趙萬興,吳燕楠,鄭董雯,馬偉娜
(杭州師范大學(xué)經(jīng)亨頤教育學(xué)院,浙江 杭州 311121)
工作記憶(work memory, WM)是用于臨時儲存和處理信息的記憶系統(tǒng),與個體的日常生活密切相關(guān),是學(xué)習(xí)、推理和問題解決的核心[1].Baddeley[2]認(rèn)為工作記憶由語音環(huán)路(phonological loop)、視空畫板(visual-spatial sketchpad)、中央執(zhí)行系統(tǒng)(central executive)和情景緩沖器(episodic buffer)4個部分組成,其中語音環(huán)路和視空畫板分別負(fù)責(zé)言語工作記憶和空間工作記憶的加工.
美國《精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊(第五版)》(diagnostic and statistical manual of mental disorders 5th, DSM-V)將孤獨癥譜系障礙(autism spectrum disorder,ASD)的核心特征概括為社交溝通障礙、狹隘興趣和重復(fù)刻板行為.在解釋ASD的異常行為時,通常會涉及到心理理論缺陷、執(zhí)行功能缺陷以及弱中央統(tǒng)合理論[3].工作記憶作為執(zhí)行功能的重要部分,也引起了研究者們的廣泛關(guān)注.
研究表明,ASD個體的空間工作記憶和言語工作記憶均有不同程度的損傷[4-5],從而對其正常學(xué)習(xí)造成不利的影響.Calhoun等[6]發(fā)現(xiàn)患有睡眠障礙的ASD個體的工作記憶缺陷與其學(xué)習(xí)障礙有著顯著的關(guān)聯(lián).Vogan等[7]則發(fā)現(xiàn)普通兒童組和ASD組工作記憶的神經(jīng)激活模式有顯著差異:在正常發(fā)展組中,用于工作記憶的區(qū)域(包括背側(cè)額葉、內(nèi)側(cè)額葉及頂葉上部腦區(qū))的激活隨著任務(wù)難度的增加而增加,與默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)相關(guān)區(qū)域的激活則減少;而ASD個體沒有使用這種認(rèn)知處理系統(tǒng),他們在負(fù)荷任務(wù)中幾乎沒有額葉和頂葉區(qū)域的激活.這表明ASD個體可能無法管理不斷增加的語言信息,使得他們在連續(xù)的對話中存在困難,并損害他們的社會交往能力.同樣地,Ma等[8]也發(fā)現(xiàn)工作記憶差的ASD兒童,其說謊和圓謊能力更差.因此,對ASD個體工作記憶的干預(yù)是緩解相關(guān)困難和提高個體社會交往水平的重點.
ASD工作記憶的缺陷還表現(xiàn)為工作記憶發(fā)展的延遲.正常兒童的工作記憶隨著年齡的增長而改善,在青春期達(dá)到高峰,然后在成年期下降[9].ASD個體有相似的發(fā)展軌跡,但工作記憶的高峰出現(xiàn)在成年早期,而不是青春期[10].這種發(fā)展的延遲暗示我們,或許可以通過訓(xùn)練促進(jìn)ASD個體工作記憶的發(fā)展.有研究表明,工作記憶訓(xùn)練確實能提高個體尤其是非正常被試的工作記憶水平[11-12].如何通過訓(xùn)練提升ASD個體的工作記憶能力已成為一個值得討論的話題.對于正常人群的工作記憶訓(xùn)練,研究者已經(jīng)有了相當(dāng)深入的探索[1,11,13].在特殊人群如多動障礙患者[14-15]、智力障礙患者[16-17]中,工作記憶訓(xùn)練也有了一定的成果.但對于ASD個體工作記憶訓(xùn)練的相關(guān)研究仍然較少.因此,本研究旨在討論ASD個體工作記憶訓(xùn)練方法及影響其訓(xùn)練效果的因素,并分析目前研究的局限性,以為未來的研究提供一定的借鑒.
基于中央執(zhí)行功能的工作記憶訓(xùn)練通常涉及工作記憶的記憶廣度、轉(zhuǎn)化、刷新和抑制[18],對應(yīng)的訓(xùn)練任務(wù)為工作記憶廣度任務(wù)、N-back任務(wù)、活動記憶任務(wù)和Go-NoGo任務(wù).典型的工作記憶訓(xùn)練任務(wù)要求被試不斷地在他們的工作記憶能力極限下工作,旨在誘導(dǎo)其神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性[18].基于中央執(zhí)行功能的工作記憶訓(xùn)練在其他類型被試的研究中已得到了廣泛的應(yīng)用.張秋月等[19]則采用N-back任務(wù)對ASD個體進(jìn)行了工作記憶訓(xùn)練.在該研究中實驗組和對照組均接受常規(guī)的培智康復(fù)等訓(xùn)練,實驗組額外接受為期12周(每周5次,30 min/d)的一對一工作記憶訓(xùn)練.實驗結(jié)束后實驗組和對照組在工作記憶上均沒有顯著的提升.
中央執(zhí)行功能的訓(xùn)練方法也可以使用計算機(jī)程序進(jìn)行衍生,通過計算機(jī)程序,可以給被試標(biāo)準(zhǔn)化的指導(dǎo),更好地調(diào)整訓(xùn)練難度并且能同時聯(lián)合多個任務(wù)以增強訓(xùn)練效果.Cogmed是應(yīng)用最為廣泛的工作記憶訓(xùn)練程序[20],包含13種聽覺、視覺、空間和組合練習(xí),被試在每次訓(xùn)練課程中需完成8種任務(wù).研究已經(jīng)證明患有ASD并發(fā)智力障礙的個體可以成功地參加計算機(jī)化認(rèn)知訓(xùn)練干預(yù),但可能需要額外的幾周時間來完成訓(xùn)練[21].Roording-Ragetlie等[22]使用Cogmed程序?qū)山MASD個體進(jìn)行了為期8周的訓(xùn)練,結(jié)果顯示帶有指導(dǎo)的低強度Cogmed工作記憶訓(xùn)練能夠顯著改善ASD個體的工作記憶狀況.Weckstein等[23]則縮短了訓(xùn)練周期,對15名ASD個體使用相同的程序進(jìn)行了4周的訓(xùn)練,除2名被試外,其余被試均有不同程度的提升.De Vries等[24]對121名ASD個體用Prins開發(fā)的Braingame Brian程序進(jìn)行了訓(xùn)練.該程序基于Cogmed的訓(xùn)練任務(wù),包含工作記憶、抑制功能及認(rèn)知靈活性訓(xùn)練,并添加了更多的游戲元素以增強動機(jī)并加強訓(xùn)練效果.結(jié)果顯示接受了難度適應(yīng)訓(xùn)練的實驗組在工作記憶和認(rèn)知靈活性上均有所提升,但與接受低難度訓(xùn)練的對照組相比,并沒有顯著差異,或許有其他因素影響了訓(xùn)練效果.
元認(rèn)知是個體對認(rèn)知的認(rèn)知,包括個體對自我認(rèn)知活動的計劃、監(jiān)控和調(diào)節(jié).監(jiān)控策略與計劃策略均在工作記憶中起到重要的作用[25-26].Jones等[27]對正常兒童的研究發(fā)現(xiàn),與僅接受Cogmed訓(xùn)練的兒童相比,同時接受Cogmed訓(xùn)練和元認(rèn)知訓(xùn)練的兒童改善更為明顯.
為了使訓(xùn)練更容易被ASD個體接受,Kerns等[28]使用了一種游戲性治療的訓(xùn)練程序Caribbean Quest,將工作記憶訓(xùn)練任務(wù)轉(zhuǎn)化為游戲.在游戲中孩子需要學(xué)會5個自我調(diào)節(jié)的步驟(確定問題,確定問題的原因,選擇和實施記憶策略,評估策略的結(jié)果,通過贊揚、鼓勵或少量獎勵來慶祝成功),并且使用記憶策略來提高表現(xiàn),以完成某項特定任務(wù).在常規(guī)工作記憶訓(xùn)練的同時,實驗助手在游戲中給被試提供一對一的支持,鼓勵和引導(dǎo)他們完成困難的任務(wù),幫助他們監(jiān)控自己的表現(xiàn)和元認(rèn)知策略的使用.這種干預(yù)不是“標(biāo)準(zhǔn)化的”,因為實驗助手會根據(jù)每個個體的最佳表現(xiàn)水平提供支持.隨著干預(yù)時間的延長,助手提供的支持水平會逐漸降低,被試學(xué)會了自我監(jiān)控,自發(fā)地使用策略,并更少地尋求支持.經(jīng)過訓(xùn)練,被試工作記憶和注意力有了顯著的改善.此外,在閱讀流利性的學(xué)業(yè)測量上表現(xiàn)出顯著的提升,這表明與訓(xùn)練相關(guān)的注意力和工作記憶的提高轉(zhuǎn)移到了課堂表現(xiàn)上.
以應(yīng)用行為分析(applied behavior analysis, ABA)為代表的行為干預(yù)是目前ASD的常規(guī)治療方法之一,用以幫助ASD個體習(xí)得社會技能和改善異常行為.以往的研究發(fā)現(xiàn)參加ABA治療的ASD個體在智商和適應(yīng)性行為方面的表現(xiàn)通常優(yōu)于接受其他治療或常規(guī)治療的個體[29].智商是一個龐大且復(fù)雜的概念,但我們可以從ASD個體智商的提高上看到行為干預(yù)改善ASD個體工作記憶的希望.
行為干預(yù)很少涉及認(rèn)知或者記憶領(lǐng)域,因為行為與認(rèn)知似乎是一組相互排斥的概念.Baltruschat等[30]則認(rèn)為從行為學(xué)的角度來看任何與環(huán)境互動的過程中進(jìn)行的活動都可以被認(rèn)為是一種行為,因此,內(nèi)部發(fā)生的“認(rèn)知”活動和外部發(fā)生的行為活動并沒有本質(zhì)上的區(qū)別,它們可以以同樣的方式獲得或者進(jìn)行干預(yù).他們采用正強化法(包括基線、正強化、維持、泛化4個階段)對3名ASD被試的工作記憶能力進(jìn)行了行為干預(yù),結(jié)果顯示3名被試的工作記憶能力均有所提高,停止強化后也沒有顯示出下降的趨勢,并泛化到了之前未使用過的新刺激上,這表明行為干預(yù)確實能夠提高孤獨癥個體的工作記憶能力.
通常認(rèn)為適度的運動能使人的思維更加敏捷,記憶更加清晰.研究證明這種現(xiàn)象確實存在[31],短時運動提高了個體的喚醒水平,或者運動促進(jìn)了乙酰膽堿和多巴胺的分泌,從而促進(jìn)記憶的改善.而長期的運動與大腦的可塑性有關(guān),例如,散步可有效增加部分腦區(qū)的灰質(zhì)皮質(zhì)厚度[32],并且這種影響隨著干預(yù)時間的延長而增加[33].運動同樣能使負(fù)責(zé)記憶的雙側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)相關(guān)腦區(qū)發(fā)生變化[34],因此我們推測,運動干預(yù)能夠增強個體的工作記憶,并且這種改善會持續(xù)發(fā)生.
朱瑜等[35]對36名ASD個體進(jìn)行了為期20周的適應(yīng)性球類運動干預(yù)訓(xùn)練,發(fā)現(xiàn)被試的視覺工作記憶得到了顯著的改善.Hilton等[36]則采用Makoto arena任務(wù)(被試需要快速用球擊中一個特定的目標(biāo))對ASD個體進(jìn)行訓(xùn)練,同樣發(fā)現(xiàn)個體在運動訓(xùn)練后工作記憶、抑制、認(rèn)知靈活性得到提高.Wang等[37]對ASD個體進(jìn)行了12周的迷你籃球訓(xùn)練,也發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練組的工作記憶顯著提升.鑒于以往的研究顯示協(xié)調(diào)運動對認(rèn)知功能的益處更大,需要協(xié)調(diào)肢體動作和步態(tài)等的球類運動可能是較為合適的干預(yù)選擇.
經(jīng)顱磁刺激(transcranial magnetic stimulation, TMS)是一種非入侵性的大腦刺激技術(shù),所采用的設(shè)備能夠產(chǎn)生高強度的短暫磁脈沖,將線圈放在被試的頭部時,線圈產(chǎn)生的磁場會受到腦外組織的輕微衰減,并且能夠產(chǎn)生足以使軸突去極化并激活皮層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電場[38].隨著該技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了連續(xù)的、可調(diào)節(jié)的重復(fù)經(jīng)顱磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation, rTMs)技術(shù),高頻rTMS刺激對大腦皮層起興奮性作用,低頻rTMS刺激對大腦皮層起抑制作用.rTMS被廣泛地應(yīng)用于抑郁、焦慮、精神分裂、帕金森病等精神疾病的治療與康復(fù)[38],同樣也是診斷和治療ASD的一種有效方法[39].
背外側(cè)前額葉(dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC)在工作記憶中起著重要作用[40],使用高頻rTMS刺激DLPFC能夠改善工作記憶、處理速度和認(rèn)知靈活性指標(biāo),這在健康被試和重度抑郁等精神疾病患者中都得到了驗證[41-42].Ameis等[43]使用20 Hz的高頻rTMS對青少年及成年ASD個體進(jìn)行了干預(yù),5周后被試的空間工作記憶顯著提高.目前使用TMS提高ASD個體工作記憶的研究仍然較少,采用什么樣的刺激強度能取得最好的效果,刺激DLPFC以外與工作記憶相關(guān)的其他腦區(qū)能否得到同樣的效果等問題仍需要進(jìn)一步研究.
過去大多數(shù)對ASD個體工作記憶的干預(yù)研究取得了令人滿意的效果,但仍有一部分研究沒有達(dá)到預(yù)期.值得注意的是,由于被試較難獲取以及實驗成本等原因,大多數(shù)干預(yù)研究采用了小樣本研究,甚至個案研究.De Vries等[24]的干預(yù)是少有采用大樣本的研究,然而其結(jié)果顯示接受干預(yù)的個體雖在工作記憶上有所改善,但接受難度適應(yīng)訓(xùn)練的實驗組與接受低難度訓(xùn)練的對照組相比并沒有顯著的差異.因此,在推廣訓(xùn)練效果時我們應(yīng)該謹(jǐn)慎考慮,分析什么因素導(dǎo)致訓(xùn)練效果的差異是其中十分重要的一步.
正如前文所說,ASD普遍存在工作記憶的缺陷,但ASD之間在工作記憶的受損程度上可能存在極大的個體差異,將ASD分為高功能孤獨癥(high-functioning autism,HFA)和低功能孤獨癥(low-functioning autism,LFA)正是在一定程度上反映了這種差異.這種個體差異對干預(yù)效果的影響目前主要有兩種觀點:一種是補償理論,認(rèn)為干預(yù)主要使基線水平較低的個體得到改善;另一種是差距擴(kuò)大理論,認(rèn)為干預(yù)增大了個體的水平差異即基線水平較高的個體會在干預(yù)中得到更多的進(jìn)步[44].這兩種觀點均獲得了實證研究的支持.Jaeggi等[45]報告流體智力水平較高的被試在接受N-back工作記憶訓(xùn)練之后并沒有獲得相比于其他人更多的流體智力水平的提升,這與補償理論相一致.相反,朱祖德等[46]同樣使用N-back進(jìn)行訓(xùn)練,發(fā)現(xiàn)基線水平調(diào)節(jié)了工作記憶訓(xùn)練對流體智力水平的遷移效果,基線水平較高的個體在工作記憶訓(xùn)練后效果更大.Wiemers等[47]發(fā)現(xiàn)前測時的工作記憶和流體智力都與訓(xùn)練的改善量呈顯著正相關(guān).目前關(guān)于基線水平與訓(xùn)練效果間的關(guān)系并沒有統(tǒng)一的結(jié)論,仍需要進(jìn)一步的研究.
動機(jī)能夠增強個體的工作記憶表現(xiàn),并且這種增強并不在知覺、編碼、維持、檢索等過程中起作用,而是在中央控制階段[48].Szatkowska等[49]通過功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)研究了動機(jī)增強個體工作記憶表現(xiàn)的機(jī)制,發(fā)現(xiàn)右側(cè)眶額葉和左側(cè)背外側(cè)前額葉之間通路的連接強度在高低動機(jī)兩個條件下表現(xiàn)出顯著的變化,這種變化或許是動機(jī)影響言語工作記憶功能的神經(jīng)機(jī)制.在工作記憶訓(xùn)練上,被試的高低動機(jī)同樣會影響訓(xùn)練的效果,并進(jìn)一步影響訓(xùn)練的遷移[50].Baltruschat等[30]在設(shè)計實驗時也考慮了動機(jī)的影響,并通過設(shè)置不進(jìn)行強化的維持階段避免了這種干擾.
然而,臨床個體耐受性差,在缺乏投入訓(xùn)練的狀態(tài)時對精神疾病患者進(jìn)行干預(yù),更需要考察動機(jī)的影響[51].研究者們意識到了這個問題,并逐漸在干預(yù)過程中添加游戲元素或者使用游戲性干預(yù).Boendermaker等[52]已經(jīng)證明加入游戲元素能顯著延長正常被試的訓(xùn)練時間.我們期望這也能夠讓ASD個體在訓(xùn)練時更快進(jìn)入訓(xùn)練狀態(tài),完成度更高.同時,運動干預(yù)與傳統(tǒng)的訓(xùn)練方法相比更能激發(fā)ASD個體尤其是ASD兒童的興趣,這或許是運動干預(yù)報告了更多積極訓(xùn)練效果的原因之一.
如果工作記憶的提升是由干預(yù)帶來的,那么干預(yù)次數(shù)越多或者強度越大,是否能夠帶來更多的提升?這個效應(yīng)似乎并不穩(wěn)定,一些研究者發(fā)現(xiàn)了這個效應(yīng)[53],但也有研究者發(fā)現(xiàn)這個效應(yīng)在ASD個體身上并不存在[54].
此外,帶領(lǐng)ASD個體完成干預(yù)任務(wù)并不是一件容易的事,在干預(yù)之前往往需要與ASD個體建立起良好的關(guān)系,其難易程度則與ASD個體自閉特征的嚴(yán)重程度有關(guān).同時,作為良好關(guān)系代表的父母對干預(yù)任務(wù)的態(tài)度會影響ASD個體的態(tài)度.這些因素都可能影響最終的訓(xùn)練效果,需要進(jìn)一步的實證研究.
工作記憶的干預(yù)效果在正常群體中已經(jīng)得到了反復(fù)的驗證,并在其他帶有工作記憶缺陷的病患身上有了一定的應(yīng)用,但關(guān)于ASD個體的工作記憶干預(yù)研究仍然較少.目前的研究已經(jīng)證明了ASD個體的工作記憶能夠通過多種方法進(jìn)行干預(yù)從而得到提升.但在對ASD個體進(jìn)行工作記憶干預(yù)時需注意該群體獨有的可能影響干預(yù)效果的因素,例如基線水平和動機(jī)水平.現(xiàn)有的研究豐富了學(xué)界對ASD個體工作記憶問題的認(rèn)識,為ASD個體工作記憶干預(yù)的可能性提供了可靠的證據(jù),但仍有一部分問題等待未來研究者們的深入探索.
遷移效應(yīng)作為干預(yù)效果的重要指標(biāo),同樣也是研究者們關(guān)心的話題,例如單獨訓(xùn)練工作記憶的某一成分是否會影響工作記憶的其他成分,這在ASD的相關(guān)研究中較少涉及.Hilton等[36]對高特質(zhì)焦慮被試和亞抑郁被試使用N-back進(jìn)行訓(xùn)練,發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練效果能遷移至工作記憶容量,但相似的效應(yīng)能否在ASD個體身上重現(xiàn)仍不可知.更重要的是,我們對ASD個體的工作記憶進(jìn)行干預(yù)時并不僅僅希望被試的工作記憶得到提升,更希望能夠影響其生活的其他方面,從而提高ASD個體的生活能力.Weckstein等[23]通過Cogmed對ASD個體進(jìn)行了工作記憶訓(xùn)練,大部分被試在訓(xùn)練結(jié)束后社交互動能力得到了提升.但我們?nèi)匀狈ぷ饔洃浉深A(yù)能提升ASD個體其他能力的證據(jù),未來的研究可以在此方向上進(jìn)一步探索.例如:工作記憶產(chǎn)生于注意力過程、知覺運動系統(tǒng)和長期記憶之間的復(fù)雜相互作用,而ASD個體中存在注意力缺陷的情況并不少見,工作記憶干預(yù)是否能夠改善ASD個體的注意能力;作為社交互動的一種,ASD個體的說謊能力能否通過工作記憶干預(yù)得到提升;背外側(cè)前額葉是心理理論和工作記憶共同的重要腦區(qū),對工作記憶進(jìn)行干預(yù)能否提高ASD個體的心理理論能力;等等.
工作記憶訓(xùn)練對大腦可塑性的影響主要表現(xiàn)在功能的可塑性、結(jié)構(gòu)的可塑性及多巴胺的變化上[20].Thompson等[55]的研究表明工作記憶訓(xùn)練會使執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)和背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部及兩者之間的功能連接顯著增強,并且這種增強與工作記憶的改善程度正相關(guān).Liu等[56]則認(rèn)為沒有證據(jù)表明對注意缺陷多動障礙(attention deficit and hyperactivity disorder, ADHD)個體的工作記憶訓(xùn)練改變了其神經(jīng)激活模式.已經(jīng)有大量的研究表明工作記憶訓(xùn)練的確影響大腦的活動,但目前并未有研究探索工作記憶訓(xùn)練對ASD個體神經(jīng)方面的影響.ASD個體是與正常被試一樣具有大腦的可塑性還是和ADHD個體一樣只能產(chǎn)生行為上的進(jìn)步,ASD個體額葉普遍存在的損傷情況是否會阻礙工作記憶干預(yù)的效果及大腦可塑性,這些都是值得探討的話題.
聯(lián)合治療是結(jié)合至少兩項不同干預(yù)方式的綜合干預(yù),以期望得到更高的干預(yù)效果.劉井華[57]的研究證明TMS聯(lián)合心理干預(yù)治療抑郁癥患者的效果要顯著高于單純使用TMS進(jìn)行干預(yù).依據(jù)行為學(xué)觀點對工作記憶進(jìn)行干預(yù)并不是否認(rèn)生理學(xué)和神經(jīng)學(xué)的貢獻(xiàn)[30],神經(jīng)學(xué)揭示個體與環(huán)境互動的神經(jīng)機(jī)制,行為主義揭示個體與環(huán)境互動的行為表現(xiàn),這兩者的聯(lián)合可能是值得嘗試的方向.在輕度認(rèn)知障礙患者的治療上,有氧運動與認(rèn)知訓(xùn)練的結(jié)合干預(yù)對患者整體認(rèn)知功能的改善比單一方案更加有效[32].運動干預(yù)與經(jīng)典工作記憶訓(xùn)練相結(jié)合或許同樣能提高對ASD個體的工作記憶干預(yù)效果.但聯(lián)合治療也意味著對實施干預(yù)的人員提出了更高的要求,同時,聯(lián)合治療對干預(yù)效果有多大的提升還未得知,哪些干預(yù)方式相互結(jié)合能得到最好的效果也仍需要探索.此外,聯(lián)合治療意味著ASD個體需參與的干預(yù)增多,個體能否堅持更多的干預(yù),干預(yù)增多是否會導(dǎo)致個體的疲倦從而削弱干預(yù)效果,這些問題都需要進(jìn)一步的研究.
現(xiàn)有ASD個體工作記憶干預(yù)研究大多以兒童為被試,這或許是因為延續(xù)了以往正常被試研究的取樣方法.正常被試的工作記憶高峰出現(xiàn)較早,兒童被試可能會有更好的干預(yù)效果,但ASD個體的工作記憶高峰出現(xiàn)在成年早期[10],因此,有必要擴(kuò)大被試的年齡范圍.此外,ASD的發(fā)病率存在明顯的性別差異,男性患者要顯著多于女性,這可能是以往研究以男性ASD被試為主的原因之一.但性別同樣是工作記憶的一個重要影響因素,尤其是在高負(fù)荷條件下[58],ASD個體的低工作能力可能會使他們更早地達(dá)到高負(fù)荷狀態(tài),因此只研究男性ASD被試,或許會錯過一些發(fā)現(xiàn).