认知神经科学 nback范式与工作记忆

n-back范式与工作记忆

N一hack范式是一种连续加工的任务类型,是认知神经科学研究中常用的范式。该范式最早由Kirchne于1958年提出。n-back范式是指主试要求被试者将刚刚出现过的刺激与前面第n个刺激进行比较，通过控制当前刺激与目标刺激间隔的刺激个数来操纵负荷。例如：当n=1时，要求被试者比较当前刺激和与它相邻的前一个刺激;当n=2时，则比较当前刺激和与它前面隔一个位置上的刺激;当n=3时，要求比较的是当前刺激和它前面隔两个位置上的刺激，依此类推，获得不同程度的任务难度。该范式的优点在于将任务设计成在工作记忆上施加一连续的，参数可变的负荷，而其他任务则需要保持恒定。

在n-back范式中任务类型一般包括字母匹配任务，位置匹配任务和图形匹配任务三类。顾名思义，三种任务的区别就在于匹配物的不同。在位置匹配任务中，要求被试者判断两个刺激呈现的位置是否相同，而不管两者是否为同一个字母或图形;而在字母或者图形匹配任务中，则要求被试者判断两个刺激是否为同一字母或图形，而不管他们的呈现位置如何。即：对其中一个维度判断时，要求被试忽略掉其它的维度。

工作记忆（Working Memory， WM）最早是由英国心理学家 Baddeley 和Hitch 于 1974 年提出的一个记忆模型，主要由三个子系统构成，分别是语音环路（phonological loop）、视空间模板（visuospatial sketch pad）和中央执行系统（the central executive）3 个子系统。从信息加工过程来说，工作记忆分为信息贮存（storage）过程，即信息被编码进入工作记忆；信息保持或复述（retention /rehearsal）过程，即通过不断复述来激活贮存器中正在消退的信息；执行加工（executive）过程，即控制与协调系统的信息加工过程。根据所处理信息的类型，工作记忆又被分成词语工作记忆（verbal WM）、空间工作记忆（spatial WM）和客体工作记忆（object WM）。

通俗的说，工作记忆就是一种对信息进行暂时性加工和存储的能量有限的记忆系统，它为言语理解、学习和推理等复杂任务提供临时的储存空间和加工时所必需的信息，工作记忆系统既能储存也能加工信息，这区别于短时记忆概念仅强调储存功能。短时记忆侧重大脑对信息的存储，主要是感觉器官的运用，比如你看一眼一大堆杂乱的数字，能记下多少，这就是短时记忆。短时记忆的记忆广度（容量）比较小。而工作记忆，是在短时记忆的基础上发展起来，不仅有信息的存储，还有加工。它是感觉和知觉（思维）的联合操作。工作记忆是把人的本能记忆，进行加工，比如对无意义的数字进行联想，或找到规律进行组合。工作记忆的联想或组合，会涉及到你过去长时记忆里，学习到的知识和经验等东西，比如符号，定理，声音，甚至画面等。也就是说，工作记忆，是把短时记忆本能行为，用思维的方式进行加工，达到提高记忆效果的目的。记忆广度可以比较大。

在关于工作记忆的研究中，大量采用了n-back范式进行研究。n-back范式的优点在于将任务设计成了在工作记忆上施加一连续的、参数可变的负荷，而其他任务需要保持恒定。其中，一般会用1-back、2-back、3-back三种不同的任务条件，n从1 增加到2，难度逐渐增加，代表了一个连续的、参数可变的任务负荷的增加。例如，Harvey等人在2004年曾经就使用n-back范式对年轻的抑郁症住院病人的刷新加工进行了评估，结果发现：这些抑郁病人在n-back范式的任务中显示了较差的操作力。这个结果说明：排除包括2-back和3-back条件的复杂信息管理，1-back条件是一个更纯的刷新加工测量方法。

n-back范式目前也被广泛用于工作记忆（working memory, WM）的神经成像研究中。神经成像研究应用n-back任务有如下几个理由。首先，比较神经成像研究早期应用的任务，n-back任务是一个更有代表性的工作记忆任务，包括维持少量信息，要求n-back任务操作工作记忆信息。其次，允许应用参数变量方法代替减法方法，因而避免了一些和后者相关的问题假设。第三，n个任务允许系统操作工作记忆负荷。随负荷变化而变化的脑区被认为起到特殊的加工作用。

n-back研究范式可以作为一种任务的操作过程，与ERP或FMRI技术结合起来使用，以此来进行研究。例如，在工作记忆贮存与复述过程的ERP研究中，研究者通常采用N-back范式，将刺激分别从视觉、听觉或视听觉双通道呈现，

发现不同感觉系统工作记忆在加工机制上的差异。通过让被试浏览一系列依次呈现的字母、数字或空间位置，然后要求被试判断每一个出现的项目是否与前面刚呈现过的第n个项目相匹配。通过控制n的大小来操纵工作记忆的负荷，从而考察不同记忆负荷下工作记忆的加工机制。

从当下的大量研究中，我们可看到n一back任务范式为工作记忆的研究做出了很大贡献,并且随之不断应用。例如：证明了n-back任务与流体智力的高相关，使得理论向实践前进了一大步,即通过对该范式的训练可以提高流体智力。

参考文献：

1.宋宏坷N一back范式的演变与应用西南大学学报(社会科学版）2010年

2.廖玲敏，马树华，尹晶晶轻微型肝性脑病患者空间工作记忆的FMRI研究

临床放射学杂志2011年

3.王湘，王晓燕精神分裂症患者n-back工作记忆神经机制异常的ERP研究

中国临床心理学杂志2010年

4.张林，刘昌青少年工作记忆的年龄差异: 脑事件相关电位研究

中国临床心理学杂志2006 年

5.沈模卫，张峰n-back任务下视觉工作记忆负荷研究心理与行为研究2003年