，不容易受到材料差异的影响，通过变化更新的次数n来操控中央执行，简单易行，也很容易通过更改记忆集的大小来控制记忆负载对记忆更新的影响，这为AD，HD儿童的训练矫正提供了一条有价值的途径，Jaeggi，Buschkuehl，Jonides和Perrig（2008）采用“n-back”任务进行了工作记忆的训练，发现对于流体能力提高是有价值的，尽管其没有针对于ADHD儿童，但显然可以借鉴。

5 结论

本研究得到如下结论：

在更新0次上，ADHD儿童的成绩与正常儿童没有显著差异。在更新1次和2次水平上。ADHD儿童的成绩均显著落后于正常儿童，在更新代价（随着更新难度增加，记忆成绩下降的幅度）上，ADHD儿童明显大于正常儿童，这些结果说明AD-HD儿童并不存在明显的言语工作记忆基础性加工缺陷，其主要缺陷表现在执行加工。即更新操作上。