人類面孔識別工作記憶的腦電位特征*

孫天義 許遠理 郭春彥

(1華東師范大學心理與認知科學學院,上海 200062)(2信陽師范學院心理系,信陽 464000)(3首都師范大學心理系,北京市“學習與認知”重點實驗室,北京 100048)

1 引言

面孔是一種意義豐富的非語言刺激,是人類表達、認知情感的重要工具和途徑。面孔識別是人類社會生活的一項重要技能,在缺乏外部線索的情況下,它有助于我們對他人面孔的熟悉度、情緒狀態、社會地位、性別、年齡和種族等方面有一個較明確的認識,從而更有利于人們社會交往和適應環境。

面孔識別與物體識別都是人類社會生活中的重要功能,兩者之間是否有著相同的腦機制,是否存在獨立的面孔加工系統與一般物體加工系統,這些是長期以來存在爭議的問題(Moscovitch,Winocur,&Behrmann,1997)。有研究者主張面孔識別具有特異性,例如,面孔失認癥病人雖然對面孔不能識別,但對其他物體的識別卻基本沒有困難(Diamond,Valentine,Mayes,&Sandel,1994;Meadows,1974;Young &Ellis,1989)?，F代無創傷腦成像技術PET和fMRI方面的研究發現,人類大腦皮層上存在某些區域專門負責面孔加工,研究者將該區域稱為梭狀回面孔區(Kanwisher,McDermott &Chun,1997;McCarthy,Puce,Gore,&Allison,1997)。而高時間分辨率的ERP技術對跟蹤面孔識別加工進程更為有效。如 Bentin,Allison,Puce,Perez和McCarthy(1996)在對正立面孔、倒置面孔、扭曲面孔、孤立面孔，以及非面孔刺激引發的 ERPs進行比較的實驗中發現,只有刺激是面孔時,才會在腹側顳葉后部和腦后部電極T5及T6處引發一個負波N170(時間在170 ms左右的負波),而汽車、手、家具等均不能產生 N170。還有研究發現,在枕顳兩側,面孔刺激誘發的負波波幅總是比以同等方式呈現的其他刺激(鳥、汽車等) 引起的波幅大得多(Eimer,1998,2000)。研究者認為面孔和其他物體之間的這種N170差異反映了面孔加工具有特異性。并且,研究還發現面孔 N170具有右半球優勢(Rossion &Jacques,2008;Tanaka &Pierce,2009;Cauquil,Edmonds &Taylor,2000)。這些研究發現的“右半球優勢”缺乏統一性,且所選擇的電極較少(如Rossion和Jacques選擇的是P10一個電極;James和Lara使用PO7、PO8;Cauquil,Edmonds和Taylor選用左側枕顳的P7和P9,以及右側枕顳區的 P8和 P10),缺乏代表性,不足以說明右半球優勢的具體情況。此外,研究者發現人類面孔識別不僅具有特異性,而且具有較高的遺傳性(Wilmer et al.,2010)。還有,對于面孔識別是整體加工還是局部加工仍存在爭議。S.I.Choi,C.H.Choi,Jeong和 Kwak(2012)使用一種像素選擇的方法,發現該方法可以提升面孔識別的成績,這種方法還可以減少面孔識別加工的記憶和計算負荷,認為面孔識別為局部加工過程,而Van Belle,De Graef,Verfaillie,Busigny和Rossion(2010)的專家面孔識別研究卻發現,專家的面孔識別不是依靠局部特征,而是視面孔為一整體,支持整體加工。

在人群中搜索特定的面孔(即靶),并把它與其他面孔(分心物)區分開來,涉及到工作記憶(working memory,WM) 。WM是指個體在執行認知任務過程中,用于信息的暫時儲存與加工的資源有限的系統(Baddeley,2001,2003,2008,2010;Guo,Adam,Zhang,&Jiang,2008)。由于WM在人類高級認知活動中的突出重要性,Goldman-Rakic(1992)把它評價為“也許是人類心理進化中最重要的成就”。工作記憶作為一種理論構想雖然已有 30多年的研究歷史,但對工作記憶如何測量還有待進一步的探索。郭春彥等人(Guo et al.,2008;劉榮,郭春彥,姜揚,2006)采用延遲樣本匹配(Delayed matching-to-sample)任務范式,通過 ERP技術探索兒童及成人對客體工作記憶的神經機制,提出工作記憶的ERP測量方法,即使用靶刺激的ERPs減去分心物刺激的 ERPs,兩者的差異波反映了被試對靶的保持和對分心物排除的過程。那么,作為視覺系統刺激加工的一個典型代表——面孔識別,其工作記憶用此方法測量結果怎樣？兩者之間有何異同？

已有的面孔識別研究,實驗任務以簡單的分類任務為主(如面孔與房子、汽車等),沒有涉及到信息的保持與進一步加工,若以此揭示面孔識別加工的過程,證據顯得還不夠充足。此外,工作記憶過程會受長時記憶的影響,先前的學習應予以體現,并與未學習的內容進行對照。因此,我們采用延遲樣本匹配任務范式(Guo et al.,2008),以面孔作為刺激物,分別考察對熟悉靶面孔、新靶面孔的追蹤匹配,以及長時記憶對工作記憶的影響,目的在于：考察面孔識別腦電N170成分在熟悉靶和新靶、靶與分心物、以及左右枕顳區的異同,分析面孔識別 N170成分對應的加工階段及其腦區優勢效應;探索工作記憶中面孔識別的 ERP特征,驗證工作記憶的ERP測量方法。

2 方法

2.1 被試

被試為16名在校本科生。男女各8名,年齡在19～23歲之間,平均年齡為 20.31歲。被試均為右利手,身體健康,視力或者矯正視力正常。實驗前均與學生簽訂自愿實驗協議,實驗結束后給予一定報酬。

2.2 刺激材料

數碼相機拍攝的青年人面孔彩色照片作為刺激材料,其中男女各半,表情中性,面部無明顯標志(如胡須、眼鏡、皮膚痣、化妝等),經軟件Adobe Photoshop(7.0)處理后達到大小、明暗和對比度等一致。面孔圖片共240張,圖片大小為8.3 cm × 5.4 cm(高×寬)。實驗前先讓被試學習記憶其中的 60張面孔(男女各30張),在工作記憶任務階段,該60張面孔圖片分別作為熟悉靶或熟悉分心物;另 180張未見過的面孔圖片中,60張用作新靶圖片,余下的120張用作新分心物圖片。整個刺激圖片呈現在屏幕中央。

2.3 實驗程序

實驗共有12個組(Block),每組包括10個序列(sequence)。任一個序列都是由 1個靶圖片和 9個測驗圖片組成,序列分兩種：一種是“熟悉靶——熟悉靶、熟悉分心物、新分心物”;另一種為“新靶——新靶、熟悉分心物、新分心物”。且每個序列中面孔在性別上是一致的,總的序列中一半是男性面孔,一半是女性面孔。5個男性面孔序列和 5個女性面孔序列隨機混合構成一個組,且每一組內的序列是同種序列(即同為“熟悉靶——熟悉靶、熟悉分心物、新分心物”或“新靶——新靶、熟悉分心物、新分心物”)。各組出現順序采用“ABBAAB···”方法平衡。

實驗分為學習階段和測驗階段(實驗程序見圖1)。學習階段,被試在正式實驗之前先學習并記憶60張面孔圖片,對這些面孔的再認正確率均在95%以上(為了保證高的正確率,讓被試在正式實驗前記憶這些面孔,達到較高的熟悉度);測驗階段,被試坐在照明柔和適度的實驗室被試間內計算機屏幕前,雙眼與屏幕中心齊平,視距 80 cm,視角約為 7°,要求被試始終注視屏幕中央的注視點,游戲柄的1,5兩鍵作為左右手食指反應鍵。實驗程序由 presentation(15.0版)編寫,使用 17英寸(1024×768)聯想 LCD 顯示器,刷新頻率為 60 Hz,奔Ⅲ計算機。

實驗時先呈現一個靶面孔(熟悉靶或新靶)3000 ms,同時伴隨著提示音“?！钡穆曇?之后隨機呈現三種測驗面孔圖片,每種測驗面孔圖片重復出現2～4次(共 9次),不同類型測驗圖片呈現次數在整體上進行匹配。每個測驗面孔圖片呈現時間為700 ms,兩個圖片呈現間隔1000～1200 ms(ISI)隨機變化,此間屏幕中央顯示“+”注視點。相繼兩個序列之間呈現“+”注視點2500 ms。在出現三種測驗圖片時,要求被試對“靶”做一個按鍵反應,對“分心物”(熟悉的和新的)做另一個按鍵反應。左右手按鍵順序進行被試間平衡,要求被試又快又準的進行反應。每組結束后被試休息2～3 min。

2.4 ERPs記錄

采用Neuroscan ESI-64記錄和分析系統,按國際10～20系統擴展的64導電極帽記錄EEG。鼻尖作為參考電極(采集數據時以鼻尖做參考,離線分析時再轉換為雙側乳突參考),另有 4個電極記錄眼電：左眼眶上、下側2個電極記錄垂直眼電,兩眼外側的2個電極記錄水平眼電。接地點在Fpz和Fz連線的中點,A/D采樣率為500 Hz,電極與頭皮接觸電阻均保持小于5 k?。

2.5 ERPs數據處理與統計分析

完成連續記錄原始腦電,然后離線(off-line)疊加處理數據。合并CNT原始數據后,程序剔除反應錯誤的序列。分析時段取刺激呈現到900 ms,濾波帶通為0.05～40Hz,以-100～0 ms作為基線進行矯正,以±75 μV標準排除伴有眨眼、眼動、肌電等偽跡的數據,最后做組平均。本實驗只分析測驗圖片的腦電數據,對反應正確的EEG進行疊加。根據相關研究(Gosling &Eimer,2011;Rossion &Caharel,2011;Studer et al.,2010;Rossion &Jacques,2008;Frühholz,Jellinghaus,&Herrmann,2011;Tanaka &Pierce,2009;Dennis,Malone,&Chen,2009)以及對本實驗 ERPs波形的直觀觀察,面孔識別的特異成分N170分析選取枕顳區P7、P8、PO7、PO8、O1、和O2共6個電極,以160～180 ms的平均振幅作為N170成分的振幅;工作記憶中面孔識別的ERP特征選用5個中線電極FPz、Fz、Cz、Pz和Oz進行分析,分析時段為 250～450 ms、450～650 ms。

數據統計采用被試內重復測量的方差分析。根據本實驗變量情況,在以往研究的基礎上進行計劃比較分析的方法(Keppel,1991),方差分析的

p

值采用Greenhouse-Geisser法校正,腦電地形圖由64導數據得出。

圖1 實驗程序

3 結果

3.1 行為數據

在不同靶面孔條件下,3種測驗面孔圖片的反應時和正確率見表1。采用2×3兩因素重復測量方差分析,兩因素分別為靶條件(新靶、熟悉靶)、測驗圖片類型(新分心物、熟悉分心物和靶)。統計結果顯示,在平均反應時上,靶條件與測驗圖片的交互作用不顯著,靶條件的主效應、測驗圖片的主效應均不顯著,反應時均沒有顯著差異。正確率上,靶條件與測驗圖片的交互作用不顯著,靶的主效應不顯著,測驗圖片類型的主效應顯著(

F

(2,30)=38.28,

p

＜0.01),熟悉靶條件下,靶與新分心物、熟悉分心物差異顯著(t檢驗

p

值均小于0.001);新靶條件下,靶與新分心物、熟悉分心物差異顯著(t檢驗

p

值均小于0.001)。兩種靶條件下,靶比分心物的正確率更低;新分心物、熟悉分心物間沒有顯著差異,新靶和熟悉靶的差異不顯著。

3.2 腦電結果

3.2.1 枕顳區兩側面孔特異性成分N170

新靶條件下,靶、熟悉分心物、新分心物在枕顳區兩側電極 P7、P8、PO7、PO8、O1、O2上的ERP波形,以及熟悉靶條件下,靶、熟悉分心物、新分心物在枕顳區兩側電極P7、P8、PO7、PO8、O1、O2上的ERP波形如圖2,對應的各電極N170成分的振幅如表2。在同一電極位置上,單因素重復測量方差分析表明,六種面孔刺激(即新靶條件下靶、熟悉分心物、新分心物面孔,以及熟悉靶條件下靶、熟悉分心物、新分心物面孔)誘發的N170成分均沒有顯著差異(

ps

＞0.9);在枕顳區,三因素重復測量方差分析2(左側：P7、PO7、O1,右側：P8、PO8、O2) × 3(前：P7、P8,中：PO7、PO8,后：O1、O2) × 6(新靶條件下的靶,熟悉分心物,新分心物,熟悉靶條件下的靶,熟悉分心物,新分心物)顯示,三重交互作用不顯著,左右側與前中后位置兩重交互作用顯著(

F

(2,30)=8.86,

p

＜0.01),進一步簡單效應檢驗發現,在P7、P8兩電極上N170振幅差異顯著(

p

＜0.05),P8的振幅大于P7的振幅(如圖3所示),即右側顳葉振幅大于左側顳葉振幅,但左右位置的主效應不顯著,因此,面孔識別 N170的右半球優勢具體為顳區的右側優勢。

3.2.2 靶與分心物的ERPs

考察頭皮電極上波形總的特點,選取有代表性的前額區(FPz)、額區(Fz)、中央區(Cz)、頂區(Pz)和枕區(Oz)作為分析的電極,在新靶條件和熟悉靶條件下,靶、熟悉分心物、新分心物的波形如圖4,對應的面孔刺激均誘發了 P300成分,在頂區達到峰值。靶和分心物從250 ms開始分離,延遲到500 ms左右。靶比分心物的波形更正。

熟悉靶條件下,進行3(靶、熟悉分心物、新分心物) × 5(FPz、Fz、Cz、Pz、Oz)兩因素重復測量方差分析,結果表明：在250～450 ms,交互作用顯著(

F

(8,120)=5.22,

p

＜0.01),進一步簡單效應檢驗發現,靶與兩種分心物在 FPz、Fz、Cz、Pz及 Oz差異顯著(

ps

＜0.01),且靶的振幅顯著高于兩種分心物,熟悉分心物僅在FPz顯著正于新分心物(

p

＜0.05),而其它腦區差異不顯著;在450～650 ms,兩因素的交互作用顯著(

F

(8,120)=19.29,

p

＜0.01),簡單效應檢驗顯示,靶的振幅與兩種分心物的振幅在FPz、Fz上差異顯著,靶的振幅低于分心物(

ps

＜0.05),在Cz上無顯著差異,而Pz、Oz上靶顯著高于分心物(

ps

＜0.05)。熟悉分心物振幅僅在FPz上顯著高于新分心物的振幅(

p

＜0.05)。新靶條件下,3(靶、熟悉分心物、新分心物) × 5(FPz、Fz、Cz、Pz、Oz)兩因素重復測量方差分析表明：在 250～450 ms,交互作用顯著(

F

(8,120)=3.26,

p

＜0.01),簡單效應檢驗顯示,靶與兩種分心物在 FPz、Fz、Cz、Pz及 Oz差異顯著(

ps

＜0.05),且靶的振幅顯著高于兩種分心物,熟悉分心物僅在FPz邊緣顯著正于新分心物(

p

=0.06),其它腦區差異不顯著;在450～650 ms,兩因素的交互作用顯著(

F

(8,120)=13.98,

p

＜0.01),簡單效應檢驗顯示,靶的振幅與兩種分心物的振幅在FPz、Fz上差異顯著,靶的振幅低于分心物(

ps

＜0.05),在 Cz上無顯著差異,而 Pz、Oz 上靶顯著高于分心物(

ps

＜0.05)。熟悉分心物振幅與新分心物的振幅差異不顯著。

表1 平均反應時與正確率(園括號內數值為標準誤)

圖2 電極P7、P8、PO7、PO8、O1、O2在不同靶條件下靶、熟悉分心物和新分心物的波形

表2 靶、熟悉分心物和新分心物的N170平均振幅(圓括號內數值為標準誤,單位為μV)

(1) 新靶與熟悉靶的ERPs

考察不同靶誘發的 ERP波,發現新靶與熟悉靶在整個腦區均誘發了明顯的 P300成分,新靶波形比熟悉靶更正(如圖5 A)。

圖3 靶、熟悉分心物和新分心物的N170平均電位

2(新靶、熟悉靶) × 5(FPz、Fz、Cz、Pz、Oz)兩因素重復測量方差分析表明：在250～450 ms,靶的主效應顯著(

F

(1,15)=6.78,

p

＜0.05),新靶比熟悉靶更正,但兩因素交互作用不顯著;450～650 ms,靶的主效應不顯著,兩因素的交互作用也不顯著。這與兩種靶的差異波地形圖(圖5 B)相吻合。

(2) 新分心物與熟悉分心物的ERPs

分別將兩種靶條件下的新分心物、熟悉分心物進行合并,結果發現新分心物和熟悉分心物的波形相似,并且走向一致,兩種分心物都誘發 P300成分并在腦區后部的振幅最大,熟悉分心物比新分心物更正(圖6 A),并且主要出現在前額區。

2(新分心物、熟悉分心物) × 5(FPz、Fz、Cz、Pz、Oz)兩因素重復測量方差分析發現：在250～450 ms,兩因素的交互作用顯著(

F

(4,60)=5.57,

p

＜0.01),簡單效應檢驗顯示,分心物的振幅在FPz上差異顯著,熟悉分心物的振幅高于新分心物;450～650 ms出現類似的結果,兩因素的交互作用顯著(

F

(4,60)=3.56,

p

=0.01),簡單效應檢驗表明熟悉分心物的振幅在FPz上顯著高于新分心物。這與兩種分心物差異波的地形圖(圖6 B)相一致。

(3) 新舊工作記憶的ERPs

工作記憶的測量采用靶ERPs減去分心物ERPs的方法,此種方法體現了被試對靶的保持、選擇和對分心物排除的過程。在新靶條件下,用靶 ERPs減去新分心物 ERPs獲得新面孔的工作記憶 ERPs(以下簡稱新工作記憶);熟悉靶條件下,靶ERPs減去熟悉分心物ERPs獲得熟悉面孔的工作記憶ERPs(以下簡稱舊工作記憶)。從ERPs波形觀察(圖7 A),新、舊工作記憶均在300 ms至400 ms出現波峰,兩者的潛伏期略有不同,新工作記憶比舊工作記憶更早。新、舊工作記憶的腦地形圖(圖7 B)與此吻合。

2(新工作記憶、舊工作記憶) × 5(FPz、Fz、Cz、Pz、Oz)兩因素重復測量方差分析發現：在250～450 ms兩因素交互作用未達到顯著水平,工作記憶的主效應也均不顯著;450～650 ms,兩因素交互作用不顯著,工作記憶的主效顯著(

F

(1,15)=4.54,

p

＜0.05),新工作記憶比舊工作記憶的波形更正。

圖4 靶、分心物ERPs波形

4 討論

采用延遲樣本匹配任務范式探討面孔識別的工作記憶。實驗時被試先看 1張靶面孔(熟悉面孔或新面孔),接著對呈現的 9張面孔(包括靶、熟悉分心物和新分心物)做靶和分心物的區分判斷反應。Desimone(1996)曾提出類似的過程中,被試需要進行三種操作才能正確地完成匹配任務。首先,被試必須注意并知覺靶刺激。其次,在整個序列持續的時間里被試必須保持對靶的記憶。最后,被試必須對測試項刺激進行評估并判斷是否與記憶里的靶匹配,這通常是以 P300腦電成分激活為指標的。因此,本實驗過程體現了面孔識別的工作記憶。

行為數據結果顯示,在正確率上,無論新靶還是熟悉靶都比其對應的分心物顯著低。在反應時方面,雖然靶與分心物的平均反應時差異不顯著,但出現對靶反應長于分心物的趨勢(可能是實驗被試只有 16人,數量少而未表現出顯著差異)。這暗示著,正確識別一個與記憶中保持的靶相匹配的面孔比排除非匹配面孔需要更多的注意資源。

圖5 靶的ERPs波形圖和地形圖

4.1 面孔識別加工的N170成分

圖6 分心物的ERPs波形圖和地形圖

N170是一個峰值在170 ms左右呈兩側枕顳頭皮分布的負性成分,Bentin等人(1996)最早報告了在枕顳部的一個潛伏期約為 170 ms 的負成分(N170)與面孔身份識別(結構分析)有關,N170與面孔熟悉度、性別、年齡和種族等信息加工無關。我們的實驗結果表明,N170成分與面孔是追蹤的熟悉靶還是新靶無關、與面孔是干擾的熟悉分心物還是新分心物分也無關,并且在枕顳區兩側較大的皮層,熟悉靶面孔、新靶面孔、熟悉分心物面孔及新分心物面孔均誘發一致的 N170波,暗示著在工作記憶任務過程中,面孔識別是早期階段的整體加工,并且以右半球 N170成分為特征,這與 Ramo和Rossion(2012)的發現一致,進一步證實N170成分反映了Bruce-Young模型中早期的預分類結構編碼過程(Bruce &Young,1986;Rossion &Jacques,2008)。盡管也有報告稱成人面孔識別N170的潛伏期在150 ms左右(Rousselet,Husk,Bennett &Sekuler,2008;Caharel,d’Arripe,Ramon,Jacques,&Rossion,2009;Marini,Marzi,&Viggiano,2011;Rossion &Caharel,2011),這可能是記錄腦電數據時所選取的參考不同造成的(Rousselet等人的研究以Cz電極做參考;Caharel等人、Rossion等人的研究以左側乳突做參考;Marini等人的研究以右側乳突做參考)。我們采用鼻尖做參考,得到成人面孔識別 N170成分的潛伏期為 170 ms左右,這與Frühholz,Jellinghaus 和 Herrmann(2011)的研究結果一致。在 N170的半球優勢方面,我們的實驗結果發現僅在顳區的P8比P7波峰顯著高,其他左右兩側腦區(如PO7與PO8、O1與O2)波峰沒有差異,數據統計分析結果表明左右側腦區主效應不顯著,因此,面孔識別 N170右半球優勢具體為顳區的右側優勢。Sadeh,Podlipsky,Zhdanov和Yovel(2010)結合ERP和fMRI,發現面孔選擇反應發生在顳葉和顳上回,與面孔選擇 N170高相關,而不是在枕葉皮層。

圖7 工作記憶的ERPs波形圖和地形圖

對于腦電成分 N170的本質,它是否是面孔識別特異性的反映,Tanaka和 Curran(2001)曾提出N170 并非特異于面孔,而是特異于專家識別。但面孔識別比物體識別特殊,面孔識別不僅涉及到知覺加工,還涉及到社會性信息加工。Liu,Harris和Kanwisher(2002)發現面孔識別在面孔呈現后 100 ms內,被試已經將面孔刺激與非面孔刺激區分開了,同時亦發現多個腦區參與面孔識別(Liu,Harris,&Kanwisher,2010)?；诖?對面孔識別N170成分的特異性還有待進一步的研究(陶維東,孫宏進,張旭東,鄭劍虹,2011)。

4.2 在追蹤不同靶條件下面孔識別的工作記憶

面孔識別工作記憶的 ERPs呈現出 250ms ～650ms左右的一個正波成分——P300,我們的結果與許多工作記憶研究類似(Gevins et al.,1996;Kusak,Grune,Hagendorf,&Metz,2000;劉榮等,2006;Guo et al.,2008;Rossion &Jacques,2008;Dennis et al.,2009;Frühholz et al.,2011;Rossion &Caharel,2011)。工作記憶系統的加工過程與P300成分相關聯,P300的振幅被認為是任務相關和注意的反映,任務相關和注意的對象 P300振幅更大,而被忽略或非注意項目的 P300振幅減小(Kok,2001;Pritchard,1981);P300的潛伏期反映了對刺激評估持續的時間,注意目標的潛伏期更短(Polich,2007;George &Coch,2011)。在我們面孔識別的工作記憶中,靶面孔是與任務相關聯的,是注意的目標,靶的識別需要與記憶保持中的信息匹配,與忽略的分心物面孔相比,靶面孔需要更多的注意資源。因此,靶面孔誘發 P300振幅比分心物面孔更大,且潛伏期更短。在實驗中,熟悉靶條件下的 250～450 ms時程,靶的振幅明顯高于分心物,在450～650 ms時段,靶在頂區和枕區的振幅高于分心物,而在中央區與分心物的振幅沒有差異,在前額區和額區靶的振幅卻比分心物顯著低;在新靶條件下,兩個時段的靶與分心物振幅之間的關系也是如此。這正是由于靶誘發的P300波比分心物更正,且靶的P300波潛伏期短于分心物引起的,體現了工作記憶中對靶的保持需要更多的注意資源。與以往的研究結論(Polich,2004)一致,本實驗中靶與分心物的 P300振幅均在頂區最大,且靶振幅更大。Courchesne(1978)采用改編后的 Oddball范式,呈現兩個概率不同的刺激,發現對容易再認的小概率刺激(注意不是新異刺激)誘發的 P300成分在中央區/頂區振幅最大。該實驗中的小概率刺激類似于本研究中小概率“靶”刺激,因此本實驗中“靶”誘發的P300在頂區振幅最大的結果與其結論一致。

新靶與熟悉靶在分析的腦區均誘發明顯的P300波,差異波的地形圖及數據統計結果都顯示兩者的差異表現在分析時段早期的 250～450 ms,新靶的振幅顯著高于熟悉靶,而在后期沒有差異。新靶與熟悉靶的這種差異可能是由于前額皮層接收來自腹側顳葉和顳中皮層輸入信息的不同造成的。在工作記憶中前額皮層對刺激的評估加工十分重要(Desimone,1996;Goldman-Rakic,Cools &Srivastava,1996;Levy &Goldman-Rakic,2000)。腹側顳葉(例如梭狀回面孔和物體區)負責知覺加工,而顳中皮層是再認記憶的重要腦區(Haxby et al.,2001;Kanwisher et al.,1997)。此外,匹配一個項目包括知覺加工和舊/新加工的腦結構(Guo et al.,2008)。相對于熟悉靶而言,暫時記住新靶并在相繼任務中進行判斷需要更多的心理資源。

新分心物與熟悉分心物在前額區出現“舊/新效應”(old/new effect),已有的研究(Cycowicz,Friedman,Snodgrass,&Rothstein,2000;Itier &Taylor,2004;Guerin &Miller,2009)發現,“舊/新效應”通常出現在額區和(或)頂區,時程為300～800 ms。反映了測試階段重復出現的舊刺激所誘發的波形變化,舊刺激會誘發更正的波形。本實驗分心物的“舊/新效應”雖在潛伏期上有所提前,但腦區分布與上述研究結果一致。此外,靶的類似“舊/新效應”與分心物的“舊/新效應”完全不同,新靶的波形更正,且僅在早期 250～450 ms時段出現在分析的所有腦區,分心物的“舊/新效應”始終體現在大腦的前額區。腦地形圖也表明,靶與分心物的“舊/新效應”完全不同。這種差異的出現可能源于實驗任務范式的差異,一般地,典型的“舊/新效應”產生于外顯再認任務中,而本實驗使用了工作記憶任務范式,因此靶的“舊/新效應”屬于內隱性質。另外,典型的“舊/新效應”產生于同一個任務序列中,而“靶”舊/新效應則不同,新靶和熟悉靶分別呈現于兩個實驗序列中,追逐新靶可能需要更多的注意資源,因此表現出新靶波形比熟悉靶波形更正的結果。最后,我們認為個體在追逐目標并同時排除熟悉的與新的非目標時,記憶加工的兩類 ERPs“舊/新效應”可能具有不同的神經機制?？傊?對熟悉面孔和不熟悉面孔的加工是有顯著差異的(Davies-Thompson,Newling,&Andrews,2013)。

在工作記憶的測量上,采用“靶”ERPs減去“分心物”ERPs的方法(Guo et al.,2008;劉榮等人,2006),該操作集中體現了工作記憶的過程：被試根據要求對靶和分心物進行識別時,在頭腦中必須始終保持著“靶”刺激,且對靶刺激進行選擇反應的同時,不斷排除熟悉分心物和新分心物。本實驗進一步驗證了該評估方法的可行性。工作記憶的波形圖和地形圖(圖7)顯示新、舊工作記憶主要表現在300 ms至400 ms階段,新工作記憶的潛伏期更短,并且在工作記憶的后期(450～650 ms)階段,與舊工作記憶相比,新工作記憶的正波振幅更大,新客體誘發了更強的神經反應。這表明在大腦中,工作記憶加工受新異或熟悉環境的影響不同。Cycowicz和 Friedman(1998)認為此現象可能與注意資源分配有關,其對工作記憶 P300成分的研究表明,偶爾呈現的事件比經常呈現的事件會引發更大的振幅反應。

綜上可知,先前的學習對面孔識別 N170成分未產生影響,但會影響工作記憶過程中大腦對追蹤靶和拒絕分心物的反應。此外,面孔識別工作記憶的腦電特征與相同實驗范式下的物體識別(Guo et al.,2008)相比,存在明顯不同。物體識別工作記憶中靶與分心物腦波在 200 ms左右出現分離,時間比面孔識別早;新靶與熟悉靶之間的差異,物體識別工作記憶表現在額區和中央區,而面孔識別表現更廣,還包括中央區、頂區及枕區;熟悉分心物與新分心物之間的“舊/新效應”,物體識別時出現在頂區和枕區,而面孔識別反映在額區;新舊工作記憶方面,物體識別在 200～400 ms表現出新工作記憶的波幅更正,而面孔識別是在 450～650 ms新工作記憶的波幅更正。這些差異都暗示著面孔識別和物體識別可能是相互獨立的兩種加工過程,兩者在腦機制上可能不同。

5 結論

我們的事件相關電位實驗研究表明,面孔識別的 N170效應可能反映了知覺的整體加工階段,且N170右半球優勢具體為顳區的右側優勢;先前的面孔學習形成的長時記憶會影響工作記憶期間大腦對面孔的識別反應。

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