聽障人群的工作記憶機制

分類號B842.31工作記憶定義及其發展工作記憶(workingmemory)指在解決認知任務過程中，用于信息加工并同時保持任務相關信息的系統或機制。工作記憶與我們的日常生活密切相關，它在閱讀理解、學習、推理和問題解決等高級認知活動中起著十分重要的作用(Rudner&Rnnberg,2008)。經典的Baddeley工作記憶模型包括語音環路與視空間畫板兩個附屬系統和一個中央執行系統(Baddeley,2002;Repovs&Baddeley,2006)。近年來，隨著研究的深入，此模型又增加了一個情景緩沖區(episodicbuffer,EB)。EB是一個可用多維代碼存儲的系統，為語音環路和視空間畫板以及長時記憶之間提供了一個暫時的信息整合平臺(Baddeley,2000)。Baddeley工作記憶模型的豐富和深化對我們進一步研究工作記憶機制有著十分重要的意義。對于聽力正常人群，其工作記憶的語音環路依賴于聽覺通道輸入，并與語言密切相關。然而對于聽障人群，視空間手語是其語言信息輸入的基本方式，因為手語的不可發聲性和不可聽性，關于聽障人群工作記憶機制的研究對傳統的工作記憶模型提出了挑戰。目前，研究者們越來越關注工作記憶的結構在多大程度上受到感覺輸入通道（聽覺和視覺）和語言特性的限制。2聽障人群的工作記憶結構2.1聽障人群基于手語的復述環路工作記憶的語音環路負責對語音信息存儲和控制，它包括語音存儲和發音復述兩個子系統。語音存儲負責對語音或言語材料進行保持，但保持時間非常短暫，大約為2～4秒。發音復述將書面語言轉換為語音代碼，使其進入語音存儲，并通過復述來強化將要消退的語音信息使之保持下來(Baddeley,2002)。對正常人而言，口語可以直接進入語音存儲系統進行加工，而聽障人群由于聽覺缺陷，更多地通過手語進行交流，與一般的視覺刺激相比，手語和口語在音節、音韻、句法和語義等特征上具有同樣復雜的水平，都是一種用動作來表達的言語產出方式(motoricallyexpressedproductiveform)。因此手語刺激，雖然是通過視覺呈現的，卻歸于語言刺激而不是一般的視覺刺激。研究發現，與正常人基于口語的語音環路相對應，聽障人群在視覺通道也能發展出一個基于語言的工作記憶結構，被稱為“基于手語的復述環路”(sign-basedrehearsalloop)(Wilson,Bettger,Niculae,&Klima,1997)，它與正常人的語音環路在功能上是平行的，都負責各自感覺通道下的語言信息的加工處理。聽障人群基于手語的復述環路和正常人的語音環路有許多相似性。正常人群在對口語信息的加工處理中存在明顯的語音相似性效應、詞長效應、無關言語效應和發音抑制效應，而在聽障被試中則突出顯示了視覺的相似性干擾(Wilson,Bettger,Niculae,&Klima,1997)。此外，基于手語的復述環路與語音環路在神經機制上也有許多相似之處。Bavelier等人(2008)采用fMRI技術研究了對美國手語(AmericanSignLanguage,ASL)和英語口語的加工是否具有相同的神經機制。實驗中，先天使用手語的聽障被試和先天使用英語的正常聽力被試分別對通過手語和口語呈現的一系列字母進行編碼、短期保持，并且按照刺激呈現的順序進行回憶。結果發現，兩組被試在額頂區域（包括背外側前額葉、額下回、背側下頂皮層、腦島、扣帶回皮質和輔助運動區）以及尾狀核頭部、丘腦和小腦有相同的神經激活區域。這證實了基于手語的復述環路和語音環路在功能上是平行的：二者對語言信息的編碼、復述和回憶需要激活相同的神經回路，即這個神經回路的激活獨立于語言呈現的方式。但是基于手語的復述環路和語音環路在處理手語和英語口語的神經機制上并不完全相同(Rnnberg,Rudner,&Ingvar,2004;Rudner,Fransson,Ingvar,Nyberg,&Rnnberg,2007)。一些研究者發現，聽障人群和正常聽力人群在工作記憶的編碼、保持和回憶階段，額頂區域的一些關鍵結構的激活程度并不相同。如在編碼階段，聽障人群在額下回、前扣帶回以及丘腦有較強的激活。在保持階段，聽障人群僅在額下回活動較強，而正常聽力人群在雙側小腦和左側顳中回的活動均較強。在回憶階段，聽障人群更依賴被動存儲，其體素量是正常聽力人群的近兩倍之多(Bavelier,Newma,Mukherjee,Hauser,Kemeny,&Braun,2008)。在早期的心理學和特殊教育領域中，許多研究者發現，聽障人群在標準閱讀測驗中的成績低于正常人群(Harris&Moreno,2004)，在語言理解和生成方面，顯得呆板和不靈活。那么使用手語是否會阻礙聽障人群的語言發展，使他們在語言理解和生成甚至在其他認知加工上落后于正常人呢？或者聽障人群能否夠通過手語更好地理解語言并形成自身的思維方式呢？這個問題目前仍無定論。隨著研究的深入，人們對工作記憶中語音環路的進化論意義有了更深入的理解。Baddeley等人進一步指出，語音環路真正的功能在于語言的掌握(Boutla,Supalla,Newport,&Bavelier,2004)。因此，通過比較聽障人群基于手語的復述環路和聽力正常人群語音環路的特性以及工作機制，我們可以進一步了解聽障被試和正常人的語言理解和生成，從而揭示工作記憶的本質。2.2聽障人群的語言編碼方式以及對語音環路的通達正常人在語言工作記憶中主要采用語音編碼，而將視覺編碼作為一種輔助的編碼方式。許多研究發現，聽障人群利用視空編碼彌補了語音上的缺陷，將視覺的手語符號內化為自身的編碼方式，即采用視覺編碼來保持和處理語言工作記憶中的信息，發展出了非語音記憶的策略(Harris&Moreno,2004;Olson&Caramazza,2004)。有研究發現，在對字母的回憶中，正常聽力被試容易產生語音上的錯誤，如把字母B記憶成了字母C，而聽障被試則很少出現這種錯誤。相反，聽障被試對字母的編碼是基于字母的物理屬性的，他們的錯誤往往是視覺上的混亂，如將字母R記憶成了字母P。但是這并不能說明，語音環路可以完全從聽障人群的記憶策略中排除，經過語音訓練，聽障人群也會采用語音編碼(Miller,2002)。這種視覺性的語音記憶策略與發音動作和本體感覺密切相關，聽障人群根據本體感覺所提供的有關語音的發音動作和運動覺信息，提高和增強了對語音信息的視覺加工能力。比如聽障被試仍然能夠學會拼音和對同音字作出正確的判斷。在重度聽障被試對文字材料的即時回憶實驗中，研究者也發現了文字材料音和韻的作用。還有研究者發現，聽障組和控制組被試在回憶系列呈現的實物素描畫的成績均優于無意義的涂鴉畫，他們認為，聽障被試和正常聽力被試相似，都對素描畫使用了語音編碼策略(Arnold&Murray,1998)。對聽障兒童進行發聲訓練有助于他們通達工作記憶中的語音環路。然而即使是通過發聲訓練后，聽障人群具備了采用語音編碼的能力，他們對語音編碼的使用與正常聽力人群仍有本質的不同(Emmorey,Mehta,&Grabowski,2007;Miller,2007)。Campbell和Wright(1990)研究了在即時回憶中被試對圖片的語音編碼程度，發現聽障被試不會像正常聽力被試那樣自發地采用圖片—名稱韻腳策略。在判斷句子是否正確描述了圖片上兩個名稱押韻物體的任務中，聽障組兒童的成績比正常同齡人要差，甚至低于聽力正常的5歲兒童。Harris和Moreno(2004)在一項研究中，將相同閱讀年齡的正常兒童作為控制組，考察了聽障兒童對語音編碼的使用情況。研究發現，在單詞拼寫測試中，聽障兒童的語音錯誤率顯著低于控制組兒童；在判斷某個單詞是否符合拼寫規則的測試（即正字法意識測試）中，聽障兒童的成績也顯著低于控制組兒童。這說明，聽障人群，尤其是聽障兒童，語音缺陷使他們不能充分利用語音編碼，即使他們的語言能力發展到了可以采用語音編碼的程度，他們對語音編碼策略的使用也不如正常人有效。3手語對聽障人群工作記憶的影響3.1手語對聽障人群語言工作記憶的塑造手語是聽障人群交流的自然語言，具有其他人類自然語言的所有語言特性(Emmorey,2002)。早期研究也證實了基于口語的語音環路和基于手語的復述環路在功能上的相似性。但是聽覺和視覺在感知和表達這兩種自然語言的能力上并不完全相同。語音環路基于聽覺，而手語環路基于視覺，兩種感覺通道有各自的處理局限。那么，不同的感覺通道對語言工作記憶會有什么影響呢？這個問題對于我們探討聽障人群基于手語的復述機制十分重要。工作記憶是由短時記憶系統和控制加工系統兩部分組成的，從機能的角度來考慮工作記憶，它對與活動有關的信息的暫時保持是以后復雜加工認知活動的前提，但是這種保持信息的工作記憶資源是有限的(Boutla,Supalla,Newport,&Bavelier,2004)。比較廣泛的測量短時記憶容量的任務是數字記憶廣度測試，長期以來，魔力數字7加減2被認為是短時記憶的容量限制。最近，這種標準遭到了質疑。當在實驗中使用不可用語音編碼的材料時，測得的短時記憶的容量僅為4-5。那么7加減2的高工作記憶容量是局限于語言材料，還是局限于由聽覺通道輸入的刺激？手語和口語具有相同的語言組織水平，但是感知和表達這兩種語言的感覺通道并不相同，為研究這個問題提供了獨特的條件。在一項研究中，研究者嚴格控制了口語的發音因素、拼寫因素以及手語的語音特性和持續時間，比較了聽力正常人群和聽障人群的語言工作記憶容量。結果發現，甚至當手語的表達速率高于英語時，先天使用手語的聽障被試的手語工作記憶容量從未達到7加減2，而是5加減1(Boutla,Supalla,Newport,&Bavelier,2004;Geraci,Gozzi,Papagno,&Cecchetto,2008)。有兩種可能的機制來區分手語信息和口語信息的存儲：1)在語音環路中，語音信息的存儲是早期的感覺存儲，能夠保持2～4秒，而視覺信息最多只能保持1秒(Bavelier,Newport,Hall,Supalla,&Boutla,2006)。在不能進行復述的條件下，對語音信息的保持時間要比對手語信息的保持時間長。2)視覺和聽覺對空間和時間信息的編碼能力不同(Geraci,Gozzi,Papagno,&Cecchetto,2008)。視覺通過空間位置將一個項目和另外一個項目區分開來，擅長處理同時呈現的信息，但是在處理相繼呈現的項目信息上則較弱；相反，聽覺擅長處理在時間上相繼呈現的信息，弱于處理同時呈現的信息和解決空間問題。因此7加減2的高工作記憶容量并不適用于手語，語言工作記憶廣度要受到語言信息輸入的感覺通道的限制(Wilson,2001)。傳統上對聽障人群工作記憶容量的測量大多采用正序回憶任務，這種任務要求本身就對語音信息有利。然而當研究者對回憶信息的順序進行控制時，發現，正常聽力被試對語言材料的正序回憶成績顯著優于倒序回憶；從小使用手語的聽障被試的正序回憶和倒序回憶成績無顯著差異。當實驗要求被試對所保持的項目信息進行自由回憶時，正常聽力人群和聽障人群的成績則無顯著差異(Boutla,Supalla,Newport,&Bavelier,2004)。說明聽障人群和正常人群在保持和處理語言信息上具有相同水平的工作記憶資源，但是這種資源在具體使用時分別被各自感覺輸入通道的處理特性所影響。正常人對口語的編碼利用了聽覺特征的優勢，時間不可逆轉，是單向性的，其工作記憶的復述機制也是單向性的，因此正常聽力被試對語言材料的正、倒序回憶成績差異顯著；聽障人群對手語的編碼利用了視覺特征的優勢，其復述機制則沒有這種單向性的限制，所以他們的正、倒序回憶成績則沒有顯著差異。綜上所述，語言工作記憶由不同種類語言的共通之處塑造，但仍然受到感覺輸入通道處理特性限制(Wilson&Emmorey,2003)。3.2手語對聽障人群非語言工作記憶的塑造對于聽力正常人群，非語言的聽覺工作記憶可利用口語的產生機制，如對音樂節奏和旋律的記憶。這表明語言會影響同一感覺輸入通道的非語言的知覺處理，即在語言背景中發展出來的機制或技巧可以用來幫助完成非語言任務(Bavelier,Matthew,&Hauser,2006)。那么對于使用手語的聽障人群來說，他們的視空間工作記憶是否擁有非手語使用者所不具備的資源呢？缺陷理論(deficiencytheory)認為，一種感覺的剝奪會導致另外一種感覺的缺陷。而互補理論(compensatorytheory)認為，一種感覺的缺失會導致對剩余感覺通道更大的依賴，因此會增強剩余感覺通道的功能。越來越多的行為實驗以及腦成像研究的結果顯示，在測量感覺閾限和敏感性的視覺任務中，聽障被試的非損傷通路，即視覺通路并未表現出敏感性的增加；但在執行與注意有關的視覺工作記憶任務時，聽障被試的視覺通路顯示出了出敏感性的增強。如，有研究發現，聽障人群和正常人群在明度辨別、時間辨別、運動方向辨別、觸覺頻率辨別以及視覺搜索和定向等低水平視覺任務中的成績無顯著差異(Bavelier,Matthew,&Hauser,2006)。但是在不同空間定向條件下，使用手語的聽障被試比不會手語的正常聽力被試能更好地加工面孔和視覺運動刺激，以及有更強的能力對客體產生相對復雜的表象和覺察鏡像反轉(Bellugi&Emmorey,1993)。手語對聽障人群非語言工作記憶的塑造還表現在視空間工作記憶容量上。在早期研究中，對視空間工作記憶容量的測量大多采用Corsi任務。此測驗包括了視覺和空間任務，要求被試對呈現在特定位置上的物體進行回憶和再現。有研究發現，在口語環境而不是手語環境中接受教育的聽障兒童在Corsi任務中與聽力正常兒童的成績相當。而從小使用手語的聽障被試和聽力正常被試的空間工作記憶容量差異顯著，使用手語的聽障被試為5.56，正常聽力被試為5(Wilson,Bettger,Niculae,&Klima,1997)。這表明聽障本身，以及對聽覺缺陷的視覺代償并不能導致視空間能力的增強。聽障被試的視空間記憶優勢源于早期的手語使用經歷。有兩種假設來解釋聽障人群增強的視空間處理能力：1)聽障人群加強的空間語言表征能力有了非語言的用途。在空間工作記憶容量的測量任務中，使用手語的聽障被試可能采用了視覺的語音編碼策略來表征空間位置，這種策略與聽力正常被試對非語言的聲音刺激采用擬聲的策略相類似。2)手語的使用在更普遍的意義上增強聽障人群的視空間處理能力。換言之，手語信息的編碼和加工使用空間關系定位，對空間能力的運用有很高的要求，從而造成聽障人群空間處理能力的普遍增強，而不僅僅局限于空間語言能力的增強(Wilson,Bettger,Niculae,&Klima,1997)。以上研究結果也可以用工作記憶的結構來解釋：在語音環路和基于手語的復述環路中，信息的表征存在重要不同，這些不同是由于聽覺通道和視覺通道的不同處理特性造成的。工作記憶的結構可根據個體經歷而靈活變通，可將它獲得的語言資源和感覺資源擴大已有的復述機制。4問題與展望聽障人群是我們研究感覺剝奪以后工作記憶可塑性的良好范例，對工作記憶模型的豐富和深化也有著十分重要的意義。