認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練對(duì)個(gè)體空間導(dǎo)航的提升作用：以空間焦慮為中介

關(guān)鍵詞 空間導(dǎo)航能力 認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練 工作記憶 空間焦慮

1 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人類活動(dòng)邊界不斷擴(kuò)大，個(gè)體需要面對(duì)愈加復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境和任務(wù)需求，這對(duì)作業(yè)人員的認(rèn)知效能提出了更高的挑戰(zhàn)和要求?；谶@一現(xiàn)狀，越來(lái)越多的研究者開(kāi)始探究如何通過(guò)心理學(xué)的方法來(lái)提高個(gè)體基本認(rèn)知能力?？臻g能力是人類智能結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，對(duì)個(gè)體生存和發(fā)展都至關(guān)重要，本文擬探究能否通過(guò)以工作記憶為基礎(chǔ)的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練提高個(gè)體的空間能力。

空間導(dǎo)航能力是指使用不同策略實(shí)現(xiàn)從一個(gè)位置到達(dá)另一個(gè)位置的過(guò)程，是一種相對(duì)復(fù)雜、綜合的空間能力（李晶等， 2019）。研究發(fā)現(xiàn)空間導(dǎo)航能力與個(gè)體的空間工作記憶密切相關(guān)?？臻g導(dǎo)航能力包括對(duì)空間信息的感知、注意以及計(jì)劃和執(zhí)行控制等過(guò)程。在導(dǎo)航任務(wù)中，研究發(fā)現(xiàn)使用雙任務(wù)范式干擾被試的空間工作記憶會(huì)降低其在導(dǎo)航任務(wù)中的績(jī)效（Garden et al.， 2002）。Meilinger 等人（2008）的研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)使用空間任務(wù)干擾被試的工作記憶能夠顯著降低個(gè)體在路線學(xué)習(xí)任務(wù)中的績(jī)效。因此，很多研究認(rèn)為工作記憶是順利執(zhí)行空間任務(wù)的認(rèn)知基礎(chǔ)（趙鑫， 周仁來(lái)， 2010; Li et al.， 2019）。雖然研究指出空間工作記憶對(duì)空間導(dǎo)航具有重要作用，但目前還缺少空間工作記憶與空間導(dǎo)航能力因果關(guān)系的研究。因此，本文擬探究以空間工作記憶刷新為基礎(chǔ)的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練能否提升個(gè)體的空間導(dǎo)航能力。

空間焦慮是指?jìng)€(gè)體在完成空間任務(wù)時(shí)感到的緊張和不安感。研究發(fā)現(xiàn)空間焦慮水平與其導(dǎo)航績(jī)效存在顯著相關(guān)，空間焦慮水平高的個(gè)體在進(jìn)行導(dǎo)航任務(wù)時(shí)績(jī)效更差（Hund amp; Minarik， 2006）。有研究指出空間焦慮能夠從不同的認(rèn)知加工過(guò)程影響個(gè)體的導(dǎo)航績(jī)效，例如空間焦慮能夠影響個(gè)體對(duì)地標(biāo)、路線以及導(dǎo)航方向的記憶（Lavric et al.， 2003），而記憶功能的下降會(huì)降低個(gè)體空間導(dǎo)航的準(zhǔn)確性。也有研究指出空間焦慮會(huì)影響個(gè)體對(duì)空間信息的感知，空間焦慮消耗了個(gè)體的認(rèn)知資源，進(jìn)而導(dǎo)致其對(duì)空間距離和方向的判斷出現(xiàn)偏差，造成導(dǎo)航準(zhǔn)確性下降（Nori et al.， 2023）。因此，提高個(gè)體導(dǎo)航能力的一個(gè)有效方法就是降低個(gè)體的空間焦慮水平。然而，目前空間焦慮與空間導(dǎo)航之間的研究大多屬于相關(guān)研究。本研究擬探究能否通過(guò)降低個(gè)體空間焦慮水平的方法來(lái)提高其空間導(dǎo)航能力。

研究發(fā)現(xiàn)個(gè)體的工作記憶能力與情緒密切相關(guān)（Long et al.， 2020; Song et al.， 2022）。例如，Zainal和Newman（2018）對(duì)2605 名被試進(jìn)行了一項(xiàng)為期9 年的縱向追蹤研究，發(fā)現(xiàn)基線時(shí)較低的工作記憶容量是9 年后廣泛性焦慮障礙發(fā)病的一個(gè)重要風(fēng)險(xiǎn)因素。Roughan 和Hadwin（2011）在其研究中也發(fā)現(xiàn)對(duì)青少年進(jìn)行為期三周的工作記憶訓(xùn)練能夠降低其考試焦慮水平。工作記憶的刷新功能與情緒調(diào)節(jié)密切相關(guān)。刷新功能是一種持續(xù)監(jiān)控和選擇輸入信息的機(jī)制，其關(guān)鍵功能是用新的、可容納的信息取代舊的、不再相關(guān)的信息。Pe 等人（2013）表明，在情緒調(diào)節(jié)中，更新意味著將消極的想法轉(zhuǎn)移到更中性或積極的信息中。刷新能力差的個(gè)體無(wú)法使新信息進(jìn)入工作記憶過(guò)程，打破對(duì)負(fù)面情緒的關(guān)注，從而導(dǎo)致情緒失調(diào)。神經(jīng)科學(xué)研究表明，情感認(rèn)知控制的增強(qiáng)可以通過(guò)訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)，該過(guò)程很大程度上依賴額頂葉神經(jīng)回路，特別是背外側(cè)前額葉皮層（dorsolateral prefrontal cortex， DLPFC），DLPFC 也是順利執(zhí)行工作記憶任務(wù)的重要腦區(qū)。大量研究表明工作記憶能力具有可塑性，并且當(dāng)工作記憶與其他高級(jí)認(rèn)知之間存在腦區(qū)重疊時(shí)，其訓(xùn)練效果更易遷移到其他認(rèn)知能力上（Dahlin et al.， 2008）。因此，本研究擬在已有理論基礎(chǔ)上探索空間工作記憶刷新訓(xùn)練是否可以有效改善情緒調(diào)節(jié)能力，進(jìn)而提高導(dǎo)航任務(wù)績(jī)效。

認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練是指有針對(duì)性地增強(qiáng)個(gè)體認(rèn)知能力或情感能力的技術(shù)（Battleday amp; Brem， 2015）。常見(jiàn)的認(rèn)知增強(qiáng)方法包括兩類：認(rèn)知行為訓(xùn)練和神經(jīng)調(diào)適訓(xùn)練。認(rèn)知行為訓(xùn)練是指通過(guò)3-20 天不等的行為實(shí)驗(yàn)任務(wù)來(lái)提高個(gè)體的認(rèn)知能力。神經(jīng)調(diào)試訓(xùn)練主要包括經(jīng)顱磁刺激（TMS）和經(jīng)顱直流電刺激（tDCS）等技術(shù)。tDCS 技術(shù)通過(guò)電極向大腦皮層輸送低頻的直流電，該直流電在陽(yáng)極和陰極之間形成回路，從而影響大腦活動(dòng)。該技術(shù)操作簡(jiǎn)單便捷，對(duì)人體沒(méi)有誘發(fā)疾病的副作用，因此本研究使用tDCS 作為神經(jīng)調(diào)適訓(xùn)練的刺激工具。研究者指出認(rèn)知行為訓(xùn)練和tDCS訓(xùn)練都能提高個(gè)體的認(rèn)知能力，但兩種訓(xùn)練方式的作用效果和時(shí)長(zhǎng)存在一定差異，如研究者發(fā)現(xiàn)認(rèn)知行為訓(xùn)練的效果比較穩(wěn)定，但提升水平較小且周期較長(zhǎng)（Sala amp; Gobet， 2017）；tDCS 訓(xùn)練能在短期內(nèi)快速提高個(gè)體的認(rèn)知功能，但是效果維持的時(shí)間較短（Giglia et al.， 2014）。相較于認(rèn)知行為訓(xùn)練或單獨(dú)的tDCS 訓(xùn)練，tDCS 聯(lián)合認(rèn)知行為訓(xùn)練能夠在較短的訓(xùn)練時(shí)間內(nèi)提高個(gè)體的神經(jīng)效率以及目標(biāo)行為績(jī)效，且訓(xùn)練效果維持時(shí)間較長(zhǎng)，所以越來(lái)越多的研究開(kāi)始使用tDCS 聯(lián)合認(rèn)知行為訓(xùn)練來(lái)提高個(gè)體的認(rèn)知功能（Ke et al.， 2014，2023）。

已有研究發(fā)現(xiàn)以工作記憶為基礎(chǔ)的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練能夠顯著提高個(gè)體的流體智力、注意以及數(shù)學(xué)計(jì)算等認(rèn)知功能，然而目前還沒(méi)有研究探究過(guò)以工作記憶訓(xùn)練為基礎(chǔ)的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練對(duì)個(gè)體導(dǎo)航能力的遷移效應(yīng)。因此，當(dāng)前研究關(guān)注的問(wèn)題是以空間工作記憶刷新為基礎(chǔ)的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練能否調(diào)控個(gè)體在執(zhí)行空間任務(wù)時(shí)的情緒過(guò)程，進(jìn)而提高其空間能力。本研究主要探究?jī)蓚€(gè)問(wèn)題：第一，不同方式的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練能否提升個(gè)體的空間導(dǎo)航能力？目前，很多研究已經(jīng)探究過(guò)以工作記憶為基礎(chǔ)的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練的遷移效應(yīng)。然而，很少有研究探究過(guò)以空間工作記憶刷新為基礎(chǔ)的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練對(duì)空間導(dǎo)航能力的遷移效果。研究者認(rèn)為空間工作記憶是個(gè)體順利進(jìn)行導(dǎo)航的認(rèn)知基礎(chǔ)，且對(duì)空間工作記憶進(jìn)行訓(xùn)練主要作用于個(gè)體的DLPFC，而DLPFC 也是空間導(dǎo)航能力的關(guān)鍵腦區(qū)，所以本研究認(rèn)為對(duì)空間工作記憶進(jìn)行訓(xùn)練有可能提高個(gè)體的導(dǎo)航能力。本文使用空間工作記憶刷新訓(xùn)練、tDCS訓(xùn)練和tDCS聯(lián)合空間工作記憶刷新訓(xùn)練三種不同的認(rèn)知增強(qiáng)方式來(lái)探究對(duì)空間導(dǎo)航能力的遷移效應(yīng)，研究假設(shè)為不同的訓(xùn)練方式都能對(duì)個(gè)體的空間導(dǎo)航能力有顯著的遷移效應(yīng)，然而相較于空間工作記憶刷新訓(xùn)練和tDCS訓(xùn)練，tDCS 聯(lián)合空間工作記憶刷新訓(xùn)練對(duì)個(gè)體空間導(dǎo)航能力的提升程度更大。

第二，探究空間焦慮在認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練提升個(gè)體空間導(dǎo)航能力過(guò)程中的中介作用。研究指出個(gè)體的情緒很難通過(guò)直接的情緒訓(xùn)練來(lái)改變（趙鑫等， 2014），但個(gè)體的工作記憶能力與情緒調(diào)節(jié)能力顯著相關(guān)。例如，研究發(fā)現(xiàn)個(gè)體工作記憶刷新功能能夠調(diào)節(jié)焦慮癥狀（Beloe amp; Derakshan，2020）。刷新能力強(qiáng)的個(gè)體能夠快速轉(zhuǎn)移負(fù)性情緒，減輕不良情緒對(duì)其他認(rèn)知任務(wù)的干擾?；诖?，本文探究能否通過(guò)對(duì)個(gè)體進(jìn)行以空間工作記憶為基礎(chǔ)的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練來(lái)提高其刷新功能，進(jìn)而提升個(gè)體的情緒調(diào)節(jié)能力并改善其空間焦慮水平，最終達(dá)到提升個(gè)體空間導(dǎo)航能力的目標(biāo)。因此，本研究想要驗(yàn)證如下的中介理論模型（圖1），研究假設(shè)為以空間工作記憶為基礎(chǔ)的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練能夠顯著降低個(gè)體的空間焦慮水平，進(jìn)而提高其空間導(dǎo)航能力。

2 方法

2.1 被試

采用G*Power 3.1 軟件計(jì)算樣本數(shù)量，對(duì)于本實(shí)驗(yàn)使用的單因素四水平被試間方差分析，當(dāng)顯著性水平α = .05 且效應(yīng)值f = .4 時(shí)，達(dá)到80% 的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)力所需的樣本量為76 人。在前測(cè)任務(wù)中共招募被試166 名，將其按照空間導(dǎo)航任務(wù)的績(jī)效平均分分成高績(jī)效組和低績(jī)效組。在后續(xù)訓(xùn)練任務(wù)中，為了防止天花板效應(yīng)，本研究使用低績(jī)效組的83 名被試進(jìn)行訓(xùn)練，被試的年齡范圍為17～26 歲。被試被隨機(jī)分配到四個(gè)不同的組別，即聯(lián)合訓(xùn)練組22人、行為訓(xùn)練組20 人、tDCS 組20 人和控制組21人。不同組別之間的年齡差異不顯著。所有被試視力或矯正視力正常，無(wú)神經(jīng)損傷、精神病史和癲癇病史，無(wú)藥物或酒精依賴且顱內(nèi)無(wú)任何金屬植入物。被試沒(méi)有參加過(guò)類似的實(shí)驗(yàn)。該研究通過(guò)了本單位關(guān)于人類被試研究的學(xué)術(shù)倫理委員會(huì)審批，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前被試簽署知情同意書(shū)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中聯(lián)合訓(xùn)練組1名被試由于個(gè)人原因中途放棄實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

空間導(dǎo)航任務(wù)范式。在路線重溯任務(wù)中（圖2），被試按下空格鍵后會(huì)勻速以第一視角通過(guò)一條路線。被試需學(xué)習(xí)并重溯12條路線，每條路線由三個(gè)或六個(gè)十字路口構(gòu)成，其中6條路線為三個(gè)路口，共18個(gè)試次，6條路線為六個(gè)路口，共36 個(gè)試次，實(shí)驗(yàn)共54個(gè)試次。每個(gè)路口會(huì)隨機(jī)通向“左”、“右”、“直”三個(gè)方向，且路口各方位有不同的標(biāo)志建筑物，最終會(huì)在紅色報(bào)刊亭處停下，當(dāng)再次按下空格鍵后，被試需要重新從起點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)選擇鍵盤(pán)中的“上”、“左”、“右”箭頭進(jìn)行按鍵反應(yīng)，重溯該路線。被試按鍵的正確率和反應(yīng)時(shí)作為被試在導(dǎo)航任務(wù)中的績(jī)效（Wiener et al.， 2020）。

空間工作記憶刷新訓(xùn)練任務(wù)范式。本研究采用自適應(yīng)空間活動(dòng)記憶任務(wù)作為訓(xùn)練任務(wù)（Chen amp; Li，2007），首先呈現(xiàn)一個(gè)5×5 的方格矩陣（圖3），在矩陣中隨機(jī)呈現(xiàn)紅、綠、藍(lán)三個(gè)不同顏色的色點(diǎn)2 秒；接著在矩陣中央呈現(xiàn)一個(gè)帶顏色的箭頭，呈現(xiàn)時(shí)間為2 秒，箭頭顏色同樣有紅綠藍(lán)三種，分別對(duì)應(yīng)紅綠藍(lán)三個(gè)色點(diǎn)；2 秒后向被試呈現(xiàn)指導(dǎo)其向上、下、左、右移動(dòng)的指示，箭頭的指向及顏色隨機(jī)出現(xiàn)，被試需要在腦海中對(duì)箭頭相應(yīng)顏色的色點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)方向的移動(dòng)。指示完畢后畫(huà)面會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)空白5×5 的矩陣，實(shí)驗(yàn)任務(wù)是用鼠標(biāo)按順序依次點(diǎn)出各色點(diǎn)最后的位置。全程采用自適應(yīng)訓(xùn)練，共6個(gè)難度等級(jí)。三個(gè)色點(diǎn)位置均點(diǎn)擊正確為正確試次，總正確試次占全部試次的比例作為測(cè)量結(jié)果。根據(jù)前一天測(cè)量結(jié)果確定第二天訓(xùn)練等級(jí)，當(dāng)被試正確率低于75% 時(shí)下降一個(gè)等級(jí)，正確率超過(guò)87.5% 時(shí)上升一個(gè)等級(jí)，否則繼續(xù)訓(xùn)練當(dāng)前等級(jí)。前測(cè)時(shí)先測(cè)試被試空間工作記憶刷新任務(wù)的最初水平，為了避免天花板和地板效應(yīng)，被試的任務(wù)訓(xùn)練難度從等級(jí)3 開(kāi)始。當(dāng)被試在某一任務(wù)等級(jí)（上升或下降）的績(jī)效保持在75%～87.5% 時(shí)確定為其初始等級(jí)。后測(cè)時(shí)根據(jù)被試最后一次訓(xùn)練等級(jí)開(kāi)始測(cè)試，當(dāng)被試在某一任務(wù)等級(jí)（上升或下降）的績(jī)效保持在75%～87.5% 時(shí)確定為最后的等級(jí)。以往研究發(fā)現(xiàn)，行為訓(xùn)練通常需要較長(zhǎng)的訓(xùn)練周期來(lái)實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練效果（Long et al.， 2020， 2023）。但行為訓(xùn)練聯(lián)合神經(jīng)調(diào)試技術(shù)可以加快其工作記憶行為訓(xùn)練的速率，提高個(gè)體的神經(jīng)效率，因此能夠縮短訓(xùn)練周期（Jones etal.， 2017）。本研究將訓(xùn)練周期定為5 天，每天訓(xùn)練總共6 個(gè)block，每個(gè)block 有6 個(gè)試次，即每天共訓(xùn)練36 個(gè)試次。

tDCS設(shè)置。本實(shí)驗(yàn)采用由NeuroConn 公司生產(chǎn)的經(jīng)顱直流電刺激儀器（DC-STIMULATORPLUS），實(shí)驗(yàn)中用一對(duì)5cm×7cm 大小的吸水海綿片電極接觸頭皮。研究表明左側(cè)DLPFC 是言語(yǔ)工作記憶加工的重要腦區(qū)（Ke et al.， 2023），而右側(cè)DLPFC 主要負(fù)責(zé)空間工作記憶信息的加工（Jones etal.， 2017）。因此本研究刺激區(qū)域?yàn)橛覀?cè)DLPFC，根據(jù)國(guó)際腦電10-20 系統(tǒng)，陽(yáng)極電極放置在F4 位置，陰極放置在左側(cè)臉頰。電流大小設(shè)置為1.5 mA，漸入和漸出時(shí)間各15 秒以確保電流平滑過(guò)渡，持續(xù)時(shí)間20 分鐘。

空間焦慮的評(píng)估?，F(xiàn)有大多研究對(duì)于空間焦慮水平的測(cè)量均采用主觀量表，而情緒狀態(tài)總是與生理反應(yīng)密切相關(guān)，因此在這一領(lǐng)域中納入一個(gè)客觀測(cè)量指標(biāo)十分有必要。心率變異性（heart ratevariability， HRV）是反映交感- 副交感神經(jīng)活動(dòng)的客觀指標(biāo)，已在壓力、緊張、焦慮等情緒研究中被廣泛使用。HRV 是指逐次心跳周期差異的變化情況，是由兩個(gè)相鄰的R-R 間期時(shí)間長(zhǎng)短決定的。通過(guò)測(cè)試個(gè)體的心率變異性各項(xiàng)指標(biāo)，能夠提供有關(guān)自主神經(jīng)系統(tǒng)、壓力狀態(tài)等方面的信息。頻域分析通常是對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行頻譜分段估計(jì)，常見(jiàn)的指標(biāo)有總功率譜（total power， TP）、高頻段（high frequency，HF）、低頻段（low frequency， LF）等，HF 主要反映副交感神經(jīng)活動(dòng)水平，LF 主要反映交感和副交感神經(jīng)共同的活動(dòng)水平。LogHF 是將高頻功率的值取對(duì)數(shù)，這樣能夠減少數(shù)據(jù)的偏態(tài)分布，便于統(tǒng)計(jì)分析。研究顯示，當(dāng)個(gè)體的焦慮情緒較低時(shí)，交感神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)性相對(duì)減弱，這會(huì)導(dǎo)致HRV中高頻成分（主要與副交感神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)相關(guān)）相應(yīng)增加（Thayeret al.， 2012），其結(jié)果是LogHF 值提升。在空間導(dǎo)航任務(wù)中，本研究使用SOMNOmedics 公司開(kāi)發(fā)的便攜式SOMNOtouch?RESP 生理儀來(lái)記錄被試在做空間導(dǎo)航任務(wù)時(shí)的心電反應(yīng)。該儀器有三個(gè)貼片電極，分別貼在被試的左右側(cè)鎖骨下方和左側(cè)肋骨下方，采樣頻率為256 Hz。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)程序

該實(shí)驗(yàn)采取4（組別：聯(lián)合訓(xùn)練組，行為訓(xùn)練組，tDCS 組，控制組）×2（時(shí)間：前測(cè)，后測(cè)）的混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，組別為被試間變量，因變量為空間導(dǎo)航任務(wù)績(jī)效，中介變量為以HRV 的參數(shù)值（LogHF）為指標(biāo)的空間焦慮。

將被試隨機(jī)分為四組，整體實(shí)驗(yàn)流程為前測(cè)-訓(xùn)練- 后測(cè)的順序（圖4）。前測(cè)時(shí)被試完成空間導(dǎo)航任務(wù)和空間工作記憶刷新任務(wù)，全程佩戴生理儀器，收集HRV 相關(guān)指標(biāo)；第二天開(kāi)始訓(xùn)練，訓(xùn)練共5 次：①對(duì)聯(lián)合組右側(cè)DLPFC 進(jìn)行tDCS刺激，每次20分鐘，之后進(jìn)行空間工作記憶刷新自適應(yīng)訓(xùn)練，該任務(wù)完成時(shí)間根據(jù)自身難度等級(jí)而定，大約20分鐘；②行為組進(jìn)行空間工作記憶刷新訓(xùn)練，任務(wù)程序同上；③ tDCS組僅接受tDCS 陽(yáng)極刺激20分鐘；④控制組不接受任何訓(xùn)練。訓(xùn)練結(jié)束后一天進(jìn)行后測(cè)，與前測(cè)任務(wù)形式相似，該階段收集生理指標(biāo)，整體實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為7～9 天。

3 結(jié)果

3.5 空間工作記憶刷新訓(xùn)練—空間焦慮—空間導(dǎo)航能力的中介路徑檢驗(yàn)

在SPSS中使用逐步回歸法檢驗(yàn)空間焦慮在空間工作記憶刷新訓(xùn)練和空間導(dǎo)航能力之間的中介效應(yīng)。因變量為前后測(cè)空間導(dǎo)航任務(wù)正確率的變化量，自變量為前后測(cè)空間工作記憶等級(jí)的變化量，中介變量為前后測(cè)生理指標(biāo)LogHF 的變化量。首先，檢驗(yàn)空間工作記憶刷新訓(xùn)練——空間導(dǎo)航能力的直接路徑，結(jié)果顯示空間工作記憶訓(xùn)練的效應(yīng)量能夠顯著影響導(dǎo)航任務(wù)正確率的增量（β = .453，plt; .001）；其次，檢驗(yàn)空間工作記憶刷新訓(xùn)練——空間焦慮的直接路徑，結(jié)果顯示空間工作記憶刷新訓(xùn)練的效應(yīng)量能夠顯著影響空間焦慮的減小量（β =-.323，p lt; .01）；最后，檢驗(yàn)空間焦慮在空間工作記憶訓(xùn)練和導(dǎo)航能力之間的中介路徑，結(jié)果顯示空間焦慮的減小量能顯著預(yù)測(cè)空間導(dǎo)航任務(wù)正確率的增量（β = -.221，p lt; .05）。因此，將空間導(dǎo)航任務(wù)正確率的變化量作為因變量時(shí)，假設(shè)模型成立（圖9）。另外，本文也將反應(yīng)時(shí)的變化量作為因變量探究模型是否成立。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，空間工作記憶刷新訓(xùn)練對(duì)空間導(dǎo)航任務(wù)反應(yīng)速度的影響不顯著（β =.141，p gt; .05）；空間工作記憶刷新訓(xùn)練能夠顯著影響個(gè)體空間焦慮的變化量（β = -.323，p lt; .01）；但空間焦慮的變化量無(wú)法顯著預(yù)測(cè)個(gè)體在導(dǎo)航任務(wù)中反應(yīng)時(shí)的變化量（β = -.104，p gt; .05）。因此，將反應(yīng)時(shí)的變化量作為因變量時(shí)，假設(shè)模型不成立。綜上，本研究發(fā)現(xiàn)空間工作記憶刷新訓(xùn)練能夠降低被試的空間焦慮，進(jìn)而增加被試空間導(dǎo)航任務(wù)的正確率。

4 討論

本文探究能否通過(guò)以工作記憶為基礎(chǔ)的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練改善個(gè)體的空間焦慮進(jìn)而提升其空間導(dǎo)航能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同實(shí)驗(yàn)組被試在后測(cè)任務(wù)中的空間焦慮水平均顯著降低，且各組后測(cè)導(dǎo)航任務(wù)績(jī)效均顯著提升；中介效應(yīng)檢驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練能夠通過(guò)降低空間焦慮水平進(jìn)而提高個(gè)體的空間導(dǎo)航任務(wù)的正確率。

本文發(fā)現(xiàn)以空間工作記憶刷新為基礎(chǔ)的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練能夠提高個(gè)體的空間導(dǎo)航能力。以往很多研究發(fā)現(xiàn)工作記憶訓(xùn)練能夠促進(jìn)個(gè)體的注意、記憶、視覺(jué)空間等功能。在本研究中，對(duì)空間工作記憶進(jìn)行認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練可能提升了個(gè)體對(duì)地標(biāo)、方向、距離和空間布局等空間線索編碼的準(zhǔn)確性，也可能提升了空間信息在工作記憶中的保持時(shí)間，使個(gè)體能夠在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持對(duì)空間環(huán)境的認(rèn)知，并最終提高個(gè)體在空間導(dǎo)航任務(wù)中的績(jī)效。另外，對(duì)不同訓(xùn)練組在導(dǎo)航任務(wù)中績(jī)效變化量的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合訓(xùn)練組的訓(xùn)練效果優(yōu)于行為訓(xùn)練組和tDCS 組。這表明聯(lián)合訓(xùn)練方法可以使工作記憶刷新訓(xùn)練有更好的遷移效果。Ke 等人（2023） 在其研究中發(fā)現(xiàn)，相較于行為訓(xùn)練，經(jīng)過(guò)連續(xù)10 天tDCS 聯(lián)合工作記憶刷新訓(xùn)練的被試，其前額葉皮層上與任務(wù)相關(guān)的不同頻率腦電波振蕩的幅度都顯著增加。額葉皮層α波和β 波的增加表明在解決問(wèn)題過(guò)程中需要投入的神經(jīng)資源減少，從而證明聯(lián)合訓(xùn)練提高了神經(jīng)系統(tǒng)信息處理的神經(jīng)效率（Buschkuehl et al.， 2012），但行為訓(xùn)練組后測(cè)時(shí)卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯著的神經(jīng)效率提高（Ke et al.， 2023）。右側(cè)DLPFC 與空間工作記憶能力緊密相關(guān)，同時(shí)也是個(gè)體在導(dǎo)航任務(wù)中進(jìn)行路線規(guī)劃和執(zhí)行的關(guān)鍵腦區(qū)。因此，上述結(jié)果可能是由于聯(lián)合訓(xùn)練組的個(gè)體大腦前額葉皮層神經(jīng)效率的提升導(dǎo)致。

另外，本文還發(fā)現(xiàn)將空間導(dǎo)航任務(wù)正確率的變化量作為因變量時(shí)，以工作記憶為基礎(chǔ)的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練能夠顯著改善個(gè)體的空間焦慮，并提高其在導(dǎo)航任務(wù)中的正確率。Lotfi 等人（2021） 認(rèn)為個(gè)體產(chǎn)生焦慮的一個(gè)主要原因是無(wú)法將關(guān)注點(diǎn)從對(duì)空間任務(wù)的恐懼情緒中抽離出來(lái)，因此沒(méi)有足夠的認(rèn)知資源去加工動(dòng)態(tài)的空間任務(wù)。Xiu 等人（2016） 的研究也發(fā)現(xiàn)，對(duì)個(gè)體進(jìn)行20 天的工作記憶訓(xùn)練能提高個(gè)體對(duì)不良情緒的調(diào)節(jié)能力。在本研究中，空間工作記憶的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練能有效增加個(gè)體的工作記憶刷新能力，因此實(shí)驗(yàn)組空間導(dǎo)航任務(wù)正確率的提高可能是因?yàn)楣ぷ饔洃浰⑿履芰Φ奶嵘纳屏藗€(gè)體對(duì)空間焦慮的調(diào)節(jié)能力，在導(dǎo)航任務(wù)中投入了更多的認(rèn)知資源（Alvarez-Vargas et al.， 2020）。另一種可能是工作記憶刷新訓(xùn)練主要作用于個(gè)體的DLPFC，該區(qū)域不僅在工作記憶執(zhí)行功能中起著重要作用，還負(fù)責(zé)情緒感知及調(diào)節(jié)。因此，當(dāng)DLPFC 的神經(jīng)效率得到提升之后，個(gè)體對(duì)空間焦慮情緒調(diào)節(jié)的效率也顯著提升，導(dǎo)航任務(wù)中的路線記憶、調(diào)整與執(zhí)行也隨之提高。未來(lái)的研究需要結(jié)合神經(jīng)影像學(xué)方法來(lái)進(jìn)一步證實(shí)相關(guān)腦區(qū)在空間工作記憶刷新任務(wù)訓(xùn)練前后的變化，深入探究空間工作記憶刷新訓(xùn)練提高空間導(dǎo)航績(jī)效的神經(jīng)機(jī)制。

本文發(fā)現(xiàn)tDCS 組被試的工作記憶刷新任務(wù)的績(jī)效沒(méi)有顯著提高，卻促進(jìn)了個(gè)體在空間導(dǎo)航任務(wù)中的績(jī)效。可能的原因是tDCS 刺激通過(guò)提高個(gè)體的情緒調(diào)節(jié)能力使其空間焦慮水平降低，從而提升其空間導(dǎo)航任務(wù)績(jī)效。從神經(jīng)機(jī)制來(lái)說(shuō)，自主神經(jīng)系統(tǒng)受到前額葉皮層- 皮層下區(qū)域的調(diào)節(jié)，對(duì)前額葉皮層進(jìn)行神經(jīng)調(diào)試能夠通過(guò)自上而下的方式影響激活自主神經(jīng)系統(tǒng)的副交感神經(jīng)分支，進(jìn)而改變個(gè)體的HRV（Thomas et al.， 2019）。從行為機(jī)制來(lái)說(shuō)，研究表明HRV 可能是大腦對(duì)情景評(píng)估和情緒調(diào)節(jié)的指標(biāo)（Xiu et al.， 2016），HRV 的變化表明個(gè)體對(duì)情緒的調(diào)節(jié)能力發(fā)生了變化。因此在本研究中，使用tDCS 對(duì)個(gè)體的DLPFC 進(jìn)行刺激可能通過(guò)提高個(gè)體的情緒調(diào)節(jié)能力使其對(duì)導(dǎo)航任務(wù)的焦慮水平降低，進(jìn)而提高了空間導(dǎo)航任務(wù)的正確率。

工作記憶對(duì)空間認(rèn)知起著重要的支撐作用，但是工作記憶對(duì)空間能力的影響機(jī)制尚不清楚。本研究通過(guò)實(shí)證研究驗(yàn)證了本課題組在之前研究中提出的猜想，探究了以空間工作記憶刷新為基礎(chǔ)的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練對(duì)個(gè)體空間導(dǎo)航能力的影響機(jī)制，建立了以工作記憶為基礎(chǔ)的“認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練- 空間焦慮-空間導(dǎo)航能力”的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練模型。另外，本研究為情感因素對(duì)于大尺度空間能力的重要作用提供了實(shí)證依據(jù)。在實(shí)踐方面，導(dǎo)航能力是空間能力的重要組成部分，對(duì)個(gè)體的生存和發(fā)展來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。對(duì)于例如飛行員這種特殊職業(yè)群體的人來(lái)說(shuō)，較高的空間能力是提高其在飛行任務(wù)中作業(yè)績(jī)效或減少人因失誤的基本保障。因此，未來(lái)的航空院校可以將認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練納入日常的認(rèn)知訓(xùn)練中，提高其情緒調(diào)節(jié)能力，從而避免因情緒而導(dǎo)致的航空事故。

綜上，本研究采用tDCS 與工作記憶行為訓(xùn)練相結(jié)合的方式，探討了空間導(dǎo)航能力提高的內(nèi)在機(jī)制。但本文作為該領(lǐng)域的初步探索性研究，仍存在一些不足。首先，以往研究主要使用量表來(lái)測(cè)量個(gè)體的空間焦慮水平，本研究重點(diǎn)關(guān)注了其客觀生理指標(biāo)的評(píng)估，缺少對(duì)于實(shí)驗(yàn)任務(wù)中的主觀性評(píng)價(jià)。在未來(lái)關(guān)于空間焦慮水平的研究中，應(yīng)將主客觀測(cè)量結(jié)合起來(lái)，使研究結(jié)果更全面。其次，本研究在訓(xùn)練階段對(duì)于工作記憶行為訓(xùn)練的設(shè)置有待優(yōu)化，有研究提出影響訓(xùn)練有效性的因素涉及時(shí)長(zhǎng)、間隔、難度等。采用tDCS聯(lián)合行為訓(xùn)練可能是增強(qiáng)個(gè)體執(zhí)行功能的有效方法之一，但是存在訓(xùn)練機(jī)制不清晰和訓(xùn)練過(guò)程不精準(zhǔn)的問(wèn)題。近年來(lái)，隨著現(xiàn)代信號(hào)處理和人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，使得利用腦成像指標(biāo)來(lái)探究認(rèn)知訓(xùn)練的神經(jīng)機(jī)制和可塑性成為可能，同時(shí)也為提升認(rèn)知訓(xùn)練效果提供了輔助，未來(lái)研究可借助相關(guān)技術(shù)探究其更深層次的機(jī)制。最后，本研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)部分需要改進(jìn)，本研究的控制組在前測(cè)和后測(cè)之間沒(méi)有進(jìn)行相關(guān)的刺激或訓(xùn)練，這可能對(duì)實(shí)驗(yàn)組的被試產(chǎn)生與訓(xùn)練有關(guān)的期望效應(yīng)，進(jìn)而干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

5 結(jié)論

本研究探討了以空間工作記憶為基礎(chǔ)的認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練通過(guò)空間焦慮對(duì)個(gè)體空間導(dǎo)航能力的影響機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)認(rèn)知增強(qiáng)訓(xùn)練不但能夠直接提高個(gè)體的空間導(dǎo)航能力，并且也能通過(guò)改善個(gè)體的空間焦慮水平來(lái)提高其空間導(dǎo)航能力。