2010级--第二章--认知心理学研究方法--其他资料

Eysenck&Keane认为认知心理学主要有四种研究方法，即：实验认知心理学（experimentalcognitivepsychology）：它继承了认知心理学的实验传统且不涉及计算建模（computationalmodelling）方面的内容。认知科学（cognitivescience）：它开发各种计算模型来理解人类认知。认知神经心理学（cognitiveneuropsychology）：它通过研究脑损伤患者的认知损害（cognitiveimpairments）来为正常人类认知研究提供有价值的资料。认知神经科学（cognitiveneuroscience）：它通过运用一些技术手段（如脑功能成像）研究大脑功能以理解人类认知。实验法大部分关于认知过程和结构的研究都是通过严格控制变量来观察被试行为（如反应时和/或操作准确性）而获得的。这种方法已被证明非常有效。通过这一方法获得的数据也被用来发展和证明众多认知心理学理论。然而，我们在运用这些数据时需考虑两个潜在的问题:1．速度和操作准确性只能为认知心理学家对他所关心的内部过程和结构提供间接的信息。2．行为数据通常是在人为环境的实验室里收集的。人们在实验室中对一件事情的表现可能同日常生活中的大相径庭。认知科学认知科学家开发各种计算模型（computationalmodel）以理解人类认知过程。一个理想的计算模型能引导人们去规范一个理论并预测个体在新情景中的行为。数学模型在信息加工范式出现很久之前就已经在实验心理学领域（如智力测验）广为运用了。计算模型最大的优点就是它们能对一个现象作出解释性和预测性说明计算模型可以说是认知科学方法的标志。计算建模（computationalmodelling）：从流程图到模拟过去，许多实验认知心理学家在阐述其理论时所用的语言总是模棱两可。这一现象使其他研究者很难确定所获证据是否能支持该理论。相反，认知科学家用计算机程序来表述认知理论，使得所有细节都清晰可辩。在六、七十年代，认知心理学家喜欢用流程图（flowchart）而不是程序去描述认知理论。计算机科学家在编写具体程序代码前需要画一些流程图，作为设计图或工作计划。流程图比文字表述更具体和专门化，但如果不与具体程序配合使用，还是显得不够精确。使用流程图常常招致尖锐的质疑，如:“流程图的每个逻辑方块里究竟发生了什么？”“沿着这些箭头究竟又发生了什么？”等。这些问题又引来进一步的问题：人们需要知道“什么是句子编码？”、和“怎样检测句子歧义？”等一系列问题。关于计算机模拟的一些议题能不能把一个程序的心理学特征与其它特征区分开来？计算机程序和人类被试在反应时上会表现出差别吗？认知神经心理学认知神经心理学研究脑损伤患者的认知活动模式。研究这些患者保持完整或损害的认知特性是具有重要价值的：一是因为脑损伤患者的认知活动通常可用有关认知心理学理论来解释。这些理论对正常认知活动中所涉及的过程或机制进行了阐述。当选择性损伤上述某些机制时，原则上这些理论也应该能够解释那些脑损伤患者所表现出来的许多认知损害现象。否则，这些理论需要完善。（修改完善理论）二是来自于脑损伤患者的相关证据有助于拒绝由认知心理学家提出的某些理论并且提出关于正常认知活动的新理论。Ellis和Young（1988,p.4）提出认知神经心理学的主要目标应该是：从脑损伤患者身上保持完好的和受损害的各种认知能力推断正常和完整的认知过程…认知神经心理学家也希望能够断言，如果正常且完整的认知系统不以某种方式组织的话，在脑损伤患者中观察到的那些症状模式可能就不会发生了。研究的效果应该是：认知心理学和认知神经心理学之间会产生双向的影响，即前者影响后者而后者也可影响前者。认知神经心理学研究实例：Atkinson和Shiffrin(1968)提出，长时记忆与短时记忆之间存在重要差别（即两种记忆系统说）且信息需通过复述（rehearsal）和在短时记忆中进行的其它加工活动而进入长时记忆。Shallice和Warrington(1970)发现脑损伤患者KF的短时记忆受到严重损害，而长时记忆则保持完整。这一结果支持了上述假说。对KF的研究达到了两个目的：一是它提供证据支持两种不同记忆系统假说。二是它也指出了Atkinson和Shiffrin(1968)理论模型的严重缺陷。根据该模型，如果长时学习和记忆确实依赖于短时记忆，那么在短时记忆严重损害情况下居然长时记忆还保持完整的结果就有些不可思议了。KF的例子清楚地显示了认知神经心理学研究的潜在意义。针对该患者的研究发现了六十年代末占主导地位的记忆理论所存在的严重缺陷。这项研究也证明了个案研究的价值。认知神经心理学家怎样去设计研究认知功能的各种任务呢？一个关键目标就是促使被试出现分离现象（dissociation），即患者在第一项任务中表现正常而在第二项任务中表现异常的现象。患者KF在短时记忆和长时记忆测验成绩上就出现了分离现象。这一证据被用来证明正常个体也至少存在两个不同记忆系统。双重分离现象（doubledissociation）从一个单一分离现象作出一个普遍性推论存在一个潜在的问题。一位患者在第一项任务上表现不好但在第二项任务上表现正常，可能只是因为第一项任务更复杂的缘故，而不是由第一项任务涉及脑损伤引起的某些特定功能损害造成的。对这一问题的解决办法就是在患者身上发现双重分离现象。所谓双重分离就是一个患者在任务1上表现正常而在任务2上表现异常，而另一患者在任务2上表现正常在任务1上表现异常。如果出现双重分离现象，则结果就不能用任务难度不同来解释。KF短时记忆异常而长时记忆正常，但遗忘症（amnesia）患者长时记忆严重异常而短时记忆正常。这些发现支持大脑中存在两个彼此独立的记忆系统。脑损伤研究需要注意：如果脑损伤只限于某一局部且只影响单一认知过程或机制，那么认知神经心理学研究就变得相对容易了。事实是脑损伤常常牵涉相对广泛的区域，因而多个认知系统或多或少地受到了损害。这就意味着，我们要用一定的智慧才能用从脑损伤患者身上获得的资料作出关于人类认知的解释。理论假设绝大多数认知神经心理学家认可下述假设：1、认知系统具有模块化（modularity）特点。也就是说，认知系统由相对独立的认知过程或模块(module)组成。每一模块在某种程度上来说都独立于其它模块而工作。一般来说，脑损伤只是损害了其中的一些模块。2、大脑的物理组织与心理结构之间存在具有重要意义的对应关系。这一假说被称为心脑同形观。（isomorphism）。3、研究脑损伤患者的认知功能可帮助了解正常人的认知机制。需要指出的是，这一假设是与上述其它假设紧密联系在一起的。认知神经科学各种研究大脑功能的技术主要表现为时间分辨率(temporalresolution)和空间分辨率（spatialresolution）上的区别(Churchland和Sejnowski,1991)。从时间指标来说，一些技术能提供毫秒级的活动信息（这种分辨率适合于思维研究），而另一些技术则从更长的时间范围如几分钟或数小时来考虑大脑的活动。从空间指标来说，一些技术提供单细胞水平的活动信息，而另一些则提供多组细胞的活动情况。单细胞记录单细胞记录(single-unitrecording)是四十多年前发展出来的一项记录单个神经元活动的精细技术。直径约为万分之一毫米的微电极(micro-electrode)被插进动物大脑以获得细胞膜外电位（extracellularpotential）记录。一个立体定位装置被用来固定动物的位置以及帮助确定电极在三维空间的准确位置。单细胞记录是一项灵敏度非常高的技术，百万分之一伏特的电压都可能被检测到。这一技术最为著名的应用是Hubel和Wiesel(1962,1979)对视觉的研究。他们用猫和猴子作被试研究了基本视觉过程的神经生理学机制。Hubel和Wiesel发现在初级视觉皮质（在枕叶）中分别存在一些简单和复杂的细胞以及众多更为复杂的细胞（简单型、复杂型和超复杂型），组成宽约1mm的方位柱。它们不仅对视觉刺激外界线、边角的位置，而且对其出现的方向与运动方向均能进行特征提取。其他电生理学和形态学观察也已反复证明，在猴和猫的17和18区存在着方位柱结构。利用微电极倾斜地穿刺视皮层时，在微电极通路上，依次被记录到的细胞的敏感方位总是很有规律地按照顺时针或逆时针方向变化。然而，在垂直穿刺视皮层时，细胞串的敏感方位大致相同。由此可见，方位柱是与皮层表面是垂直排列的。这些发现是如此的清楚和有说服力，以致它能约束许多后续的视知觉理论。评论单细胞记录技术对提供脑功能在神经元水平上的具体活动信息非常有效，因而相对其它技术而言也就更加精细一些。这一技术的另一优势是关于神经元活动的信息可在一个非常宽泛的时间范围内（从几毫秒到几小时或几天）采集。该技术的主要局限是由于需穿透神经组织，所以当运用于人类时不太受欢迎。另一个局限是它只能提供神经元水平的活动信息。因此有必要发展其它技术来评估大脑皮质在更广泛领域里的活动情况。事件相关电位(ERPs)脑电图(electroencephalogram-EEG)是通过在头皮表面记录大脑内部的电活动情况而获得的。大脑内部的非常微小的电变化都能被置于头皮表面的电极记录到。这些变化可通过示波器（oscilloscope）中的阴极射线管（cathode-raytube）而得以显示。EEG的关键问题是脑电活动的自发性或大量的背景活动阻碍了对刺激引起的信息加工活动的记录。解决办法是多次呈现相同刺激。随后，每一刺激呈现后的EEG片段被抽取出来并根据刺激的触发时间加以排列。把这些EEG片段叠加后平均就获得一个单一波形。我们通过这种技术就从脑电图记录中获得了事件相关电位，从而允许我们把刺激的效应从背景活动中分离出来。事件相关电位在评估某些认知活动的特点上尤为有效。例如，一些研究注意的专家提出对目标（也叫靶刺激）和非目标刺激的加工是在早期阶段以不同的方式分别进行的，而另外一些研究者则认为被试以非常相似的方式对这两种刺激进行充分加工。通过事件相关电位技术获得的证据支持前一种观点。如Woldorff等(1993)采用听觉刺激进行的一项研究就发现，在刺激呈现大约20-50毫秒后，针对目标刺激的事件相关电位明显大于针对非目标刺激的事件相关电位。评论相对于其它技术而言，事件相关电位可提供关于大脑活动的更具体的时间信息，同时也有非常广泛的临床用途，如对某些脑疾病进行诊断。事件相关电位并不能提供关于脑功能定位方面的精确信息。这一问题部分是因为脑颅（skull）和大脑组织（braintissue）干扰了来自大脑内部的电场所引起的。更进一步说，事件相关电位只有在刺激非常简单且所给任务（如目标检测）只涉及基本过程时才更为有说服力。*由于这些限制（包括一个刺激需呈现多次的实验范式），事件相关电位技术不宜研究形式复杂的认知活动，如问题解决和推理等。正电子发射层析摄影术（PET）正电子发射层析摄影术（positronemissiontomography，简称PET扫描）是最受媒体注意的。这一技术是根据对正电子的检测而获得有关大脑活动的信息的。正电子（positron）是由某些放射性物质释放的一种微粒子。带有放射性标记的液体被注射进体内并迅速聚集在大脑的血管中。当部分皮质兴奋时，带放射性标记的液体就迅速移向兴奋处。接着一个扫描装置就测量放射性液体所产生的正电子数量。然后，再由计算机把这一信息转换成代表大脑不同区域兴奋水平的图像。Raichle(1994b)介绍了认知神经科学家用来研究认知过程的PET技术。这一方法基于一种减法逻辑（subtractivelogic）。研究者首先测量某一实验条件下和某一控制或基线条件下（如实验任务呈现前的状态）的大脑兴奋水平。然后，控制条件下的大脑兴奋水平被从实验条件中的大脑兴奋水平中减除。这一减法处理被认为可观察由纯实验条件所引起的大脑兴奋区域和水平。PET被多