精神分裂症患者视觉数字和视觉空间N-back任务下工作记忆的相关研究

李培福，冒海瀛，吴士豪，杨柳青，王惠玲

精神分裂症患者视觉数字和视觉空间N-back任务下工作记忆的相关研究

李培福1，冒海瀛1，吴士豪1，杨柳青2，王惠玲1

目的：通过不同记忆负荷的视觉数字和视觉空间n-back任务，了解精神分裂症患者的工作记忆能力的受损情况。方法：选取精神分裂症患者33例（患者组）及正常对照50例（对照组），分别完成视觉数字、视觉空间两种n-back范式任务，以信号检测论中的辨别力指标来评价受试者的工作记忆能力。结果：在各范式和记忆负荷下，患者组的辨别力低于对照组（P＜0.05）。随着记忆负荷的增大，无论是患者组还是对照组的辨别力都有显著下降。视觉数字n-back记忆负荷与分组的交互作用不显著（P=0.223），视觉空间n-back记忆负荷与分组的交互作用显著（P=0.000）。结论：精神分裂症患者存在工作记忆能力受损，且其工作记忆能力的损害独立于精神症状之外；精神分裂症患者工作记忆的受损对视觉空间工作记忆负荷的增加表现得更为敏感。

精神分裂症；n-back；工作记忆

认知功能损害是精神分裂症的重要特征及核心症状之一[1]。研究工作记忆的方法有很多种，其中倒数n项测验（n-back task）采用参量设计，以记忆负荷为可变的参量，这使得比较精神分裂症与正常人在逐步改变的任务负荷水平下的行为及脑功能差异成为可能。本研究通过视觉数字和视觉空间n-back任务，采用信号检测论中的辨别力指标（d’）了解精神分裂症患者的不同记忆负荷下的工作记忆能力。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2012年6月至2014年6月于武汉大学人民医院精神卫生中心门诊及住院治疗的精神分裂症患者33例为患者组，男18例，女15例；年龄（24.21±5.28）岁；受教育年限（12.97±3.07）年；阳性和阴性症状量表（positive and negative syndrome scale，PANSS）总分（83.27±10.32）分，阳性症状（22.09±5.49）分，阴性症状（18.70±5.05）分，一般精神病理（42.48±5.917） 分；病程[(24.00（30.50)]月。入组标准：符合DSM-IV精神分裂症诊断标准；生物学父母均为汉族；年龄18～45岁。排除标准：精神发育迟滞、电休克治疗史、成瘾物质滥用者、器质性精神障碍患者及伴有其他严重躯体疾病者。同期当地招募汉族健康志愿者50例为对照组，男22例，女28例；年龄18～45岁，年龄（24.06± 5.24）岁；受教育年限（13.76±1.99）年；右利手，排除有精神疾病既往史和家族史，物质滥用史、脑外伤史、神经系统疾病史及慢性躯体疾病史者。2组一般资料比较差异无统计学意义。本研究通过武汉大学人民医院医学伦理委员会批准，批号[2014]伦申字(K-025)号；所有被试者或其法定监护人同意参加本研究，并签署知情同意书。

1.2 n-back范式设计

通过Eprime 2.0软件设计和编辑n-back任务。视觉数字n-back刺激材料为0～9共10个阿拉伯数字，分低（n=0）、高（n=2）两种记忆负荷水平。任务要求被试将出现的刺激与它前面的n个刺激进行比较，并尽量又快又准地进行判断。当n=0时，要求被试判断当前数字是否为靶数字（靶数字设定为9）；当n=2时，要求被试判断当前数字与它前面相邻的倒数第二个数字是否相同，并按相应的按键。视觉空间n-back任务的刺激材料为黑色背景下的白色正方形，正方形位于背景中不同的方位，比较当前方位与靶方位或与它前面相邻的倒数第二个方位是否相同。在每组实验中，分别进行两种记忆负荷的视觉数字n-back和视觉空间n-back范式任务，每个范式由12个组块构成，每个组块有12个刺激（靶刺激3个，非靶刺激9个），半随机呈现刺激，呈现时间1 000 ms，反应时间2 000 s。

1.3 n-back任务的评价指标

人的感知系统可看作一个信息处理系统，把感觉刺激看作是信号，把刺激中的随机物理变化或感知处理信息中的随机变化看作是噪音。因此，人对刺激的辨别问题可等效于一个在噪音中检测信号的问题。基于此，本研究引入信号检测论中的辨别力指标作为评价工作记忆能力的行为学参数。根据信号检测论的原理,将被试对匹配刺激的正确反应计为“击中”，对非匹配刺激的错误反应计为“虚报”，由如下公式计算各种实验条件下被试的辨别力(d’)[2,3]。d’=Z（击中率）－Z（虚报率）。公式中的Z（击中率）和Z（虚报率）分别表示击中的条件概率和虚报的条件概率的Z分数。

1.4 统计学处理

采用SPSS20.0统计学软件包处理数据，χ2检验、t检验、方差分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 n-back任务结果及与临床变量之间的相关分析

随着记忆负荷的加大，患者组和对照组的辨别力都下降。在各任务及记忆负荷下患者组的辨别力均显著低于对照组（P＜0.05），见表1。以精神分裂症患者的性别、年龄、教育程度为协变量，进行不同任务及记忆负荷下任务成绩与PANSS总分、阳性症状分、阴性症状分、病程等临床变量的偏相关分析，n-back任务成绩与临床变量间未发现显著相关。

2.2 不同记忆负荷及分组方差分析结果

对辨别力（d’）进行二因素方差分析结果发现，视觉数字n-back和视觉空间n-back记忆负荷主效应均显著，其中视觉数字n-back记忆负荷与分组的交互作用不显著（P=0.223），说明视觉数字n-back随着记忆负荷的增加，患者组辨别力的下降程度与对照组辨别力下降程度无明显差异，见表2、图1A。视觉空间n-back记忆负荷与分组的交互作用显著（P=0.000），说明与对照组相比，患者组在视觉空间n-back任务中随着记忆负荷的增加，辨别力的下降更明显，见表2、图1B。

表1 2组不同范式、负荷n-back任务下辨别力（d’）比较（）

表1 2组不同范式、负荷n-back任务下辨别力（d’）比较（）

注：统计方法为双样本t检验

组别 例数 数字n -b a c k 0 b a c k 2 b a c k对照组 5 0 4 . 0 8 8 ± 0 . 2 7 2 3 3 . 0 9 8 ± 0 . 6 0 5 6患者组 3 3 3 . 8 0 7 ± 0 . 4 5 2 9 2 . 2 8 3 ± 0 . 9 3 8 9 t值 3 . 2 1 3 4 . 8 1 6 P值 0 . 0 0 2 0 . 0 0 0组别 空间n -b a c k 0 b a c k 2 b a c k对照组 3 . 7 7 3 ± 0 . 4 8 9 8 2 . 7 1 8 3 ± 0 . 6 9 7 5患者组 3 . 5 1 2 ± 0 . 5 7 0 5 1 . 6 0 4 ± 0 . 8 1 7 3 t值 2 . 2 2 6 6 . 6 4 7 P值 0 . 0 2 9 0 . 0 0 0

表2 辨别力（d’）方差分析结果

3 讨论

工作记忆（working memory）是重要的认知功能之一，指在进行一些复杂任务中（如理解、学习、推理等），对必要信息暂时存储与加工的有限容量系统[4]。工作记忆损害是精神分裂症患者主要的认知特征之一，与精神分裂症患者的社会功能、康复密切相关，因而有必要深入研究。

n-back任务作为一种连续加工的任务类型，是脑神经科学研究中常用的范式，主要用来研究被试的工作记忆能力[5]。本研究发现在两种任务范式及两种记忆负荷下精神分裂症患者的任务成绩都较正常对照差，提示精神分裂症的工作记忆能力受损，这与以前的研究一致[6,7]。

图1 2组视觉数字（A）与视觉空间（B）n-back辨别力（d’）变化曲线

工作记忆模型由Baddeley和Hitch于1974年提出，认为工作记忆由语音回路、视觉空间画板两个附属系统和中央执行系统（central executive，CE）组成[8,9]。经过一系列的研究又将视觉空间画板分成视觉空间位置记忆和视觉客体记忆两个成分[10]。本研究发现在视觉数字和视觉空间这两种n-back范式中，与对照组相比，患者组在视觉空间n-back任务中随着记忆负荷的增加，辨别力的下降更明显，这表明精神分裂症患者空间工作记忆的受损对记忆负荷的增加表现得更敏感。然而有的研究认为，精神分裂症患者工作记忆的受损广泛、普遍，可能不存在特殊形式的受损[11]，但本研究趋向于认为精神分裂症患者视觉空间记忆受损更严重。首先，产生这种矛盾的结果可能与实验观察的侧重点不同有关，本研究主要侧重于记忆负荷对精神分裂症患者工作记忆的影响，而以往大部分文献侧重于研究在不同工作记忆任务中，精神分裂症患者是否存在广泛、普遍的工作记忆受损。其次也有荟萃分析显示，与语意工作记忆相比，精神分裂症患者的空间工作记忆的相关研究结果更趋于一致[12]。

目前普遍认为精神分裂症患者的认知功能障碍是原发的，可能在精神分裂症的潜伏期或早期就已发生[13]；精神分裂症的认知功能障碍在某种程度上是相对独立于阳性症状、阴性症状以外的精神病理类型[14,15]；随着病程的延长认知功能损害通常趋于稳定[16,17]。本研究结果显示，精神分裂症患者在两种任务范式及不同记忆负荷下，其辨别力均有下降，但与PANSS评分、病程等临床变量之间无显著相关性，支持如上观点。

本研究也存在一定局限性。首先，本研究无法排除药物对实验结果的影响。有研究显示抗精神病药物及抗胆碱能药物对工作记忆有一定程度的影响[18]。其次受限于患者的配合度及完成度，记忆负荷水平数设置较少。然后本研究着重研究精神分裂症患者在视觉空间记忆中记忆负荷的影响，缺少对语音回路、视觉客体记忆及中央执行系统等方面的研究。

综上所述，精神分裂症患者存在工作记忆能力受损，且其工作记忆能力的损害独立于精神症状之外；精神分裂症患者工作记忆的受损对视觉空间工作记忆负荷的增加表现得更为敏感。今后有必要继续扩大样本，研究精神分裂症患者治疗前后、不同疾病阶段工作记忆能力的变化，为精神分裂症的防治及评估提供依据。

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（本文编辑：王晶）

Comparative Study of Working Memory Ability in Schizophreniac Patients Using the Visual Digital and Visual Spatial N-back Tasks

LI Pei-fu1,MAO Hai-ying1,WU Shi-hao1,YANG Liu-qing2, WANG Hui-ling1.1.Department of Psychiatry,Renmin Hospital,Wuhan University,Wuhan 430060,China;2.Institute of Psychology,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100101,China

Objective:To study the schizophreniac's working memory using the visual digital and visual spatial n-back in different memory loads.Methods:Thirty-three schizophreniac patients(case group)and 50 normal controls(control group)were recruited to accomplish the visual digital and visual spatial n-back in different memory loads.The performance of the working memory was evaluatedby discriminative power(d’).Results:The discriminative power(d’)in the case group was significantly lower than that in the control group(P＜0.05).With the increase of the memory load,the discriminative power(d’)decreased significantly in the both groups.The interaction between the memory load and groups was evident(P=0.000)in visual spatial n-back,while the interaction between the memory load and groups was not(P=0.223)in visual digital n-back.Conclusion:Working memory impairments in schizophreniac patients are independent of the mental symptoms.Working memory impairments in schizophrenia patients are more sensitive to the increase of the spatial working memory loads.

schizophrenia;N-back;working memory

R741;R749.3

A DOI 10.16780/j.cnki.sjssgncj.2016.02.013

1.武汉大学人民医院精神卫生中心武汉 430060

2.中国科学院心理研究所北京 100101

湖北省自然科学基金（No.2014CFB732）

2015-08-11

王惠玲hlwang@whu.edu. cn