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情节记忆年老化
——来自事件相关电位的证据

2017-01-18郑志伟肖凤秋郎敏佳

中国老年学杂志 2017年20期
关键词:新旧编码效应

郑志伟 肖凤秋 郎敏佳 李 瑾 李 娟

(中国科学院心理健康重点实验室(中国科学院心理研究所) 老年心理研究中心,北京 100101)

1 中国科学院大学心理学系 2 中国儿童中心

情节记忆年老化
——来自事件相关电位的证据

郑志伟1肖凤秋2郎敏佳1李 瑾1李 娟1

(中国科学院心理健康重点实验室(中国科学院心理研究所) 老年心理研究中心,北京 100101)

情节记忆;年老化;编码;熟悉性;回想;事件相关电位

情节记忆是个体对特定时间和地点发生的事件记忆〔1〕。研究表明,相对于年轻人,老年人的情节记忆功能表现出明显衰退〔2〕。在编码阶段,认知老化理论认为老年人难以自发使用精细化策略对刺激材料进行加工〔3〕,尤其难以对事件之间的联结或关系信息进行深度编码〔4〕,是导致情节记忆成绩下降的原因之一。在提取阶段,行为研究发现老年人熟悉性相对保留较好,但回想能力却严重受损〔5,6〕。熟悉性是一种快速发生、相对自动化的过程,表现为对事物是否发生的知道感。回想发生时间较晚,需要付出意志努力,表现为对背景细节信息的策略性提取〔7〕。由于老年人难以通过回想过程对事件的背景细节进行提取,因而导致其情节记忆下降。具有较高时间分辨率的事件相关电位(ERP)技术逐渐成为认知神经科学研究的重要手段。当前,以年轻人为对象的研究已经发现了与情节记忆的编码和提取过程有特定关联的ERP指标,从而为考察年老化如何影响情节记忆提供了途径。Paller等〔8〕认为记忆差(Dm效应)通常发生于400~800 ms左右,主要分布于额区和中央顶区位置,是反映情节记忆成功编码的重要指标。与记忆提取相关的ERP指标分别是反映熟悉性的早期额区新旧效应以及反映回想过程的左顶新旧效应。前者出现在项目呈现后约300~500 ms,主要分布在额中部位;后者出现在项目呈现后约500~800 ms,主要分布在左侧顶区〔9,10〕。这两种新旧效应均表现为正确再认的旧项目比正确拒绝的新项目诱发更正的ERP波形。考察情节记忆的实验范式通常包括项目再认任务,联结记忆任务(包括来源记忆和配对联结再认)以及线索回忆任务等。将这些行为实验范式和ERP技术相结合,能够有效探测情节记忆加工过程中电生理活动的年龄差异,进而考察年老化如何影响记忆编码和提取过程。

2 情节记忆编码阶段

相继记忆范式是研究编码阶段认知神经机制的主要方法,可以对记忆成功以及记忆不成功的刺激在编码阶段的神经活动进行比较。Friedman等〔11〕使用词汇材料考察了相继记忆效应的年龄差异。该研究发现在无意编码条件下(incidental encoding),只有年轻人表现出稳定的Dm效应,而老年人却没有表现出该效应,提示年老化影响情节记忆的编码加工。随后的研究发现,老年人能够在有意编码(intentional encoding)条件下表现出Dm效应,表明老年人在有意编码条件下才有可能自发地对刺激进行编码加工〔12〕。然而,该研究还显示,年轻人在提取阶段的“记得(R)”和“知道(K)”反应的刺激在编码阶段表现出显著的ERP差异,老年人却没有表现出这种差异。通常认为,R反应与回想过程相关,K反应与熟悉性相关。因而,这一结果说明老年人难以像年轻人那样,在编码阶段对R和K反应所对应的刺激进行有差别的精细化编码。

图片材料由于具有丰富的细节信息,通常比其他材料更容易得到深度加工。Gutchess等〔13〕要求被试学习较为复杂的图片场景材料,然后进行新旧再认。虽然是无意学习方式,但是老年人和年轻人都表现出了额中区分布的Dm效应(记住>忘记)。然而,高信心度与低信心度刺激在编码阶段之间的ERP差异却只在年轻人中表现出来。同Friedman等〔11〕类似,该研究表明,尽管老年人表现出了一般意义上的Dm效应,但是其精细化的深度编码机制仍然存在损伤。

Kuo等〔14〕也为老年人深度编码加工受损提供了证据。该研究使用汉语词汇材料考察了老年人的记忆编码加工过程。结果显示,在额区和中央区电极位置上,老年人的后期Dm效应要比年轻人更小。该时间窗口的额区Dm效应可能反映了信息的协调与整合,表明老年人在与额区相关的精细加工过程上受损较为严重。

除了上述项目记忆任务之外,还有研究者考察了年老化对联结记忆编码过程的影响。比如,Cansino等〔15〕比较了来源记忆任务Dm效应的年龄差异。结果显示,老年人和年轻人都表现出了显著的Dm效应。然而,老年人的Dm效应出现的相对较晚,表明老年人在来源记忆编码阶段的加工效率下降,进而导致其来源记忆下降。Kamp等〔16〕使用联结再认任务考察了年老化对联结记忆编码的影响,发现年轻人表现出明显的额区分布的慢波Dm效应,而老年人的该效应却没有达到显著水平。研究者认为老年人在关系信息加工过程中可能更多使用依赖于刺激外部特征的低效率编码策略,仅对刺激材料进行了较低程度的精细化编码,进而导致其联结记忆成绩下降。

综上,不论采用的是项目记忆任务还是联结记忆任务,老年人在情节记忆编码阶段表现出更小或更晚的ERP相继记忆效应,表明老年人难以使用精细化的编码策略对刺激材料进行深度加工。

3 情节记忆提取阶段

以往ERP研究主要使用反映熟悉性的额区新旧效应及反映回想过程的顶区新旧效应来考察老化如何影响情节记忆提取阶段。

3.1项目再认任务 在项目记忆的再认阶段,一般认为熟悉性或回想均可支持正确的再认反应。Nessler等〔17〕考察了项目记忆提取阶段熟悉性和回想贡献大小的年龄差异。结果显示,年轻人和老年人均表现出显著的额区新旧效应;然而,只有年轻人显示出稳定的左顶新旧效应,表明老年人的熟悉性保留较好,但回想过程表现出损伤。然而,Wolk等〔18〕同样以词汇为材料,使用新旧再认任务,发现老年人不仅表现出更小的左顶新旧效应,而且其额区新旧效应也显示出下降。与该研究类似,Gutchess等〔13〕使用全彩色的户外场景图片作为材料,结果显示,老年人没有表现出额区新旧效应,而且与回想过程相关的顶区新旧效应也没有达到显著水平,表明老年人的熟悉性和回想都有可能受损伤。

Ally等〔19〕也发现老年人回想过程受损。该研究通过操纵项目在提取阶段的呈现方式考察了回想过程的变化模式。在编码阶段,被试学习以典型角度呈现的黑白物体图片。在测试阶段,1/3的旧项目的呈现角度与学习阶段一样,1/3的旧项目旋转90度呈现,另外1/3以非典型角度呈现。ERP结果显示,青年被试的左顶新旧效应的大小顺序为:典型>旋转>非典型,因为这3种呈现方式的物体图片所包含的背景细节信息的数量是逐渐降低的。与年轻人相比,老年人的顶区效应在所有3个条件下均更小,且均没有达到显著水平,从而为老年人的回想过程受损提供了汇聚性证据。该研究只考察了与回想相关的顶区新旧效应,没有评估反映熟悉性的额区新旧效应。

此外,Ally等〔20〕进一步考察了老年人的提取过程是否受实验材料的影响。在ERP结果上,在图片条件下,老年人和年轻人的额区新旧效应和左顶新旧效应是相似的。在词汇条件下,老年人相对于年轻人获得了更小的额区新旧效应和左顶新旧效应。该研究提示,老年人存在明显的图片加工优势,表现在老年人诱发了与年轻人类似的额区新旧效应和顶区新旧效应;然而在词汇条件下,与熟悉性和回想相关的新旧效应均有损伤,表明刺激材料影响老年人的熟悉性和回想的贡献,对于细节特征丰富的刺激材料,老年人的熟悉性和回想过程都能达到与年轻人类似的水平。

Guillaume等〔21〕使用著名的法国人面孔作为实验材料,评定了年轻人,中年人,和老年人的再认记忆。行为结果显示,年轻人、中年人和老年人表现出相似的记忆准确率;ERP结果显示,除了老年人外,年轻人和中年人均表现出稳定的额区新旧效应;年轻人显示出了显著的反映回想的顶区新旧效应,但中年人的顶区新旧效应边缘显著,老年人的顶区新旧效应没有达到显著水平。该研究证明,即使使用名人面孔材料,老年人的熟悉性和回想过程仍然表现出下降。

Wang等〔22〕采用了结合R/K判断的新旧再认任务。在提取阶段,被试需要对项目作出以下某一种反应:基于回想的R反应,有信心的旧,无信心的旧,无信心的新以及有信心的新。在ERP结果上,年轻人显示出了显著的额区新旧效应(有信心旧>有信心新),但老年人却没有显示出稳定的额区新旧效应;尽管老年人和年轻人均表现为显著的顶区新旧效应(R反应>有信心旧=有信心新),但老年人的顶区新旧效应相对较小。该研究表明,老年人的回想过程有损伤,也有所保留;另外,老年人没有表现出与熟悉性相关的额区新旧效应,Wang等〔22〕认为老年人与年轻人在基于熟悉性的记忆提取机制上可能存在质的不同。

综上,项目再认研究获得的比较一致的结果是,健康老年人的回想过程(左顶新旧效应)是下降的,这种下降可能始于中年期〔21〕。相对于词汇材料,虽然图片材料由于其丰富的知觉细节信息可能会导致更大的熟悉性或回想相关的效应,但是在名人面孔中则没有表现出相似的效应。关于老年人的熟悉性过程是否受损,当前的项目记忆ERP结果比较复杂,难以获得一致结论。

3.2联结记忆任务 考察联结记忆的实验范式包括来源记忆任务和配对联结再认任务。对于联结记忆任务,通常认为回想在提取阶段的贡献相对更大,因为个体需要通过回想过程提取学习过的关系信息。大量研究发现,老年人表现出明显的联结记忆损伤,这一现象在多种实验材料中得到印证〔23〕。老年人的回想能力下降严重〔5,6〕,可能是老年人联结记忆损伤的主要原因。

3.2.1联结记忆年龄差异的电生理证据 Wegesin等〔24〕考察了来源记忆的年龄差异的电生理机制。ERP结果显示,相对于年轻人,老年人表现出更小的左顶新旧效应,提示其回想过程受损。另外,年轻人表现出显著的右侧前额新旧效应,该效应可能反映了提取后的监控和评估〔25〕;老年人没有表现出该效应,但是却显示出年轻人所没有的中部负波。由于许多被试在学习这些刺激时都使用了视觉化的编码策略,所以老年人的中部负波可能反映了名词的视觉表象信息的重新提取〔26〕。研究者认为这一认知活动对于老年人而言可能是“补偿性”的,因为年轻人没有表现出该效应。

Li等〔27〕同样考察了年老化对来源记忆提取过程的影响。与前一研究的不同之处在于,该研究通过增加学习次数操纵了来源记忆成绩。当老年人和年轻人的成绩匹配时,只有年轻人表现出典型的左侧顶区新旧效应。此外,老年人还表现出年轻人所没有的后期左侧负波。与Wegesin等〔24〕相似,Li等〔27〕提出老年人的后期负波反映的是对视觉细节信息的提取,进而推测老年人使用了基于知觉的提取策略,而年轻人则可能使用了基于概念的提取策略。然而,该研究未讨论老年人的后期负波是否反映了补偿性的脑活动。

对于老年人所表现出的后期负波效应,Swick等〔28〕的来源记忆研究也发现了相似结果。该研究显示,相对于年轻人,老年人并没有显示出与回想过程相关的任何ERP效应,表明回想过程受损伤。与Li等〔27〕和Wegesin等〔24〕的研究结果相似,老年人在600~1 200 ms表现出一个较大的左侧额区负波,研究者明确将这一负波解释为老年人补偿性的脑活动。与之类似,Kamp等〔16〕采用联结再认范式考察了老年人联结记忆提取过程的电生理活动。结果显示,老年人没有表现出额区新旧效应以及顶区新旧效应,而是在后期表现出分布在头皮后部的负波。研究者认为该负波可能反映了老年人对联结信息提取困难的补偿。

3.2.2联结记忆年龄差异的影响因素 老年人的联结记忆提取过程受多种因素的影响。比如,Eppinger等〔29〕考察了反馈类型(积极/消极)对刺激材料的来源记忆的影响。该研究发现,年轻人和老年人在积极反馈条件下的来源记忆成绩均优于消极反馈条件。在ERP结果上,积极反馈条件下的来源提取诱发显著的额区新旧效应,而且该效应不存在年龄差异。积极反馈和消极反馈条件下只有年轻人表现出典型的左顶新旧效应,老年人则没有表现该效应,表明老年人在正性反馈条件下主要基于熟悉性进行来源判断,反馈类型对回想过程的影响较小,老年人在两种条件下均表现出下降的回想能力。

Dulas等〔30〕比较了编码策略对来源记忆提取过程的影响,却发现编码策略对老年人的回想过程的影响较大。研究还比较了自我参照编码(“愉悦度”判断,如,对你来说是否友好?)与自我外源性判断(“普遍性”判断,如,对你来说是否常见?)两种编码条件下的来源记忆成绩和提取阶段的ERP特征。行为结果显示,两组被试的来源成绩在愉悦度判断条件下均优于普遍性判断,但年轻人在两种编码条件下的成绩均优于老年人。ERP结果显示,两种编码条件下,老年人早期额区新旧效应比年轻人更小,而左顶新旧效应大小却不存在年龄差异,表明编码策略对老年人的熟悉性影响较小,对回想的影响较大;老年人的熟悉性存在损伤,进而可能导致其来源记忆成绩下降。

除了编码策略外,实验材料也可能影响熟悉性和回想在联结记忆提取阶段的贡献。Zheng等〔31〕考察了不同词对类型(合成词vs不相关词对)对老年人联结再认记忆提取的影响。两种词对的区别在于,不相关词对(如天空-草地)容易形成关系表征,而合成词(如苏州-园林)则易于形成整体表征。ERP结果显示,在合成词条件下,老年人诱发了显著的早期额区新旧效应、左侧顶区新旧效应以及后期右侧额区新旧效应,且年龄差异不显著;在不相关词对条件下,老年人没有表现出早期额区新旧效应,左顶新旧效应和后期右额新旧效应均比年轻人更小,且在700~1 300 ms诱发了显著的后期左侧负波。上述结果提示,个体在合成词条件下能够更多地基于熟悉性和回想进行联结再认,而在不相关词对条件下则表现出的左侧负波,可能反映了老年人对知觉细节信息的提取。

由上可见,联结记忆研究比项目记忆研究展现出更复杂的结果。关于顶区新旧效应,大部分研究发现,老年人表现出消失的或更小的左顶新旧效应,提示其回想过程受老化影响严重,这也可能是其联结记忆成绩下降的主要原因。在仅有的几项考察熟悉性年龄差异的研究中,老年人和年轻人在某些编码条件下表现出相同的额区新旧效应〔29,31〕,也有可能表现出更小的额区新旧效应〔30〕。此外,部分联结记忆研究还发现老年人表现出左侧分布的负波效应〔24,27,28,31〕,该效应是否反映补偿过程,尚缺少证据支持。

3.3线索回忆范式 同联结记忆任务相似,线索回忆任务也是评定回想过程的主要范式。Allan等〔32〕发现,线索回忆会诱发一个左侧顶区ERP效应,与经典的左顶新旧效应相似,该效应反映的也是回想过程。目前,只有Angel等〔33~35〕研究组使用词干线索回忆范式考察了情节记忆提取过程的年龄差异。

Angel等〔33〕发现老年人和年轻人均表现出与回忆相关的顶区ERP效应。然而,老年人的顶区效应出现的时间较晚;此外,年轻人表现出左侧分布的顶区效应,而老年人却是双侧分布。研究者认为这种模式与功能神经成像研究中发现的HAROLD模式(hemispheric asymmetry reduction in the old)类似〔36〕,进而推论老年人双侧化的顶区新旧效应反映了补偿性的脑活动。随后,Angel等〔34〕发现,尽管老年人和年轻人均表现出顶区ERP效应,但老年人的顶区效应相对更小,而且出现时间更晚;此外,老年人依旧表现出双侧化的新旧效应。进一步的相关分析显示,该效应的单侧化程度与老年人的记忆成绩存在负相关,即单侧化程度越低(双侧化),老年人的记忆成绩越好,这一结果支持类似于HAROLD模型的补偿解释。

为了考察ERP记忆效应的个体差异问题,Angel等〔35〕探索了教育水平对词干线索回忆成绩及其ERP新旧效应的影响。研究者根据教育水平的中位数将年轻人和老年人分为高教育和低教育组。结果显示,相对于低教育组老年人,年轻人和高教育组老年人均显示出更大的顶区新旧效应。尽管如此,高教育组的老年人仍然比高教育组的年轻人的顶区ERP效应更小,表明即使是高教育水平的老年人,其回想能力也是下降的。这些结果表明老年人群体不是同质的,教育水平可能对老年人的记忆成绩和相关的脑功能有积极的影响。

综上,在词干线索任务中,老年人表现出更晚且更小的顶区新旧效应,表明老年人回想受年龄影响较大。此外,老年人还表现出了双侧化的ERP新旧效应,这种单侧化程度降低的现象可能反映的是对老年人记忆成绩的补偿机制。教育水平对老年人的线索回忆成绩及提取过程产生的影响较大。

4 讨论与展望

4.1年老化如何影响编码和提取过程 关于情节记忆编码加工,以往ERP研究一致发现,老年人的相继记忆效应比年轻人更小,说明年老化影响情节记忆的编码阶段,具体表现为老年人难以自发进行深度的精细化编码操作。关于提取阶段,对于熟悉性过程,当前的ERP研究并没有获得一致结论。有些研究发现老年人的熟悉性相对完好〔17〕,有些研究则发现老年人的熟悉性受损〔13,18,22〕。由于行为研究表明熟悉性过程在老年人中保留较好〔5,6〕,而ERP研究结果却不一致,其原因可能是老年人和年轻人在与熟悉性相关的神经信号上可能存在质的差异〔22〕。关于回想过程,以往研究较为一致地发现老年人的左顶新旧效应较小或消失,表明老年人的回想能力受损,而且这种回想能力的下降经常伴随着较低的联结记忆成绩。此外,即使是行为成绩与年轻人匹配的老年人〔27〕,或者是高成绩老年人〔35〕,依然会显示出较小的左顶新旧效应。左顶新旧效应大小可能反映了从长时记忆中所提取背景细节信息数量的多少〔37〕,因而,老年人表现出更小的顶区新旧效应说明老年人比年轻人提取了更少的背景细节信息。

4.2ERP记忆效应的补偿机制 部分联结记忆研究发现老年人表现出额外的脑电活动(左侧负波效应),关于这一效应的功能意义是否反映了补偿,以及补偿的是哪些认知过程,目前还不清楚。老年人额外的脑神经活动最早在神经成像研究中被发现〔38〕,由于这种额外的脑活动通常在高成绩的老年人中表现出来〔39〕,所以老年人有可能使用额外的神经网络补偿其记忆成绩。然而,如果额外的脑电活动成功地用于补偿个体的行为成绩的话,这种脑电效应应该与情节记忆成绩存在正相关〔40〕,但很少有研究考察这一问题。另外,如果老年人额外的ERP效应确实反映的是补偿功能,那么究竟补偿的是哪一种认知过程?目前还没有得到系统的探讨。因而,未来研究需要进一步理清老年人所表现出的额外的脑电活动的功能意义。

4.3记忆巩固阶段的年龄差异 当前的研究主要从编码和提取两个角度考察老化如何影响情节记忆。然而,刺激信息在经过编码、存储之后,还要经过巩固阶段,但是关于记忆巩固阶段的年龄差异的ERP研究却相对较少。现有研究主要使用功能神经成像技术考察年轻人在巩固阶段的神经机制〔41,42〕,尚无研究使用ERP技术考察老年人巩固阶段的神经动态性。一个潜在的原因可能是缺乏合适的实验范式和技术指标来进行这方面的研究,因为ERP是与事件信息锁定的电生理活动,而巩固过程通常是在无外在任务的情况下发生。未来研究需要发展新的实验范式和数据分析方法以研究老化如何影响巩固阶段的电生理活动。

5 结 语

事件相关电位技术为考察年老化如何影响情节记忆的编码和提取过程提供了独特的指标。当前ERP研究发现老年人在编码阶段表现出较弱的相继记忆效应,表明其在编码阶段难以进行精细化的编码操作。老年人在提取阶段的左顶新旧效应下降,表明其回想过程受损;关于反映熟悉性的早期额区新旧效应的变化并没有获得一致的结果。此外,老年人在联结记忆提取过程中还表现出特有的左侧负波,该效应可能是一种补偿性的脑活动,用于弥补其下降的回想能力。深入考察老年人脑功能的补偿机制,发展新实验范式和技术指标考察年老化如何影响巩固过程是情节记忆年老化ERP研究的未来方向。

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国家自然科学基金(31271108,31470998,31700974);北京科学技术委员会项目(Z171100000117006);中国科学院知识创新工程(KSCX2-EW-J-8);中国科学院心理健康重点实验室经费(KLMH2014ZG03,KLMH2015ZG06);中国科学院心理研究所科研启动经费(Y5CX131005);中国科学院特色所建设先导启动项目(TSS-2015-06)

李 娟(1972-),女,博士,研究员,博士生导师,主要从事老年认知神经科学研究。

郑志伟(1986-),男,博士,助理研究员,主要从事老年认知神经科学研究。

B842.3

A

1005-9202(2017)20-5200-05;

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.20.111

〔2016-12-10修回〕

(编辑 曲 莉)

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