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1、课题名称：学生信息保持与记忆机制的研究课题批准号：CBA060059课题级别：国家青年基金课题课题拨付经费：5万元学科分类：教育心理课题鉴定时间：2009年2月课题负责人：王 益 文 山东师范大学主要成员：陆润萍、刘岩、高艳霞、陈晶、洪慧、徐艳娇、蒋晓燕研究总报告学生信息保持与记忆机制的研究课题简介近30年来，脑科学研究的新成果层出不穷、日新月异。随着脑科学与认知科学的逐渐融合，旨在探索人类个体的知觉、注意、记忆、推理、知识获得和情绪情感等高级心理活动脑机制的研究不断涌现，其研究成果的运用必将极大地促进个体心理的发展，对处于人生黄金时期的学生个体影响将尤为重大，他们的大脑正处于从不成熟到成熟的
2、过渡阶段，其结构和功能的可塑性非常强，这就为教育提供了充分的可能性。摘要：本课题采用心理行为实验和脑电技术探讨信息保持与记忆的机制。将心理学和脑科学的实验研究与教育教学实践相联系，探讨促进学生学习和记忆的方法及途径。本项目的系列实验研究发现一些信息保持和记忆的机制，积累了认知脑机制的电生理学证据，信息的保持包含被动存贮和主动复述两种加工。信息的短时存贮和复述是记忆形成的基础，短短几秒钟时间的信息保持在脑内产生的激活模式和动态活动反映了知识获取和记忆巩固的过程。操作、监控并调节所保持的信息并对其进行比较、整合加工等在人的智慧活动中起重要的作用。在不同形式的信息中，空间位置和词语文字是极为重要的信
3、息类型。汉字与空间位置的信息整合进行了更深层次的操作，是更高水平的执行控制的使用和加工。脑科学和教育心理研究相结合，得出了有益的教育启示，可以为学生学习教育改革提供基础理论依据。关键词：信息保持 记忆 机制 事件相关脑电位内容目录一、研究问题二、研究背景和文献综述三、研究程序四、研究发现或结论五、分析和讨论六、建议七、参考文献研究总报告一、研究问题（一）研究目的本课题是一项探索性研究，以教育学和心理学规律为基础，采用心理行为实验和高密度脑电技术探讨信息保持与执行控制的机制及其在学习中的作用。将心理学和脑科学的实验研究与教育教学实践相联系，探讨促进学生学习和记忆的方法及途径。信息保持与执行控制是
4、人类高级认知活动的关键环节，21世纪，随着认知神经科学的研究方法和功能磁共振、事件相关电位等技术的不断完善，为探索信息保持与执行控制的神经机制提供了工具支持和研究契机。脑科学和教育心理研究相结合，可以为教育改革提供基础理论依据，推动教育教学水平和质量的提高，帮助学生科学用脑和高效率学习。汉字和空间信息保持与整合对学习和记忆有重要作用，研究的主要目的是重点关注认知活动的时间进程，深入探讨信息保持与执行控制各部分动态过程的机制及其对科学用脑的启示。本项目从全脑整合理论出发，既重视认知活动的功能定位，又把这种定位放在大脑整体活动的框架中来考虑，尤其重视信息保持与整合加工中各激活脑区之间的信息交换、相
5、互作用和功能协作。本项目从本土化研究的角度出发，力图揭示汉字保持、复述、短时存贮及其与空间信息的整合加工等认知活动有别于英文拼音文字的特有机制。对汉字语言优势脑的重大理论问题进行实验探索，从本课题的角度为汉字认知机制提供心理学实验证据。以信息加工理论和认知神经科学理论为依据，结合并改进心理行为实验的方法，基于全脑整合的观点探查信息保持与执行控制过程中参与脑区激活的时间模式、信息交换和功能互动，多任务、多维度、系统性地研究学习信息保持与记忆的机制。采用多导高时间分辨率脑电技术，对其动态加工和大脑功能定位进行研究。探索大脑左右半球在不同类型信息保持与执行控制加工动态过程中的相互作用和整合加工，深入
6、揭示其认知机制。力图揭示汉字信息保持与记忆的机制及其对教育的启示，从而为教育教学实践服务。（二）研究意义记忆过程开始于识记。识记是大脑接受来自各种感官输入的信息，在大脑皮层上建立暂时神经联系并留下痕迹的过程。保持是记忆过程的第二个环节。保持是大脑皮层上经验痕迹不断变化和巩固的过程。大脑皮层具有动力定型的活动特点。当外部或内部的刺激按照一定的顺序重复多次后，大脑皮层上的兴奋和抑制过程在空间和时间上的关系就固定下来，因而条件反射的出现就会愈来愈恒定和精确，即形成了动力定型，也就是我们通常所说的“习惯”。习惯形成后，一些活动无需大脑皮层细胞过多的工作就能进行，这样，神经细胞就能以最低的消耗收到最高的
7、工作效率。因此，在学生个体大脑发育日趋成熟之际，有意识地培养他们形成有规律的学习、生活习惯，对减少神经细胞的负担，避免大脑过劳具有积极作用。实际上现实生活中不同信息经常是相互关联、同时存在的，词语和空间信息是人类信息加工中非常重要的类型，这两种信息的整合加工在现实认知活动中经常发生。空间信息经常作为文字信息的背景，文字经常在不同的空间位置中出现。工作记忆参与有关当前不同类型目标信息的短时存贮，保持多种不同类型的信息，必须对不同信息类型进行整合加工。对不同形式的信息进行整合的能力，对推理和问题解决等高级认知和思维活动是必不可少的。信息的整合加工是人类信息处理的重要方面，甚至是更为关键性的组成部分
8、。信息保持与执行控制在人类学习与记忆过程中必不可少，该领域的研究成果在当今的信息时代具有潜在的广阔应用前景。信息的短时存贮和复述是记忆形成的基础，短短几秒钟时间的信息保持在脑内产生的激活模式和动态活动反映了知识获取和记忆巩固的过程。操作、监控并调节所保持的信息并对其进行比较、整合加工等在人的智慧活动中起重要的作用。信息保持与执行控制是记忆机制的中心环节，其研究发现对素质教育改革以及学生学习等具有重要的启示作用和借鉴意义。信息保持与执行控制是人类高级认知活动的关键环节，21世纪，随着认知神经科学的研究方法和功能磁共振、事件相关电位等技术的不断完善，为探索信息保持与执行控制的神经机制提供了工具支持
9、和研究契机。脑科学和教育心理研究相结合，可以为教育改革提供基础理论依据，推动教育教学水平和质量的提高，帮助学生科学用脑和高效率学习。该课题是本领域的国际前沿的研究热点，国外相关论文见诸于Nature 和 Science等国际顶级学术期刊（Cohen et al., 1997; Courtney et al., 1997, 1998）。本项目从全脑整合理论出发，既重视认知活动的功能定位，又把这种定位放在大脑整体活动的框架中来考虑，尤其重视信息保持与整合加工中各激活脑区之间的信息交换、相互作用和功能协作。汉字和空间信息保持与整合对学习和记忆有重要作用，研究应充分发挥ERP高时间分辨率的优势，重点关
10、注认知活动的时间进程，深入探讨信息保持与执行控制各部分动态过程的机制及其对科学用脑的启示。（三）研究假设本项目设想从本土化的研究出发，探查汉字与空间信息保持与执行控制的机制及其对素质教育改革的启示和对学生学习的借鉴作用。在已有研究的基础上，整合吸收心理科学、脑科学和教育学的研究发现。在认知神经科学的框架指导下，系统探索汉字和空间信息保持与执行控制的机制。根据对上述问题的分析和整合，我们归纳自己研究的理论框架与模型，从而提出了本项目的研究假设，具体由四大部分组成：第一部分 探讨工作记忆中汉字与空间信息保持的动态分离；第二部分 进一步分解词语保持的子成分，分离词语的短时存贮与复述加工共同完成保持；
11、第三部分 额叶参与工作记忆的负荷效应，确定参与的脑区部位；第四部分 前额叶和扣带回参与工作记忆中汉字与空间信息整合的认知神经机制。本课题研究拟解决的关键问题在于整合上述研究发现，结合当前教育改革中的问题，开拓脑认知研究在教育实践中的应用。（四）核心概念学生信息保持与记忆机制研究的核心概念主要包括信息保持、执行控制和工作记忆。其中信息保持是工作记忆的一部分，而工作记忆又是执行控制的组成部分，它们的具体概念如下：信息保持是在短暂时间内维持输入信息的短时贮存，以便在随后的思维活动中使用该信息，或者进行深层次的高级认知加工过程(DEsposito, 2001)；执行控制负责认知活动的监控调节、信息操作
12、和任务计划等，包括刷新、转换、任务协调、抑制等成分(Aron et al., 2004)，它实现对所保持信息的编码、存贮、复述、提取、匹配和整合等加工(Collette & Linden, 2002)；工作记忆（Working Memory, WM）是为完成某一任务或目标而在线（on line）保持信息，并对所保持信息进行操作加工的系统（DEsposito, 2001）。认知心理学则采用这一术语阐述参与信息暂时保持和操作的系统（Baddeley & Hitch, 1974），强调系统功能的重要性，提出了工作记忆的结构功能模型，把工作记忆定义为一个由多成分组成的系统。认知心理学把工作记忆界定为一
13、种信息的暂时储存及与其它更复杂任务的联合运作；一种为特定任务或目标服务而在线保持信息的能力；或者是一种为了完成复杂问题解决任务，操作多种信息资源的心理工作空间（mental workplace）。二、研究背景和文献综述（一）理论基础信息保持与执行控制的脑机制存在许多尚未明确解决的问题，如其加工成分的大脑定位问题；信息短时存贮与执行控制分离的问题；工作记忆保持与操作加工的前额叶皮质背腹侧（DLPFC vs. VLPFC）分离与信息转换的问题；工作记忆加工过程中大脑活动的动态时间模式问题。工作记忆不同水平的加工成分与额叶皮质不同区域的关系问题。在对上述问题进行大量实验研究的基础上，研究者们提出了一
14、些工作记忆的脑模型。1、工作记忆成分结构模型史密斯等（Smith & Jonides, 1997）主要采用PET研究了工作记忆的结构成分，综合分析得出如下结论：第一，工作记忆系统存在加工空间、客体和词语信息的不同成分，空间工作记忆多定位于右半球，词语工作记忆多定位于左半球。第二，词语工作记忆负荷参量任务表明，有关成分随着记忆负荷的增加表现出某些活动的增多，而与工作记忆无关的大脑部位未表现出这种记忆负荷效应。而且，记忆负荷敏感区与非敏感区激活的时间进程不同。这表明前额叶皮质的不同部位负责工作记忆可分离的加工成分。第三，至少在空间和言语工作记忆中存在可分离的成分负责信息的被动存贮和主动保持。存贮成
15、分定位于大脑后部，保持成分定位于大脑前部。他们提出了一个修正的工作记忆结构模型（an updated architecture of working memory，见图1）。该模型认为，任何视觉输入都可根据信息的类型进行编码。空间信息通过“where”枕顶通路输入，客体信息通过“what”枕颞通路输入（Mishkin, Ungerleider & Macko, 1983）。而视觉输入的言语符号可以从视觉表征转换为语音表征。因此，输入到工作记忆中的信息就有三类空间、客体和词语信息（spatial, object and verbal information）。三种不同的工作记忆子系统分别处理这三
16、类信息，词语和空间保持分为缓冲存贮和复述加工两个功能，词语信息左半球单侧化，空间信息右半球单侧化。视觉语音编码转换创建空间编码创建客体编码语音存贮客体存贮空间存贮复述语音编码复述空间编码执行控制视觉输入空间存贮：主要在顶叶后部（右半球单侧化）空间复述：前运动区（右半球单侧化）客体保持：左侧颞叶下部和顶叶后部区域词语存贮：主要在顶叶后部（左半球单侧化）词语复述：Broca区、前运动区和补充运动区（左半球单侧化）执行控制：背外侧前额叶皮质图1 工作记忆加工成分结构及其脑定位空间信息的缓冲存贮区部分位于右顶叶后部区域，其复述加工通过包括前运动区在内的右侧额顶回路实现。客体信息通过左侧颞叶下部和顶叶后部区域实现，尚无明确证据表明客体信息存贮与复述的分离。词
