执行功能对前瞻记忆影响的认知机制

陈 骞 马志璇 王明怡

（北京林业大学人文社会科学学院心理学系，北京100083）

1 引言

前瞻记忆（prospective memory）是相对于回溯记忆提出的记忆类型，指人们对未来将要执行行为的记忆。一般来说，前瞻记忆主要分为时间性前瞻性记忆与事件性前瞻记忆两类。时间性前瞻记忆指记忆在未来某一特定时刻或间隔一定时间后要完成的活动，而事件性前瞻记忆则指在未来某一特定事件出现后激活相关计划。在现实生活中，前瞻记忆失误不仅能导致50%～70%的日常记忆失败，例如忘记归还借阅书籍、忘记出席会议（Holbrook＆ Dismukes，2009），甚至能造成飞机失事（姬鸣，陈星星，周晨琛，苟明霞，2016）等严重事故，因此对前瞻记忆进行深入研究有重要意义。

Einstein 和 McDaniel（1990）提出了一种前瞻记忆实验室实验的方法，该方法是将前瞻记忆任务嵌入到当前进行的任务中去。具体来说，实验要求被试完成一个“当前任务”（短时记忆任务），即记住将要呈现的每组单词并完成记忆测试，同时完成一个前瞻记忆任务，即碰到某个特定单词就做按键反应。这种方法后来成为研究前瞻记忆最常用的范式。

执行功能是监控认知任务执行情况的高级认知加工，可以分为工作记忆、抑制控制与认知灵活性三种子成分（Miyake＆ Friedman，2012）。目前，大量相关与回归研究可以证明，执行功能与前瞻记忆存在密切联系（Spiess，Meier，＆ Roebers，2015）。而以改变执行功能子成分认知负荷水平的各种实验研究方法，则深入探索了各子成分对前瞻记忆的影响。探讨执行功能对前瞻记忆影响的认知机制，有助于深入分析前瞻记忆加工的内在机制，为前瞻记忆的干预实践提供认知基础。

本文对执行功能三种子成分影响前瞻记忆监控机制的研究进行了总结，并提出了一些未来研究方向。考虑到大多数研究选择事件性前瞻记忆进行分析，因此文中除“时间性前瞻记忆”“两类前瞻记忆”之外，“前瞻记忆”一词单独指代事件性前瞻记忆。

2 工作记忆、辅助策略与前瞻记忆研究

2.1 工作记忆与前瞻记忆

工作记忆与前瞻记忆的关系较为紧密，前瞻记忆过程中需要工作记忆参与来保持前瞻任务的内容。Ford等人（2012）发现，时间性与事件性前瞻记忆成绩都与采用倒序数字广度任务测试的工作记忆成绩显著相关（Aberle＆ Kliegel，2010）。Mahy与Moses（2011）控制年龄的影响后发现，工作记忆能较好地预测前瞻记忆成绩。就横向比较而言，在执行功能三个子成分中，与前瞻记忆相关最稳定的就是工作 记 忆 （Spiess，Meier，＆ Roebers，2015，2016）。同时，言语工作记忆 （Wang，Cao，Cui，Shum，＆ Chan，2013）与视空间工作记忆（Bowman，Cutmore，＆ Shum，2015）都被发现能够影响前瞻记忆水平。但是，基于年龄的考察发现，57～93岁的成年晚期被试的工作记忆对两种前瞻记忆成绩的预测水平 （Schnitzspahn，Stahl，Zeintl，Kaller，＆ Kliegel，2013； West＆ Bowry，2005）显著低于5～7岁的儿童与 18～21岁的成年早期被试（Kretschmer，Voigt，Friedrich，Pfeiffer，＆Kliegel，2014； West ＆ Bowry，2005），该现象可能是由于高龄个体通过更合理的策略减少了工作记忆老化的负面影响。此外，在自然情境中老年人的前瞻记忆表现比年轻被试还要好 （Azzopardi，Auffray，＆ Juhel，2015），这也被称为 “年龄—前瞻记忆悖论”。综合这两点来看，完成前瞻记忆任务时，策略的使用可能比较普遍。

在实验操作方面，研究者常采用改变进行中任务工作记忆负荷的方法来探究工作记忆对前瞻记忆的影响。如West与Bowry（2005）通过N-Back范式来控制工作记忆负荷，该范式要求被试判断当前字母与之前第N个呈现的字母是否相同后进行按键反应，并通过变换N的取值来控制工作记忆负荷量，而前瞻记忆任务部分，研究者要求被试判断字母是否通过特定颜色呈现。实验结果发现，不同负荷下成绩差异显著，前瞻记忆成绩对工作记忆负荷反应较为敏感。近年，Voigt等人（2014）选择了 5～14 岁的儿童作为被试，并且集中研究了刷新任务的负荷对前瞻记忆能力发展的影响，发现5岁儿童在高、低负荷下的前瞻记忆成绩无显著差异，但9．5到14岁年龄阶段的儿童在高、低负荷下的前瞻记忆成绩存在明显差别。Voigt等基于这一结果推测：在低龄儿童的前瞻记忆加工过程中工作记忆仅影响任务内容的储存，而年龄更大的儿童基于工作记忆发展出了处理前瞻记忆任务的策略模型，因此受到工作记忆负荷的影响更为显著。

2.2 工作记忆与辅助策略

工作记忆对前瞻记忆预测水平的特殊年龄效应使得研究者引入了“辅助策略使用”这一概念。由此可见，工作记忆可能并非仅仅储存前瞻任务设定，同时也负责辅助策略的储存与激活。验证并拓展这一结论有助于理解在无策略条件下工作记忆的作用，也能为一些应用领域提供理论支持，例如通过辅助策略的训练来提高前瞻记忆成绩等。

执行意向（implementation intention）就是一种典型的前瞻记忆策略。执行意向指将一个预期情境与特定反应联系起来，确定个体在某一时间地点需要进行特定计划的策略（Gollwitzer，1999），可以简化为“如果出现情境X，那么执行行动Y”的意向。目前对该策略的作用机制意见不一，有研究者认为执行意向使得前瞻记忆意向可以自动化地与行为进行联结（Gollwitzer，1999）。不过，更多的研究者认为执行意向加强的是线索与目标之间的联结，因而提高了前瞻记忆的水平（McDaniel＆ Scullin，2010）。在联结加强的情况下，线索觉察 （McFarland＆Glisky，2012）、 意向唤醒 （Rummel，Einstein，＆Rampey，2012）以及任务执行的效率都有所提高。这一策略在改善老年人与认知能力受损患者的前瞻记忆能力方面有明显的效果（Lee et al．，2016）。

那么，工作记忆在这种前瞻记忆策略中起到了怎样的作用？Burkard，Rochat，Emmenegger，Gold与Linden（2014）发现，工作记忆能调节执行意向的效率，即执行意向仅仅在工作记忆能力较好的个体中提高了前瞻记忆的成绩。另一方面，Meeks，Pitães与Brewer（2015）则研究了工作记忆能力较低的被试对于执行意向的反应。结果显示，当被试采用了执行意向策略时，工作记忆广度不再与前瞻记忆成绩显著相关，而执行意向依旧可以提高前瞻记忆能力。不过，有研究发现了工作记忆水平无法调节执行意向效率的情况（Burkard，Rochat，Gold，＆ Linden，2014）。研究者分析认为，这是由于实验采用的工作记忆任务仅需要储存成分与较少的信息处理成分参与，因此无法对于涉及策略运用的执行意向产生显著影响。结合上述研究分析可以发现，高工作记忆水平并非执行意向改善前瞻记忆的必要条件，但可以大大提高其改善效率。从机制上来看，执行意向并非完全自动化，其存在着控制加工的成分（McDaniel＆ Scullin，2010）。控制加工中执行意向联结的形成及其与前瞻线索的对照可能都需要工作记忆的支持（Burkard，Rochat，Emmenegger，Gold，＆ Linden，2014）。

类似于执行意向，未来情景思维 （episodic future thinking，EFT）也是一种可以提高前瞻记忆成绩的策略。EFT是指人类将自我投射到未来以预先经历未来事件的能力。对于前瞻记忆而言，这种策略的使用能力在儿童 （Nigro，Brandimonte，Cicogna，＆ Cosenza，2014）、低龄成人（18-30 岁）与高龄成人（65-85 岁）（Terrett et al．，2015）中都可以较好地预测前瞻记忆表现，而当其作为一种额外辅助策略出现时也能显著提高前瞻记忆成绩（Altgassen，Kretschmer，＆ Schnitzspahn，2017）。已经有多项研究证明，工作记忆在这种思维中起到了重要作用（D’Argembeau，Ortoleva，Jumentier，＆ Linden，2010； Hill ＆ Emery，2013； Zavagnin，Beni，Borella，＆ Carretti，2016）。有研究者为了探究工作记忆差异对未来情景思维的影响，让大学生被试完成简单和复杂的工作记忆测试后回忆个人的复杂生活事件（自传体记忆），之后想象一些在详细程度上递增的未来事件。结果发现，在控制了自传体记忆后，工作记忆独立预测了未来情景的特异性。

结合关于EFT、工作记忆与前瞻记忆的研究可以推测，工作记忆为前瞻记忆策略的运用提供了记忆空间，而无论是执行意向还是EFT，其最终能发挥多少辅助作用明显会受到工作记忆水平的影响。因此，从执行意向等额外引入的、能改善前瞻记忆的策略入手，也许能更清楚地呈现出在更为灵活的现实情境下工作记忆对前瞻记忆的辅助作用。

综合常规与策略辅助情况下的前瞻记忆研究可以发现，工作记忆对于前瞻记忆水平有较好的预测能力，但是在不同年龄段其预测水平有所波动，这一现象可能是由于个体的策略模型发展变化导致的。结合前文所述的“年龄—前瞻记忆悖论”现象可见，年龄、策略、工作记忆与前瞻记忆间存在较为复杂的相互作用。

3 抑制控制、中断模式与前瞻记忆研究

3.1 抑制控制与前瞻记忆

抑制控制指对与当前任务无关的信息或与任务要求不符的行为进行抑制的能力（Diamond，2012），狭义的执行功能仅仅包括抑制控制，因而可以认为是执行功能的核心成分。研究者推测在前瞻记忆中抑制控制的作用体现为对干扰信息的抑制（Kvavilashvili，Messer，＆ Ebdon，2001），以及对于不恰当反应的抑制 （Bisiacchi，Schiff，Ciccola，＆ Kliegel，2009； Schnitzspahn et al．，2013）。然而许多研究并没有反映出上述作用机制，如在相关研究方面，研究者采用了包括水果Stroop任务（Spiess，Meier，＆ Roebers，2015），昼夜 Stroop任务（Mahy＆ Moses，2011）在内的多种任务，均发现抑制控制与前瞻记忆成绩的相关不显著。此外，实验研究中，研究者在控制了抑制控制负荷大小（Altgassen，Koch，＆ Kliegel，2014）与线索—前瞻任务联结强度（Cook，Ball，＆ Brewer，2014）之后依旧发现，抑制控制不会影响前瞻记忆成绩。但也有回归分析发现，抑制控制在解释前瞻记忆成绩中的比例并不低 （Schnitzspahn et al．，2013）。Mahy，Moses 和Kliegel（2014b）与 Zuber，Kliegel和 Ihle（2016）的实验也都发现了抑制控制与前瞻记忆显著相关的结果。可见，关于抑制控制与前瞻记忆联系的研究结果并不统一。

Mahy等人（2014b）对4～5岁的儿童进行实验发现，当前瞻线索不显著的情况下，抑制控制在年龄对前瞻记忆的影响中起完全中介作用。另一方面，Zuber等人（2016）采用了20～68岁的成人被试，发现前瞻记忆分为聚焦（focal）与非聚焦（nonfocal）两种线索。其中，聚焦条件下个体对进行中任务和前瞻记忆任务的区分是基于相同维度的特征，如两类任务的线索分别为不同颜色的单词，而非聚焦条件下两类任务则基于不同维度的加工。结果发现，聚焦条件下前瞻记忆水平与抑制控制显著相关。综合两项研究可知，在前瞻线索不显著的条件下，由于线索较模糊降低了被觉察到的可能，因此完成前瞻记忆任务需要更高的抑制控制水平（Mahy et al．，2014b），而聚焦条件下可能也需要抑制控制的参与，以使得个体能够集中于当前任务（Zuber et al．，2016）。此时，个体高度专注的进行中任务成为了更强的优势反应任务，脱离该任务转向前瞻记忆任务需要更多的抑制控制资源。因此，单纯的双任务设定并不代表抑制控制一定会参与加工，其作用机制还受到前瞻线索特征的影响。

3.2 抑制控制与中断模式

常规的前瞻记忆任务一般将前瞻线索设定在一次完整的任务结束后出现，而中断模式指在进行中任务尚未结束时出现前瞻线索，使得个体转向处理前瞻记忆任务。早期研究认为，进行中任务的中断是前瞻记忆任务在日常条件下非常重要的特征之一（Kvavilashvili＆ Ellis，1996）。中断模式需要更多的注意资源 （Kvavilashvili，Messer，＆ Ebdon，2001），相比常规模式其前瞻记忆成绩也有所下降。Kvavilashvili等人（2001）认为其成绩下降的原因在于：前瞻记忆任务插入进行中任务后，个体完成前瞻记忆任务时需要更多的抑制控制功能来与进行中任务的反应进行对抗。有研究者（Cockburn，1995）发现，一位前额叶（执行功能相关脑区）受损的病人在完成各项测试时，成绩最差的测试正是中断模式下的前瞻记忆任务。

早期研究对于抑制控制在中断模式下的作用从侧面进行了验证。如 Kliegel，Mackinlay与 Jäger（2008）假设，7岁左右低龄儿童水平较低的抑制控制能力会扩大其中断模式下的年龄效应，因为抑制控制本身的年龄效应也会参与其中。实验结果显示，在非中断模式下一年级和四年级儿童的前瞻记忆表现几乎持平，而在中断模式下四年级儿童的表现远远地好于一年级儿童。

Wang，Kliegel，Liu 和 Yang（2008）的研究也发现，3～5岁儿童的前瞻记忆成绩在常规模式下无显著差异，而在中断模式下，存在显著的年龄效应。在针对2到6岁儿童的中断模式前瞻记忆成绩的研究中，也发现了明显的年龄效应（ ÉSlusarczyk ＆ Niedéz wieńska，2013），但 2岁与 6岁儿童的中断模式成绩与常规条件没有显著差异。结合抑制控制的发展情况可以推测，2岁儿童可能并没有发展出有效的抑制控制功能，而6岁儿童的抑制控制水平可能已经足够支持其完成难度较低的中断模式任务，因此这两种情况下都表现为中断任务与常规任务成绩差异不显著。3～5岁的儿童其抑制控制能力处于发展当中，因而体现出了明显的中断模式年龄效应。需要注意的是，上述研究并没有直接证明抑制控制参与了中断模式的前瞻记忆任务，抑制控制的参与仅仅是实验结果的可能解释之一。

综上所述，抑制控制是否参与前瞻记忆加工尚不完全明确，考虑到任务设置的差异与实际情境中的因素变化，在难以脱离进行中任务时，抑制控制可能会参与辅助任务的完成，但对应的前瞻线索特征还需要进一步研究来确定。另一方面，中断模式是研究前瞻记忆中抑制控制机制的重要切入点，这一模式不仅通过提高任务难度减少了天花板效应出现的可能性，还一定程度上解决了前瞻记忆双任务范式的外部效度问题。考虑到目前的研究以推测为主，未来不仅应当通过更多的纵向研究来确定两者发展的关系，还可以开展实验进一步探索因果机制。

4 认知灵活性与前瞻记忆研究

在执行功能的子成分中，认知灵活性指在不同的任务要求之间进行切换的能力。在前瞻记忆加工时，认知灵活性功能可能影响了个体在进行中任务与前瞻任务间进行切换的能力（Kerns，2000）。实验中一般采用任务切换范式来测量认知灵活性的表现，被试需要分别执行重复任务（AAA或BBB）和切换任务（ABAB），切换任务需要被试根据线索不停改变完成任务的方式。如Schnitzspahn等人（2013）分别采用了类别切换范式与颜色—形状切换范式对认知灵活性进行测量，结合前瞻记忆的测量结果进行回归与结构方程模型分析发现，切换可以较好地预测前瞻记忆成绩。 其后Altgassen，Vetter，Phillips，Akgün 和 Kliegel（2014）也采用了颜色—形状切换范式对认知灵活性与前瞻记忆的关系进行分析，发现在青春期被试中同样出现了较好的预测结果。此外，Gonneaud等人（2011）发现，切换与两类前瞻记忆成绩存在边缘显著相关。整体来看，认知灵活性可能也参与到前瞻记忆的加工过程中。

5 展望

综上，执行功能对前瞻记忆影响的认知机制可能是，工作记忆为保存和提取前瞻记忆任务的内容提供了空间，且这一基础作用在需要引入额外策略时会被放大；抑制控制是否参与前瞻记忆加工与前瞻线索特征有关，其可能在难以脱离进行中任务的情况下才会参与加工；最后，认知灵活性可能保证了进行中任务与前瞻记忆任务之间的灵活切换。以相关研究为基础，当前我们已经确认了执行功能与前瞻记忆的相关性，但是要继续揭示其核心的认知机制还需要在实验的基础上进一步拓展。执行功能各子成分在前瞻记忆过程不同阶段中的作用机制差异，以及在个体前瞻记忆发展的不同阶段所起到的作用等都是待解决的关键问题，同时，该领域还有一些重要研究方向值得进一步深入探索。

首先，当前对时间性前瞻记忆的研究太少，而时间性前瞻记忆可能需要更多的执行功能参与。Mahy等人（2014a）认为，在没有外源线索的情况下，时间性前瞻记忆需要更多的认知资源进行监控。具体到模型来看，Harris和 Wilkinson（1982）提出的测试—等待—测试—退出（Test-Wait-Test-Exit，TWTE）模型中，被试从编码意向到执行意向两个阶段之间需要不停对时间进行检测，直到目标时间出现才退出这一循环并做出反应，这种持续的监控很可能需要执行功能的支持。此后，Block与Zakay（2006）提出了一个较新模型——注意阀门模型（attentional-gate model），该模型中存在一个控制信号流量的注意阀门，当条件显示需要监控时间间隔时，通过阀门的信号量会增加，而阀门的控制由执行功能完成。当进入匹配过程后，计数器中储存的时间信号会转入工作记忆，并不断与长时记忆中目标时间间隔的编码进行比较。这一理论不仅将执行功能引入了时间性前瞻记忆的模型，还进一步确认了工作记忆在此机制中的重要作用。结合这两个模型的理论可以发现，在提高了监控要求的时间性前瞻记忆中，执行功能的支持是必要的。

其次，前瞻记忆的实验室范式还需要丰富。目前无论是事件性还是时间性前瞻记忆，基本都采用的是实验室双任务范式，这一方法固然便于操作，但是该范式的缺陷尤其是外部效度问题也是无法回避的。经典的双任务范式因为时长的限制导致进行中任务数目相对较少，而且前瞻线索出现的时间范围也大为受限。因此，真实情境中完成前瞻记忆任务所需要监控处理的信息冲突并没有完全体现在实验室范式中，或者只是出现在提高了冲突水平的任务中。简单任务中没有足够的认知资源冲突，自然也无法激活对应的监控认知机制。如Martin，Kliegel与McDaniel的研究（2003）发现，执行功能可以较好地预测前瞻记忆成绩，但这一现象仅仅在复杂任务与多任务范式中出现。Ward等人（2005）施测的结果也显示，自动定序选择任务 （self－ordered pointing task，SOPT）与Stroop任务仅在负荷更高的条件下能预测前瞻记忆成绩。因此，如果不对这一系列问题进行反思，可能会导致前瞻记忆研究单纯变为双任务范式研究变式的一种。

最后，中介效应分析可能有助于进一步改进研究。相比单纯分析两变量的相关系数，中介效应分析可以增加相互影响的变量数目并分析其中更复杂的作用机制（温忠麟，叶宝娟，2014）。已有研究发现，执行功能可能在前瞻记忆中发挥了两类中介作用。一是体现在年龄与前瞻记忆发展之间，说明前瞻记忆能力的提高可能是通过监控机制的发展实现的。具体来看，抑制控制、工作记忆与认知灵活性在年龄与前瞻记忆水平间发挥中介作用的年龄段分别出现在了 4～5 岁、5～8 岁与 61～95 岁（Mahy et al．，2014b；Kretschmeretal．，2014； Azzopardi，Juhel，＆Auffray，2015）。然而，目前的研究对上述年龄特征并没有足够深入的分析，关于执行功能各成分发挥中介作用的年龄段的精确分布，以及这种分布出现的心理机制都尚不明确，需要深入研究解答。二是在影响因素与前瞻记忆水平之间，各种因素可能直接影响了执行功能的处理，进而改变了前瞻记忆表现。包括本文所讨论的中断条件、辅助策略等因素在内，还有诸如动机、线索显著性、延迟间隔等因素（Mahy et al．，2014a）已被证明会影响前瞻记忆成绩，但尚缺乏进一步的研究来探讨执行功能在两者之间的中介机制。如果能够证明执行功能的三种子成分是特定因素与前瞻记忆水平之间的中介变量，也许可以结合因素的特征发现各个子成分在前瞻记忆进程中的具体作用。