于戰(zhàn)宇 沈文意 王麗娟

(1.江蘇師范大學 教育科學學院，江蘇 徐州 221116；2.東北師范大學 心理學院，吉林 長春 130024)

一、引言

記憶由遵從不同操作原則、服務不同現實目的、具有各自特定執(zhí)行功能的系統(tǒng)構成。Tulving將記憶分為情景記憶、語義記憶和程序記憶，并認為情景記憶系統(tǒng)中包含與自我相關的概念信息，如個人親身經歷的、發(fā)生在一定時間和地點的事件。但不包含刺激的大小、顏色、質地、方位、呈現距離以及是否被操作、操作速度、操作力度等具體性信息。[1]基于此，Engelkamp強調動作指令的具體性信息在記憶中的作用[2]，并將動作記憶(action memory)——伴隨動作操作和意識卷入過程的記憶活動[3]，作為情景記憶系統(tǒng)的補充與擴展。

在傳統(tǒng)記憶(如，語詞記憶)研究范式中，被試僅需對學習內容進行信息輸入加工。但日常生活中，動作操作是改變環(huán)境進而實現目的的主要途徑，個體的信息輸出加工更為重要。[4]例如，證人對鎖車、掏匕首這類動名詞短語的提取錯誤，很可能影響被告人的服刑時長。而且，認知理論、動力系統(tǒng)理論、感覺運動理論等具身認知觀點同樣強調身體動作對記憶等認知過程的促進作用。[5]所以，動作記憶研究兼具應用性和理論性。

目前對動作記憶行為學研究多關注動作編碼的策略或自動加工本質、單獨的動作編碼系統(tǒng)是否存在、動作編碼的年齡效應是否存在以及動作編碼是否受測驗類型影響等問題[6]，并且相關理論觀點存在分歧、行為學研究結果相互矛盾[7][8]。Russ，Mack，Grama，Lanfermann和Knopf指出，當行為學數據不足以解決研究分歧時，腦機制研究可以借助內在而深層次的腦區(qū)變化情況，為結論的統(tǒng)一提供認知神經科學依據。[9]而且，腦機制研究還可以根據腦區(qū)及時程的變化，分離行為學研究中難以分解的成分，為動作編碼的精確化研究提供方法支持。[10]同時，理論基礎可以引導實證研究的方向與內容，經驗和數據在一定的理論框架內才能被認識和理解，進而為理論內容的架構或補充做出貢獻。因此，在范式介紹的基礎上，本研究重點剖析了動作記憶腦機制的理論基礎與實證現狀，這有利于明晰后續(xù)動作記憶認知神經機制的研究方向，進而促進動作記憶的整合發(fā)展。

二、動作記憶腦機制的研究范式

動作記憶行為學與腦機制研究多采用被試操作任務(subject-performed task,SPT)這一經典范式，在這一任務中，被試隨機完成操作任務或語詞任務(基線任務，verbal task,VT)，前者是指對任務指令(如削鉛筆、打開課本)進行“外顯的動作操作”，即動作編碼；后者只要求被試“讀或聽”相同的任務指令來記憶詞語內容，無須進行任何操作，即語詞編碼。[11]進一步地，動作記憶腦機制研究豐富和擴展了該范式的任務類型。動作編碼可分為操作、觀察和中斷動作三種類型，三者在完整/取消執(zhí)行意向、動作視角等方面存在特征差異，如圖1所示。其中，操作動作既指對物體進行真實操作(real perform)，也可指無物體但有身體動作的假裝操作(pretending perform)，以及無物體且無身體動作的想象操作(imaging perform)或計劃操作(planning perform)。相比于真實操作，假裝操作需要被試借助個人經驗彌補操作物體的缺失；想象或計劃操作又進一步缺失了外顯身體操作，更傾向于一個內在的動作編碼過程。[12]觀察動作指以第三人稱為視角的觀察操作(watching perform)，通過鏡像神經元激活觀察者的動作模擬，同時激活與自我操作相似的動作表征，第三人稱視角的觀察操作更有利于被試把握材料間的關系，進而形成項目關聯性加工，且有研究證實了觀察膨脹效應的存在，即通過觀察他人操作而認為自己操作了實際上沒做過動作的記憶現象。[13]中斷動作指真實外部動作在操作部分執(zhí)行時便被中斷的操作(interrupting perform)，它相比于真實操作額外增加了“取消意向”屬性，但二者存在共同的自我、觸覺、動態(tài)動作等屬性，所以中斷操作更可能被誤判為真實操作動作。[14]有研究提出，在經典的語詞編碼基線條件下，被試對任務指令的加工深入較低，并提倡使用“評估物體價值(cost)”(如“打開電腦”中的電腦約值人民幣元？)或“評估動作發(fā)生頻率(frequency)”等作為語詞編碼條件，以突顯動作屬性帶來的記憶加工優(yōu)勢。[15][16]然而，無論采用哪種形式的動作或語詞編碼條件，動作編碼條件下的自由回憶、線索回憶或再認成績均顯著高于語詞編碼，這種現象被稱為操作效應(enactment effect)，動作對記憶的提升效果可通過操作效應的有無及大小進行判斷。[17]

然而，外顯的身體動作操作會影響ERP(event related potentials)或fMRI(functional magnetic resonance imaging)等腦機制研究結果，所以，最近的動作記憶研究范式嘗試操控實驗材料的不同動作狀態(tài)，更新動作記憶研究范式。例如，學習圖片或語詞刺激后，自我比他人聚焦激活了更顯著的LPC(late positive component)；但是，在觀看他人操作動作的視頻后，自我聚焦(被試對自己的愉悅度判斷)與他人聚焦(被試對動作操作者的愉悅度判斷)誘發(fā)的LPC差異不顯著，未出現普遍存在的自我優(yōu)勢效應。所以，動作記憶的認知加工機制可能更加復雜。[18]另外，還有研究指導被試觀察連續(xù)奔跑視頻和離散動作視頻，發(fā)現前者更易激活感覺運動區(qū)域，后者更易激活語義加工區(qū)域。[19]由此可見，動作記憶腦機制研究范式由被試動作操作逐漸轉向區(qū)分實驗材料的動作狀態(tài)，以結合ERP等認知神經方法，剖析動作記憶的腦機制。

圖1 不同動作編碼類型的特征差異圖(Leynes & Kakadia,2013)

三、動作記憶腦機制的理論基礎與研究現狀

(一)動作信息再激活觀點

“動作信息再激活”(motor information reactivation)觀點認為，動作信息，諸如動作的形式、幅度、速度等因素是產生動作記憶操作效應的關鍵。[20]這些動作信息首先會被編碼，并在之后的自由回憶、再認判斷等提取測驗中得到再激活，從而提高記憶成績。[21]

現有研究主要通過分析前額葉運動皮質區(qū)的電位激活驗證“動作信息再激活”觀點的合理性，因為運動皮質負責軀干、四肢等部位運動信號的處理。例如，Heil，Engelkamp，Rosler，Ozcan和Hennighausen的ERP研究發(fā)現，在已學過短語呈現后的1 000 ms左右，相比于語詞編碼，假裝操作編碼的運動皮質區(qū)電位激活更顯著。[22]還有研究發(fā)現假裝操作、想象操作與語詞編碼三種條件在右側運動皮質區(qū)的電位激活程度依次減弱。[23]另外，已學過短語呈現后的800～1 300 ms期間，真實操作、觀察操作、想象操作條件下運動皮質的電位激活程度均顯著高于“評估物體價值”條件。[24]已學過短語呈現后的300～500 ms期間，假裝操作比語詞編碼誘發(fā)更顯著的前額葉電位，并認為操作效應的產生得益于更突顯的記憶痕跡。[25]

(二)動作表征觀點

“動作表征”(action representation)觀點認為，動作編碼并不是一種特殊的編碼方式，操作編碼時個體的自我卷入水平以及動作概念的準備、計劃、協(xié)調過程才是操作效應產生的關鍵因素。另外，個體在大腦中對動作進行的表征加工及個體的動機水平對操作效應同樣起到決定性作用。[26]當個體執(zhí)行動作短語時，不僅會形成動作意向，激活大腦中關于如何使用動作的動作圖式，還會提取有關物體的知識經驗。[27]

這種意義上的動作操作不是一種簡單的、受運動皮質調控的認知加工，而是一種更復雜的認知加工，主要由頂葉皮質支配[28]，該觀點得到了實證研究支持。例如，Leynes和Bink的研究結果顯示，已學過短語呈現后的600～2 100 ms期間，相比于語詞編碼，真實操作更顯著地激活了頂葉負電位。[29]Russ等的fMRI研究結果表明，相比于語詞編碼，想象操作更顯著地激活了緣上回。[30]Senkfor，van Petten和Kutas的ERPs研究發(fā)現，已學過短語呈現后800～1 300 ms期間，相比于“評估物體價值”，真實操作更顯著地激活了頂葉及枕葉的負電位。[31]這一結果在觀察操作中也得到了證實。[32]

但是，已有研究均通過驗證提取階段的腦區(qū)電位激活來推測動作編碼階段的腦區(qū)激活情況。[33][34]有研究采用PET技術對此進行分析，發(fā)現假裝操作條件下，個體在編碼和提取階段均可激活大腦左半球；想象操作條件下，個體在編碼和提取階段均可激活運動皮質。[35]這說明動作編碼與提取具有相似性，驗證了再激活理論。[36]

深層分析可知，上述兩觀點的分歧可能源于研究視角的差異。動作信息再激活觀點從動作客體角度出發(fā)，強調外顯動作的具體特征，如速度、幅度等在操作效應中的積極作用；動作表征觀點則從操作主體角度出發(fā)，強調動作者的內在表征內容，如計劃、卷入水平在操作效應中的積極作用。而動作記憶的概念不僅包括動作客體的具體操作，又包括操作主體的意識卷入。相關實證研究結果也為兩觀點的整合提供了分析方向。Senkfor等研究發(fā)現已學過短語呈現后800～1 400 ms期間，真實操作、想象操作、觀察操作比“評估物體價值”更顯著地激活了運動皮質區(qū)的負電位；但已學過短語呈現后的1 000～1 400 ms期間，相比于想象操作和“評估物體價值”，真實操作和觀察操作更顯著地激活了頂葉正電位。[37]Masumoto等的MEG研究發(fā)現，已學過短語呈現后的150～250 ms期間，相比于語詞編碼，真實操作條件下被試在再認判斷任務中的左側運動皮質有更顯著的激活；在已學過短語呈現后的600～700 ms期間，真實操作條件下被試的右側頂葉又出現顯著激活。[38]所以，動作信息再激活與動作表征觀點并非完全對立，而是研究視角的不同，并且兩者存在整合的可能，后續(xù)研究可借助操作表征的分類差異進行深入探究。[39]

(三)動作編碼的結構性加工觀點

目前，多數行為學或腦機制研究都將動作記憶視為一個加工整體，分析操作效應的產生原因[40][41][42][43]；或將其視為一種加工策略，探究其對老年人或特殊人群的記憶提高效果[44][45]。這種研究視角與思路無法剖析動作編碼所包含的具體成分，也可能是導致動作記憶細化和深入研究進展緩慢的原因。

針對這一不足，Zimmer試圖將動作記憶視為結構性的加工過程，并指出只有當研究證實動作加工過程中涉及的某一個心理成分是完全解釋操作效應產生的關鍵時，才會消除各理論觀點的矛盾。[46]更重要的是，不同的加工過程有可能同時存在，所以找到何種條件下的何種加工過程對動作記憶是必要的或不必要的，才可以為明晰操作效應的加工機制提供有力的數據支持。[47]腦機制或認知神經機制的研究方法可為這一視角的具體研究提供技術支持[48]，這也是本綜述的重點內容之一。

展開來說，Zimmer提出的被試操作任務分解探究(task analysis of SPT)觀點指出，動作記憶可能由五種心理成分構成：①詞匯-語義加工(lexical-semantic processing)。動作編碼條件下的語義加工會聚焦于實驗材料的動作成分上。這會產生兩種結果：一是動作的原因等情境性信息被抑制；二是與動作及動作執(zhí)行相關的動作表征被激活，并且動作表征的激活會進一步反饋，從而激活語義表征。②意志形成(formation of volition)。個體在該階段激活物體的表象信息，僅對目標動作或與目標相關的動作進行操作，但無須對所有凸顯于大腦當中的動作進行操作。③運動及動作程序(movement and motor programming)。個體在該階段需提取記憶中關于動作操作方式的知識，但想象操作條件下，動作程序只被部分激活。④動作執(zhí)行與監(jiān)控(motor execution and monitoring)。動作的各項指標在這一階段得以具體化，即動作的范圍、幅度、速度等信息由內部表征狀態(tài)轉化為外部操作狀態(tài)，而且動作監(jiān)控過程也隨之啟動。⑤動作評估(motor evaluation)。該過程會將動作分為執(zhí)行成功或失敗兩種，若動作執(zhí)行失敗，則需要重新進行前四步。[49]

Russ等的四加工階段是指：①被試會讀/聽一個動作短語，對其進行理解，此時涉及以語言為媒介的語義分析；②個體會形成物體以及如何對其進行操作的表象；③個體對組成整體操作的各個子動作進行計劃排序；④激活控制動作執(zhí)行及肌肉運動的動作程序，同時進行感覺登記。[50]

對比分析可知，雖然上述兩觀點表述方式有所不同，但都認同以下三點：①語義理解(semantic understanding)是動作記憶的基礎成分；②動作加工過程涉及相關物體的表象激活(image activation)，即個體會搜索長時記憶中關于物體及其操作的表象知識；③動作執(zhí)行(action execution)是動作編碼精細化和外顯化的加工過程。研究可知，雖然初學者比專業(yè)運動員更多地依賴言語編碼或語義理解，但動作序列生成任務對運動員的干擾效果更大。[51]可推測出動作記憶的加工是一個動態(tài)過程，即隨著動作加工頻次和身體經驗卷入的逐漸增加，個體對言語編碼的依賴性有所降低，對動作執(zhí)行的依賴性有所提高。[52]這一動態(tài)加工過程并未得到ERP或MEG研究關注，但上述三成分的具體研究已得到部分開展。

首先，動作編碼的語義加工研究方面。以語義整合良好(如打籃球)和語義整合不良(如咬足球)動作短語為實驗材料，研究發(fā)現相比于語義整合不良材料，動作編碼更能提高語義整合良好材料的自由回憶和再認判斷成績。[53]還有研究以“三字母匹配(判斷動名詞短語中是否包含之前給定的三個連續(xù)字母)”和“數字母(動名詞短語中所包含某字母的出現頻次是否與提前給定的頻次相一致)”為表層語義干擾任務，以概念加工(給出動名詞短語可能發(fā)生的情境，如在酒館里)為深層語義干擾任務，發(fā)現表層語義干擾任務條件下的自由回憶成績表現出顯著的操作效應，但深層語義干擾任務條件下的自由回憶成績卻并未出現操作效應。[54]這些都說明動作記憶涉及的語義加工水平可能更深。盡管如此，卻有研究發(fā)現語義重復并不影響動作編碼條件下的記憶成績，并認為動作編碼對語義信息不敏感。[55]

文獻梳理可知，van Elk等率先使用ERP技術并結合“go/no-go范式”探究了伴隨動作準備的語義激活的本質，該研究指導被試根據高頻(1 000 Hz)或低頻(800 Hz)提示音做動作或不做動作。[56]雖然研究結果表明在對有意義動作進行計劃操作時，與動作目標不一致的刺激詞比目標一致詞誘發(fā)更顯著的早期N400成分，但ERP技術的局限使得“go”條件下的研究結果均被刪除，而且研究中并未指導被試對學習材料進行語詞編碼以作為基線，所以研究結果無法說明動作記憶是否涉及語義深加工。

其次，動作記憶的表象加工研究方面。Kormi-Nouri，Nilsson和B?ckman證實，“數屏幕中帶顏色點數量”這一表象性質的干擾任務會降低動作編碼條件下的記憶成績，這說明動作記憶加工會激活相關物體的表象信息。[57]另外，還有研究發(fā)現，熟悉物體動作編碼過程中的表象加工水平較高，不熟悉物體動作編碼過程中的表象加工水平較低，即項目熟悉性在動作編碼的表象加工水平中具有調節(jié)作用。[58]還有研究發(fā)現圖像處理可以提高記憶力，被試操作任務效應是動作編碼和表象編碼共同作用的結果。[59]

最后，動作記憶的動作執(zhí)行研究方面。研究發(fā)現，識記自己操作與識記他人操作動作信息在視覺工作記憶中的存儲相互獨立，二者的整合需要更多的認知資源。[60]而長時記憶研究結果表明，假裝操作記憶成績高于觀察操作或想象操作[61]，還有研究發(fā)現三者差異不顯著[62]。動作記憶腦機制研究同樣未有一致結論。例如，假裝操作比想象操作右側運動皮質和對側軀體感覺皮質的激活更加顯著。[63][64]但Senkfor等未發(fā)現二者的前額葉電位激活差異。[65]

四、研究展望

目前，動作記憶腦機制研究并未引起廣泛關注，雖然所得結果為動作信息再激活和動作編碼觀點提供了數據支撐，但兩理論觀點本身存在矛盾。而且，已有研究均將動作記憶視為加工整體或加工策略，后續(xù)研究應以動作記憶的結構性加工觀點為基礎，從更加微觀、細致的角度對動作記憶腦機制的矛盾分歧進行整合性探究。因此，下述問題亟待解決。

首先，被試操作任務分解探究觀點指出，在詞匯-語義加工階段，動作記憶的語義加工更偏重于動作成分，這會導致其他情景中的動作語義被抑制，而動作成分的額外激活很可能進一步反饋并激活語義表征。[66]但動作記憶的抑制加工機制并未得到廣泛關注。呈現物體短語的回憶會抑制不呈現物體短語的回憶，這一現象在動作編碼條件下更明顯。[67]類似地，提取操作項目也會抑制非操作項目的提取。[68]但相比于語詞編碼，動作編碼過程中動作原因、注意資源等的抑制水平是否更高，仍需后續(xù)ERP或fNIRS研究證實。

另一方面，若真的存在語義表征的反饋激活，那么動作比語詞編碼條件下的N400應更顯著，這同樣需要使用ERP技術并借助Kormi-Nouri對語義整合的操作定義進行驗證分析。[69]此外，工作記憶與長時記憶的緊密聯系，在以指令跟隨任務(following instruction task)為范式的動作編碼工作記憶研究中，需要被試對“推圓形”之類的動作指令而非“貼郵票”等更具語義信息的動作指令進行編碼[70]，動作指令的低語義加工水平可能降低語音環(huán)路在工作記憶操作效應中的解釋力，相關認知神經科學研究也尚未展開。

動作編碼的結構性加工視角還啟示，未來研究可以將大腦后部電位變化、C1及N270腦電成分的激活情況作為ERP研究的因變量，分析動作記憶的表象加工水平；fMRI、PET等研究可觀測動作幅度大小、速度快慢以及身體卷入多少變量在前額葉或頂葉等部位的電位激活以及腦成像差異，為動作編碼產生記憶優(yōu)勢中的動作執(zhí)行的必要性以及專門的動作系統(tǒng)是否存在提供深層次的數據說明。[71]同時，觀察運動的工作記憶保持過程中會出現μ波抑制[72]，但意義性動名詞短語的生物運動EEG研究卻依然未受到關注，這一問題的探究不僅可以進一步規(guī)范動作記憶腦機制的研究范式，還有利于從鏡像神經系統(tǒng)的角度剖析操作效應的認知神經機制。

五、研究啟示

動作記憶研究符合具身認知思潮，具身認知的教育與教學強調身心統(tǒng)一觀，主張從表征主義知識觀到具身知識觀的轉變。[73]在教學方法方面，厘清動作記憶的認知神經機制，分析語義、表象、動作成分在操作效應中的貢獻度及加工原理，進而分析動作編碼過程所需要的“必要而恰當”的外部條件，這對于指導師生選擇恰當教學方法具有重要的實踐意義。展開來說，鋼琴演奏家和小提琴演奏家大腦皮層中手指運動表征區(qū)域溝壑明顯多于普通人，運動訓練也會導致運動區(qū)的激活增強，感知經驗的積累會提高學生運動區(qū)的激活水平。[74]依此，在教學過程中，教師應該盡可能多地指導學生進行身體運動操作。更重要的是，動作記憶腦機制研究啟示前額葉運動區(qū)的激活可能進一步激活頂葉[75]，初級的身體運動會促進語義、表象等認知加工過程，手勢會促進學生的數學問題解決與空間學習。[76][77]所以，動作記憶腦機制研究可服務于教育實踐，并為教育神經學研究提供基礎。

在學習方式方面，皮亞杰的兒童認知發(fā)展階段理論認為，有機體和外部環(huán)境之間是雙向互動關系，有機體通過身體動作建構外部環(huán)境的知識與信息，對環(huán)境進行適應和平衡。[78]然而，傳統(tǒng)教學并未重視兒童身體動作在學習與認知中的作用。這可能是因為語言理解、圖片優(yōu)勢效應等心理學結論得到了普遍認可[79]，但與之相比，更加具有生態(tài)效度的動作記憶研究卻并未得到廣泛關注。而本研究綜述內容提示，在學生學習，特別是兒童學習過程中，應提高教具的使用頻率，或指導兒童自制教學用具，為兒童具身經驗的積累提供必要條件。另外，動作記憶腦機制研究范式的更新進一步提示[80]，除指導兒童進行身體動作或借助教具積累直接經驗外，教師在先行組織者呈現時，應盡量多采用動態(tài)視頻，以提高兒童對材料的語義理解水平，同時也利于提高兒童的學習樂趣和教師的教學質量。

動作記憶的研究成果還可用于特殊人群的認知訓練和康復治療。特殊人群認知康復的難點在于操作困難、起效緩慢。[81]動作編碼與操作表征關系的深入探究，可為孤獨癥兒童掌握并使用更多的功能性詞匯提供幫助，進而彌補該群體言語理解及運用能力受損等癥狀。此外，多動癥兒童抑制能力較弱，通過操作效應抑制加工機制的深入探索，可為多動癥兒童注意力訓練提供夯實的理論基礎。[82]最后，從激活與抑制兩方面厘清動作編碼所帶來記憶優(yōu)勢的原因，并依此推導出科學的訓練方式，可以為聾啞人、認知功能障礙者等特殊人群在掌握新事物時提供良好的學習和記憶方式。