Scientific Reports | 維也納心理測試系統(tǒng)（VTS）中的倫敦塔實驗如何揭示時間信息處理對計劃能力的影響？

本研究Age as a moderator of the relationship between planning and teImporal information processing發(fā)表于2022年的Scientific Reports(IF:4.6)，華沙社會科學(xué)與人文大學(xué)的Katarzyna Jablonska等人為本文的第一作者。

摘要

計劃是一種與執(zhí)行功能相關(guān)的基本心理能力。它通過選擇、排序和執(zhí)行子目標(biāo)來實現(xiàn)一個目標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，這些過程具有特定的時間動態(tài)特征，反映在時間信息處理(TIP)的幾十毫秒內(nèi)。計劃和時間信息處理能力都隨著年齡的增長而下降，但潛在的機(jī)制尚不清楚。本研究的創(chuàng)新之處在于發(fā)現(xiàn)了年輕人(n= 110)和老年人(n= 91)的這些機(jī)制在倫敦塔任務(wù)中的作用，同時考慮倫敦塔任務(wù)的兩種結(jié)構(gòu)特性:與工作記憶靜態(tài)維持相關(guān)的搜索深度(SD)和反映動態(tài)認(rèn)知靈活性的目標(biāo)模糊性(GA)。

結(jié)果顯示TIP可以直接或間接(通過預(yù)先計劃)的預(yù)測計劃的準(zhǔn)確性，但僅適用于目標(biāo)模糊性高的年輕參與者。更強(qiáng)的計劃能力與更長時間的預(yù)先計劃、更有效的TIP有關(guān)，這一結(jié)果首次證實TIP對計劃能力的影響與年齡有關(guān)。TIP對于年輕人的動態(tài)認(rèn)知靈活性有顯著影響，但對于靜態(tài)維持過程沒有顯著影響。在老年人中沒有觀察到這種關(guān)系，可能是因為計劃缺陷依賴于工作記憶的維持而不是依賴于認(rèn)知靈活性。

研究背景

計劃短期活動的能力作為執(zhí)行功能的核心組成部分之一，能夠?qū)θ祟愋袨檫M(jìn)行更高級的意識控制。目前的數(shù)據(jù)表明，計劃功能隨年齡增長而逐漸衰退，然而，與年齡相關(guān)的衰退的具體機(jī)制和過程尚未闡明。

本研究使用維也納心理測試系統(tǒng)(VTS)中倫敦塔任務(wù)的弗萊堡版本(TOL-F)來評估參與者的計劃能力，并測量規(guī)劃精度(PA)和初始思考時間(ITT)的結(jié)果。規(guī)劃精度(PA)即最小移動次數(shù)(即最優(yōu)解決方案)中解決的問題數(shù)量；初始思考時間(ITT)即預(yù)先計劃所需的時間，問題首次提出和第一次行動之間的平均時間。但是，許多研究發(fā)現(xiàn)，整體PA測量可能具有誤導(dǎo)性，因為除了移動次數(shù)外，任務(wù)的結(jié)構(gòu)特性也會嚴(yán)重影響表現(xiàn)。因此，本研究旨在探究隨年齡增長計劃能力的變化，同時考慮TOL-F的兩個結(jié)構(gòu)特性—目標(biāo)模糊性(GA)和搜索深度(SD)。目標(biāo)模糊性(GA)指的是最終的動作序列可以從目標(biāo)狀態(tài)的構(gòu)型中推導(dǎo)出來；搜索深度(SD)反映在實現(xiàn)第一個目標(biāo)移動所需的中間移動的次數(shù)。

以往的研究發(fā)現(xiàn)，時間信息處理(TIP)不僅涉及多個大腦區(qū)域的相互作用，TIP的衰退(包括時間分辨能力的缺陷)也與隨著年齡增長認(rèn)知能力的下降有關(guān)。

據(jù)此，本研究假設(shè)預(yù)先計劃(用ITT測量)在時間信息處理(TIP)和計劃中起中介作用，且年齡在時間信息處理和計劃、預(yù)先計劃之間起調(diào)節(jié)作用（圖1）。

圖1 毫秒時間信息處理(TIP)與計劃之間復(fù)雜相互關(guān)系的概念模型，在特定類別的TOL-F問題中得到驗證

研究方法

01 被試

通過社交媒體和當(dāng)?shù)貓蠹埳系膹V告招募201名被試，分為兩個年齡組:19-29歲的年輕人(n=110;M±SD=23.3±2;男:女=65:45)和61-77歲之間的老年人(n=91;M±SD=67.6±3.8年;男:女=81:10)。

02 實驗程序

每個被試在單獨的session中完成兩個實驗任務(wù):(1)倫敦塔-弗萊堡版本(TOL-F)評估計劃能力;(2)時間順序判斷任務(wù)評估TIP的效率。

1、倫敦塔任務(wù)

為了測量計劃能力，讓被試進(jìn)行TOL-F測驗，即維也納測試系統(tǒng)(VTS)中TOL任務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化計算機(jī)版本（奧地利Schuhfried公司生產(chǎn)，國內(nèi)由深圳瀚翔腦科學(xué)技術(shù)股份有限公司總代理）。

測驗結(jié)束后將PA和ITT作為一個整體度量來計算結(jié)果，并分別計算以目標(biāo)模糊性(GA)和搜索深度(SD)水平為特征的四類問題中的每一類:GAHigh SDHigh、GAHighSDLow、GALowSDHigh和GALowSDLow(圖2)。

03 數(shù)據(jù)分析

1、與年齡相關(guān)的差異

通過獨立樣本t檢驗來檢測TOL-F和時間順序判斷任務(wù)的年齡相關(guān)差異，然后使用Pearson相關(guān)分別檢驗各組倫敦塔任務(wù)和時間順序判斷任務(wù)的測量結(jié)果之間的關(guān)系。

2、模型檢驗

為檢測年齡是否調(diào)節(jié)了計劃與時間信息處理(TIP)之間的關(guān)系，對TOL-F中考慮結(jié)構(gòu)問題性質(zhì)的類別進(jìn)行了四個單獨的條件過程分析，即:(1)GAHighSDHigh，(2) GAHighSDLow，(3) GALowSDHigh，(4) GALowSDLow。

使用IBM SPSS 26中PROCESS macro48中的模型8進(jìn)行中介效應(yīng)和調(diào)節(jié)效應(yīng)檢驗。其中，ATOT是預(yù)測因子(即自變量)，規(guī)劃精度(PA)是因變量，初始思考時間(ITT)是PA-ATOT關(guān)系的中介變量，年齡是PA-ATOT和ATOT-ITT之間的的調(diào)節(jié)因子。

研究結(jié)果

01 年齡相關(guān)的差異

1、TOL-F

PA在兩組之間的整體表現(xiàn)以及特定類別都存在顯著差異。年輕的參與者比年長的參與者得分更高，反映出年輕人具有更強(qiáng)的計劃能力(表1)。

對于ITT來說，組間差異在整體表現(xiàn)以及GAHigh SDHigh、GAHigh SDLow和GALow SDLow三個類別上都是顯著的，這反映了年輕人的初始思考時間(ITT)比老年人更長。但是這些差異在GALow SDHigh類別中不顯著(表1)。

結(jié)論及討論

研究結(jié)果證明，隨著年齡的增長，計劃能力和TIP都呈現(xiàn)出了下降的趨勢，可以用加工速度理論來解釋。

除此之外，兩個年齡組的兩項TOL-F指標(biāo)(PA和ITT)之間的相關(guān)性均顯著，說明PA值越高，預(yù)計劃階段持續(xù)時間越長。這表明測試表現(xiàn)出的內(nèi)在一致性與年齡無關(guān)。

問題的結(jié)構(gòu)性質(zhì)影響了兩個年齡組計劃與TIP之間的關(guān)系。在年輕組中，TIP僅預(yù)測以GAHigh為特征的類別的計劃，而不預(yù)測SD水平(SDHigh或SDLow)，這種效應(yīng)可以用GAHigh問題的心理過程的性質(zhì)來解釋。

TIP只對年輕人的計劃有顯著影響?？赡苁且驗門OL-F涉及認(rèn)知過程的本質(zhì)，即工作記憶容量(反映在SD中)和認(rèn)知靈活性(反映在GA中)。隨著年齡的增長，這兩項功能都有所下降，因而對老年人沒有顯著影響。

條件過程分析的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TIP通過兩種方式影響計劃：直接(調(diào)整計劃執(zhí)行的認(rèn)知加工)和間接(通過使更有效地使用ITT中反映的預(yù)計劃策略，見圖1)。

根據(jù)年齡組的不同，預(yù)計劃可以調(diào)節(jié)TIP和計劃之間的關(guān)系(表3、4)。在年輕人中，更高的時間分辨率促進(jìn)了在相對較長的預(yù)計劃階段進(jìn)行更有效的計劃(表1)。其中，心理操作被分成更小的部分，以便更有效地進(jìn)行信息加工(表2，圖3)。因此，在年輕人中，較長的ITT能夠在預(yù)先計劃階段構(gòu)建更有效的計劃。相比之下，老年人ITT持續(xù)時間的減少(表1)導(dǎo)致了預(yù)先計劃的有效性降低。這可能表明，這種不完整的預(yù)先計劃對于老年人來說不是一種有效的策略。這種ATOT通過ITT對PA的間接影響存在于以GAHigh為特征的類別中，與SD水平無關(guān)。

此外，ATOT對PA的直接影響僅在以GAHigh、SDHigh為特征的任務(wù)中觀察到(表3)。在這些任務(wù)中，由于SD水平高，對工作記憶的要求也更高。

本研究探究計劃、計劃與TIP的關(guān)系以及兩種結(jié)構(gòu)屬性(SD和GA)對計劃認(rèn)知過程的影響并得出了新的結(jié)論，可能有助于增加對隨年齡增長計劃能力逐步衰退這一復(fù)雜現(xiàn)象的進(jìn)一步認(rèn)識。