Quantitative modeling of category learning in amnesic patients

健忘症患者类别学习的定量模型

【总述】本实验检查了两名健忘症患者的分类规则学习以及定量模型分析。通过感知分类任务发现健忘症有正常的分类规则学习及应用能力，且健忘症患者可以24小时保留分类规则。表明健忘症受损脑区（如海马）不参与类别学习。

之前研究范式：

【天气预报任务】Knowlton等（1994）研究了健忘症患者的概率分类。向被试呈现与“雨”和“太阳”有不同关联的提示，要求被试预测会出现“雨”还是“太阳”。发现海马体或间脑损伤的健忘症患者表现正常，但在回忆相关问题时表现差。

【人工语法规则】向被试呈现用特定规则组成的字母串，该规则决定了字母排序。要求被试在呈现刺激后再自行组该字母串，然后告诉被试组合规则。接下来呈现新字母串，被试判断其是否遵循该规则。发现健忘症患者对新字母串的分类是正常的，表明他们学会了人工语法规则。但在回忆测试中出现障碍。

【点阵分类】被试对新的点阵图案是否属于原来的点阵图案集进行分类。发现双侧海马损伤的健忘症患者分类表现正常，但不能完成区分点阵是新或旧的任务。表明患者能学习规则但无法回忆。

【关系判断】首先让被试学会在A和B同时出现时选择A、在B和C同时出现时选择B，测试在A和C同时出现时的选择（C为正确答案），该过程需要被试联合刺激之间的关系，但被试表现受损。表明健忘症在学习结构规则时出现障碍。

以上实验均表明类别学习没有海马的参与，但仍存在问题：

①天气预报任务后期，健忘症的表现差。Knowlton等（2002）提出“后期训练不足”假设：对照组在面对少量刺激时采用了显式记忆系统，而健忘症患者无法使用此方法。[显式记忆指可以用语言表达的记忆]

②健忘症患者面对需要灵活整合刺激特征的规则任务时出现障碍。

实验：

【被试】包括两名健忘症患者（J.W.和P.K.）以及六名正常对照。J.W.是女性，20岁时患上了健忘症，海马双侧颞叶损伤，她于22岁时加入本研究。其记忆力几乎没有恢复、不会保留任何新信息、智商变低。P.K.是男性，在剧烈吸毒和酗酒后于31岁出现健忘症，右额叶深处和右内囊的后肢深处有白质异常，海马较完整，症状为回忆障碍且很难学习新信息，但认知、智商正常，P.K.于33岁加入本研究。

【实验程序】采用感知分类任务（perceptual categorization task）：向被试呈现水平线和垂直线组合的简单刺激（图1），要求将刺激分为两类。

图1

①为了控制显式记忆的影响，采用大量刺激：共有100个组合刺激，每个类别有50个。首先依次呈现该100个刺激，要求被试进行分类。接着打乱这100个刺激的顺序再次呈现5次，共6个区组600次试验。通过按键进行应答。每个试验都有反馈。

②对规则进行了明确定义，该规则基于两个特征之间的高度非线性关系。即（如图2）X表示水平线长度，Y表示垂直线长度，空间中的每个点/加号均表示一个刺激，加号表示类别1、点表示类别2，实线表示两类刺激的边界线（当刺激来自边界线以内区域应该给出类别1的应答，来自边界线以外应该给出类别2的应答）。被试需要整合两个刺激的特征来分类。

图2

③该类别学习还有一个定量模型。通过调整二次函数的参数来拟合被试采用的分类规则。将该拟合值（fit value）与实验者定义的规则的拟合值相比较就可以确定被试采用的规则。

该实验中，分类的准确率受到被试学习实验者定义的分类规则的能力的影响，即分类规则学习（categorization rule learning）；还受到被试是否能将规则准确应用的能力的影响，即规则应用可变性（rule application variability），与被试稳定地应用所学规则能力有关。二者之间的区别类似于能力和表现之间的区别。所以该模型还可以调整模型中规则应用可变性参数估计被试的应用可变性。

结果：

【图3】表示了600个试验（6个区组）中的正确率。被试的表现随着试验次数增多而得到改善。除了第一区组P.K.表现优于对照组，其他均落在对照组平均值上下两个标准差内。整体上健忘症患者和对照组表现一致。

【分类规则学习拟合】

【图4】表示了健忘症患者和对照组的模型拟合值。整体上健忘症患者和对照组的拟合值相似，表明被试均采用了与实验者定义相似的分类规则。

【规则应用可变性拟合】

【图5】显示了被试的规则应用可变性参数。随着试验次数增加，对照组内可变性降低，表明不同被试的差异减小，同一被试在应用分类规则时更加稳定。总体来说健忘症患者和对照组相似。

【分类规则记忆】

为了确定健忘症患者是否能保留分类规则，检查了J.W.和一个正常对照在参加实验后1天的情况。

【图6】显示了两名被试100次试验的正确率。该结果与定量模型分析表明J.W.的分类规则与对照很相似，二者都接近实验者定义的分类规则，且正确率均很高。表明J.W.和对照一样都能在24小时内保留分类规则。

结论：

【显式记忆系统】研究表明，健忘症损伤的大脑结构不是类别学习所必需的。此外，健忘症类别学习正常而识别记忆受损表明类别学习不需要回忆，且类别学习过程可以独立于显式记忆过程。之前研究发现健忘症患者表现出在实验后期的障碍，即在最后阶段正确率低。但本实验没有发现该现象。可能之前研究使用的刺激太少，被试使用了显式记忆系统，而健忘症患者显式记忆障碍所以表现差。

【结构学习（configural learning）】健忘症患者能够将两个刺激特征整合在一起进行分类。

【分类规则记忆】J.M.在24小时后仍保留分类规则且准确率高，表明类别学习和记忆都可以独立于显式记忆涉及的那些大脑结构。

【总结】健忘症患者在学习非线性分类规则方面与正常人一样准确，且海马不参与分类学习。