年轻成人和老年人基本非符号与符号数量加工的神经机制：一项fNIRS研究

发布时间：2020-10-26 07:48

　　 数字的数量可以用非符号(如“两个点”或者“三个苹果”)和符号(如阿拉伯数字“2”)两种形式进行表征。符号通常是指数学中用以表达不同数量的各种符号、代码,或者是用语言文字表达的字或词;非符号通常是指通过视觉、听觉或跨通道呈现的实物数量的多少。以往大量研究对个体的非符号和符号数量加工能力进行了探讨,包括动物、人类婴儿、儿童和成人,结果发现动物和人类均具有非符号数量表征能力,并认为非符号数量加工能力是个体与生俱来的,是符号数量能力发展的基础,非符号数量和符号数量关系密切。但也有研究通过行为和认知神经科学研究方法,对上述结论产生了质疑,认为两种数量加工是分离的,个体对数量的加工受符号影响。故产生了符号特异性与符号非特异性的争论,也就是说个体对数量的加工是依赖符号,还是抽象的。此外,以往数量加工领域的研究对象很少涉及老年人,导致对老年人数量加工能力的发展状况缺乏了解。且以往研究对二者关系作孤立探讨,未能充分考察符号和非符号数量加工的相互转化机制,因此,本研究有三个目的:(1)从神经层面对非符号和符号数量加工关系的争论进行澄清,考察二者属于符号特异性还是符号非特异性;(2)从脑功能层面考察年龄老化对非符号和符号数量加工的影响;(3)探讨年轻成人与老年人符号和非符号数量加工相互转化的神经机制。此前对符号和非符号数量关系的探讨,多是使用数量比较任务,让被试判断呈现在屏幕上的数量哪边的大/多,哪边的小/少,然后做出相应的按键反应。然而有研究这指出,脑成像研究比行为研究能更好地揭示非符号和符号数量加工的本质,且反应选择会对脑成像数据结果产生干扰。作为一种新兴的功能性脑成像技术,f NIRS因其对头动不敏感,生态效度高,价格低,时间和空间分辨率较好,还能同时测量氧合血红蛋白(Hb O)、脱氧血红蛋白(Hb R)和总氧合血红蛋白(Hb T)浓度等方面的优点,被研究者们广泛应用于认知研究领域。基于以往有关研究,为克服数量比较任务的缺点,本研究拟采用f NIRS数量适应范式探讨年轻成人与老年人符号和非符号数量加工间的关系。研究一采用数量适应范式,通过符号数量任务、非符号数量任务、非符号向符号数量转换任务和符号向非符号数量转换任务考察了年轻成人的数量加工的神经机制。结果发现:(1)年轻成人非符号数量加工主要表现为右顶上叶、右额上回和左右额中回有显著激活,符号数量加工则主要在左额中回有显著激活;(2)年轻成人在非符号数量向符号数量转换过程中左右顶上叶、左额上回和左右额中回有显著激活,符号数量向非符号数量转换过程中左顶上叶和左右额上回有显著激活。研究二采用与研究一相同的实验范式,探讨了老年人数量加工的神经机制。结果表明:(1)老年人非符号数量加工主要在右额中回有显著激活,符号数量加工则主要在左额上回有显著激活;(2)老年人在非符号数量向符号数量转换过程中右额中回有显著激活,符号数量向非符号数量转换过程中则表现为右额中回和右额下回有显著激活。综合以上结果可发现,年轻成人与老年人的非符号和符号数量加工是特异性的,且年轻成人与老年人在非符号和符号数量加工及其相互转换过程中的神经活动存在差异,主要表现为年轻成人顶叶和额叶均有参与,而老年人仅限于额叶。这说明年龄老化会对数量加工的神经机制产生影响。总之,本研究结果不但支持了符号特异性的观点,而且通过符号数量转换关系的探讨扩展了对符号和非符号数量加工间关系的认知。此外,通过年轻成人和老年人脑成像结果的比较还揭示了年龄老化对数量加工神经机制的影响。未来研究尚需应用纵向研究、多模态技术研究克服现有研究的局限,以推进数量认知发展研究的深入。
【学位单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：B842
【部分图文】：

1 文献综述5图1 单一表征模型和双重表征模型示意图1.2.5 计算模型该模型指出，非符号数量加工要经过三个阶段：两个数量易感(Number-sensitive)加工阶段和一个数量选择(number-selective)编码阶段。首先，客体位置映射(Object Location Map)是第一个数量易感加工阶段，在此阶段，每个神经元只对特定空间位置上出现的对象发出信号，不受对象其他属性的影响。其次，自动起作用的总和编码(Summation Coding)为第二个数量易感加工阶段，主要是对数量进行表征。其输入的信号有不同的敏感性，阈值随着数量的增大而提高，并且大数量的表征可以激活小数量，反之则不成立。而后进入数量选择编码阶段，即位置编码阶段(Place Coding)。此阶段通过非线性对数收缩的方式进行映像编码，特定的神经元对特定的数量发出信号。符号数量表征虽然具有非符号数量表征的一些属性

西南大学硕士学位论文6图2 计算模型示意图以上五种理论中，抽象表征理论和单一表征模型主要说明非符号和符号这两种不同的数量加工的非特异性；三重编码模型、复杂编码模型和双重表征模型则强调非符号和符号数量加工的特异性；计算模型则既支持非符号和符号数量加工的非特异性，也支持其特异性。1.3 认知老化对非符号和符号数量加工的影响社会保障制度的完善和医疗技术的进步，人类的平均寿命呈稳定增长的趋势，这也不可避免地导致了老龄化人口数量的大幅度上升。为提高老年人身心健康和生活质量，对正常老龄化群体认知变化的及时检测、预防以及早期干预显得尤为重要。1.3.1 认知老化理论随着研究的深入和发展，我们已了解健康老化不仅会带来生理上的显著变化，还会导致流体智力严重受损，使得个体难以有效地解决新问题。更为重要的是流体智力的下降与认知功能的衰退相联系，如加工速度(Deary, Johnson, & Starr, 2010; Nilsson, Thomas, O’Brien, &Gallagher, 2014)、抑制控制(刘盼, 谢宁, 吴艳红, 2010; Sweeney, Rosano, Berman, & Luna,2001)、工作记忆(Mattay et al., 2006; Podell et al, 2012; Jain & Kar, 2014)等。关于为何随着年龄的增长

序通过E-Prime 2.0软件编写和运行，并在21.5英寸宽屏的DELL笔记新频率为60赫兹。用以记录大脑活动的是日本岛津公司生产的Shimadzu OMM. FOIRE像(fNIRS)设备，通过三波长的近红外线半导体激光(780mm、805nm血红蛋白浓度的变化，采样率设定为10HZ。采用的是4*8排列的多通各有16个，相互间间隔约为3cm，根据国际10-20脑电系统安置探头标通过 3D 定位仪和 NIRS_SPM 软件获得，图 1 是探头在脑区中的顶叶的通道有 ch5、ch12、ch13、ch20，覆盖右顶叶的通道有 ch3、9，覆盖左额叶的通道有 ch35、ch42、ch43、ch44、ch50、ch51、ch5 ch34、ch40、ch41、ch47、ch48、ch49(见图 1)。
【参考文献】

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本文编号：2856720