基于腦電信號(hào)分析的心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知加工機(jī)制研究.pdf

1、空間認(rèn)知能力是人類智能的基本成分之一，在智力結(jié)構(gòu)中扮演著相對(duì)獨(dú)立的角色。視覺(jué)空間表象是空間認(rèn)知能力解決問(wèn)題的基礎(chǔ)，而心理旋轉(zhuǎn)測(cè)試作為表象研究中的典型實(shí)驗(yàn)范式，為空間表象研究提供了定量且客觀的方法。隨著研究者們?cè)絹?lái)越傾向于從信息加工的角度對(duì)人類智能進(jìn)行研究，大量研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，心理旋轉(zhuǎn)作為人類空間認(rèn)知加工的基本操作之一，對(duì)被試空間認(rèn)知能力有很好的預(yù)測(cè)作用。本研究以心理旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)為研究范式，對(duì)空間認(rèn)知加工過(guò)程的機(jī)制進(jìn)行了深入研究。研究目的是分解

2、心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)加工流程，總結(jié)加工流程各步驟之間的關(guān)系，歸納心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知加工策略，揭示視覺(jué)工作記憶不同成分對(duì)心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知加工的影響及其機(jī)制，深化對(duì)大腦空間認(rèn)知加工機(jī)制的理解。
　　本研究以腦電信號(hào)分析技術(shù)為工具，在對(duì)行為學(xué)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，利用事件相關(guān)電位（ERP）的高時(shí)間分辨率特性對(duì)腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后通過(guò)計(jì)算事件相關(guān)譜擾動(dòng)（ERSP）和重復(fù)試驗(yàn)間的相位一致性（ITC）對(duì)腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻分析，最后利用標(biāo)準(zhǔn)低分辨率電磁斷層成像技術(shù)（

3、sLORETA）對(duì)腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行電流密度溯源分析。本文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　通過(guò)研究二維與三維心理旋轉(zhuǎn)行為學(xué)特征差異發(fā)現(xiàn)：
　?。?）三維心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知加工過(guò)程空間表象的操作難度更大，素材到達(dá)目標(biāo)角度的時(shí)間更長(zhǎng)，淡化了各角度之間反應(yīng)時(shí)間的差異，整體反應(yīng)時(shí)間明顯高于二維心理旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)；
　　（2）二維心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知加工過(guò)程出現(xiàn)“鏡像翻轉(zhuǎn)”的概率高于三維心理旋轉(zhuǎn)，平面外旋轉(zhuǎn)過(guò)程的參與使二維心理旋轉(zhuǎn)正像和鏡像素材對(duì)應(yīng)的行為學(xué)

4、差異更加明顯；
　?。?）二維心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知加工過(guò)程更容易受到非心理旋轉(zhuǎn)加工過(guò)程的干擾，實(shí)驗(yàn)素材的角度越大，心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知加工參與程度越高；
　?。?）非線性模型與線性模型相比，能更好地描述心理旋轉(zhuǎn)的線性與非線性特征，并能更有效地識(shí)別實(shí)驗(yàn)類型之間與實(shí)驗(yàn)素材類型之間的差異；
　　（5）LBA線性決策模型與傳統(tǒng)的線性和非線性模型相比，可以描述的特征更豐富，視角也更多樣，對(duì)正像實(shí)驗(yàn)素材數(shù)據(jù)的擬合效果優(yōu)于鏡像實(shí)驗(yàn)素材，并且對(duì)二維心

5、理旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的行為學(xué)數(shù)據(jù)擬合效果明顯優(yōu)于三維心理旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的行為學(xué)數(shù)據(jù)。
　　通過(guò)研究二維心理旋轉(zhuǎn)晚期腦電特征發(fā)現(xiàn)：
　?。?）行為學(xué)數(shù)據(jù)和腦電數(shù)據(jù)分析結(jié)果證明，“鏡像翻轉(zhuǎn)”現(xiàn)象在鏡像實(shí)驗(yàn)素材對(duì)應(yīng)的心理旋轉(zhuǎn)加工過(guò)程中確實(shí)存在；
　?。?）“鏡像翻轉(zhuǎn)”現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的平面外旋轉(zhuǎn)發(fā)生在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)之后，而且很有可能既和平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)加工過(guò)程有時(shí)間交叉，也和決策過(guò)程有時(shí)間交叉；
　?。?）隨著實(shí)驗(yàn)素材角度增加，平面內(nèi)與平面外旋轉(zhuǎn)過(guò)

6、程有平行發(fā)生的趨勢(shì)；
　?。?）多個(gè)認(rèn)知過(guò)程在心理旋轉(zhuǎn)晚期產(chǎn)生了明顯的交叉，如果以被試做出判斷的時(shí)間為基準(zhǔn)，可以更直觀地分析平面內(nèi)與平面外旋轉(zhuǎn)過(guò)程的差異，所以研究該階段的行為學(xué)與腦電特征對(duì)研究整個(gè)心理旋轉(zhuǎn)加工過(guò)程和研究不同素材類型對(duì)應(yīng)的心理旋轉(zhuǎn)加工過(guò)程差異有重要意義。
　　通過(guò)研究不同視覺(jué)工作記憶成分對(duì)心理旋轉(zhuǎn)腦電特征的影響發(fā)現(xiàn)：
　　（1）ERP平均幅值的差異以及α頻段和β頻段腦電去同步化程度的差異證明，客體工作記憶

7、負(fù)荷相比空間工作記憶對(duì)心理旋轉(zhuǎn)加工的影響更顯著，證明了視覺(jué)工作記憶子系統(tǒng)的功能性分離；
　　（2）雖然工作記憶負(fù)荷，尤其是客體工作記憶負(fù)荷對(duì)心理旋轉(zhuǎn)ERP和ERSP產(chǎn)生了顯著影響，但隨著實(shí)驗(yàn)素材角度的增加和心理旋轉(zhuǎn)加工難度的上升，不同實(shí)驗(yàn)類型之間的差異逐漸消失，證明了客體工作記憶更可能對(duì)心理旋轉(zhuǎn)空間表象的形成和存儲(chǔ)產(chǎn)生了影響，而不是空間表象的操作過(guò)程，即客體工作記憶負(fù)荷并未影響心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知加工的核心特征，客體工作記憶能力在心理旋轉(zhuǎn)

8、認(rèn)知加工過(guò)程中僅起輔助作用。
　　此外，本文還設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種便攜式認(rèn)知能力測(cè)試軟件iBrain，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)化檢驗(yàn)證明：
　?。?）本軟件具有體系相對(duì)完整、擴(kuò)展性較高、數(shù)據(jù)收集自動(dòng)化的特點(diǎn)；
　?。?）本軟件中雖然個(gè)別類型認(rèn)知能力測(cè)試還需要改進(jìn)，但是整體測(cè)試框架滿足內(nèi)部一致性要求，結(jié)構(gòu)和效標(biāo)關(guān)聯(lián)效度良好，基本滿足認(rèn)知能力測(cè)試穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的要求，能夠體現(xiàn)共同的認(rèn)知能力因素，符合智力因素理論的g因素假設(shè)；
　

9、?。?）本軟件是上述空間認(rèn)知基礎(chǔ)研究的應(yīng)用之一，在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)社會(huì)中能夠快速收集和統(tǒng)計(jì)海量數(shù)據(jù)，可以作為今后認(rèn)知能力預(yù)測(cè)研究的數(shù)據(jù)庫(kù)，也可為不同領(lǐng)域的能力評(píng)估和人才選拔工作提供參考。
　　綜上所述，研究不同條件下心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知加工過(guò)程的行為學(xué)和腦電數(shù)據(jù)特征，對(duì)研究大腦空間表象的操作方式以及預(yù)測(cè)被試的空間認(rèn)知能力有重要意義。本文從二維與三維心理旋轉(zhuǎn)加工過(guò)程的特征差異、正像與鏡像實(shí)驗(yàn)素材對(duì)應(yīng)的心理旋轉(zhuǎn)加工過(guò)程的特征差異、心理旋轉(zhuǎn)早期與晚期的