年龄，处理速度，工作记忆能力和语言理解之间的关系

文献：Caplan, D., & Waters, G. (2005). The relationship between age, processing speed, working memory capacity, and language comprehension. Memory, 13(3–4), 403–413. https://doi.org/10.1080/09658210344000459

论文原文

无论语言输入到理解者的信息是在时间的维度上展开的，而且输入信息中在时间上不连续的部分必须彼此相关，这样语言才能被理解。因此，语言理解必定涉及临时存储或工作记忆(WM)系统。工作记忆容量随着年龄的增长而下降，有人假设语言理解能力的下降与此有关。也有人认为工作记忆能力的下降与其他认知能力的下降有关，特别是认知操作的处理速度。虽然WM、处理速度和语言理解在某种程度上肯定是相关的，但语言处理、WM和处理速度的变化在多大程度上是统一的，在多大程度上它们可以分离尚无定论。有研究者假设存在一个通用的语言WM系统，通过任务如Daneman和Carpenter(1980)的阅读广度任务来衡量，该系统的减少导致所有语言中介任务的减少。有人认为存在某一专门的WM系统，它支持初始的、即时的、强制性的、无意识的过程，此过程分配句子的结构和句子字面上与语篇一致的意思。从这个观点来看，通过阅读广度任务测量的工作记忆容量的减少，并不会在所有任务中产生类似的变化。

有研究报告了老年人WM能力的测量与句子理解的离线测量(即在理解了句子后在句尾采取的测量)之间的相关性，但当使用析因设计时，群体对整体理解度量的影响并不意味着不同的参与者群体在匹配结构和意义的能力上存在差异。要证明一组参与者在构建和赋予句子意义方面有困难，需要证明年龄较大或WM水平较低的参与者在语法更复杂的结构上表现得更差。离线任务不能衡量句法复杂性的影响，只能间接地反映句法处理能力。句内测量也许能反映句法复杂性的影响，如句子合法性判断或对句子与图片进行匹配。因此研究人员倾向于使用即时任务来捕捉句法复杂性的影响，而即时任务对句法处理的时间过程非常敏感。目前，对于年龄较大或WM水平较低的参与者在更复杂的语法结构上的表现是否不成比例地更差，迄今为止的研究结果是模棱两可的。 本研究通过描述语言理解(在句子和语篇层面)、WM和处理速度之间的关系，探讨了语言理解、WM和处理速度之间的关系。

参与者共有48名大学生和50名老年人，以英语为母语，至少有高中学历。年老年人正常衰老且能独立生活。所有参与者都预先接受了一系列神经心理学测试，以排除任何认知能力下降或痴呆的可能。

评估方法：字母跨度，减2跨度，阅读跨度任务 在字母和减2跨度的任务中，参与者听到随机的项目序列(前者是不相关的单音节单词，后者是数字)，并被要求分别以字母和数字的顺序重复。在阅读跨度任务中，研究人员向参与者展示了语法简单(独立主语)和语法复杂(主语宾语)的合法和非法句的混合，要求参与者判断每个句子是否合法。在看完一个区块中的所有句子后，要求其回忆所有句子的结束语。

方法：数字符号替换任务，数字字母任务。 在数字符号任务中，研究人员向参与者展示了9个符号，每个符号的上方都写有一个数字，以及一组方框，上面的框有一个符号，下面的框内什么都没有。要求被试在每个底部的方框中写下与符号对应的数字。测量90秒内正确完成的项目数量。 在数字字母任务中，受试者命名字母。带有数字字母对映任务的模板在整个测试期间可见。测试共包含21页。每页上都有六个数字，每个数字下面都有一个问号。从左到右，受试者必须说出与数字对应的字母。以3分钟内的答对总数计分。

评估方法：带有句末合法性判断任务的听觉移动窗口范式-以句末合法性判断作为句子理解的离线测量 方法和材料取自Waters和Caplan(2002)。 刺激由图1所示的五种句子类型中的26个语义合法及非法的句子组成。这些句子被分成短语(见图1)。

图1

记录每个短语的反应时间。在听到句子的最后一个词时，根据语调做出句子合法性判断，按下“是”或“否”按钮，记录其判断反应时间和判断准确性。这些句子的结构使得参与者必须先分配句子的句法结构并对其进行意义处理，才能进行句子合法性判断。本研究的主要数据包括:1，动词在合法的分离宾语句中与分离主语句的听时间比较。2，动词在合法的主-宾句，宾-主句和主-主句的听时间比较。人们发现，阅读时长可能受句尾位置影响而加长。3，为了比较不受句尾位置影响的在分裂宾语句和分裂主语句的动词的听音时间，作者在每个句型末尾添加了一个短语。4，另外比较宾语相对化句(CO和SO)的第一个动词(关系从句中的动词)和主语相对化句(CS、SS和OS)的第二个名词短语(NP2)的听时间，它们现在相似的句尾位置。

所有参与者都接受了Nelson - Denny阅读测试表A (Nelson & Denny, 1960)的阅读理解子测试，要求其阅读短段落并回答理解问题。

从图2可以看出，老年受试者在数字符号检验上比年轻受试者表现更差。在所有四项WM测试中，老年受试者的工作记忆跨度都明显小于年轻受试者。此外，年龄与两种处理措施的速度呈及四种WM措施显著负相关。

图2

听觉移动窗口任务中每个短语的响应时间是即时句子处理效率的度量指标。从响应时间中减去每个片段的持续时间，生成独立于每个片段持续时间的“听时间”。从每个受试者的每种情况的平均值中剔除大于或小于3个SDs的听力时间作为异常值。在以主语(F1)和组项(F2)均值为单位的方差分析中，分析被试做出正确合法性判断的句子的听时间。CS和CO的方差分析分为2(Young vs Elderly) x 2(句子类型)x 5(短语:Intro, NP1, Pro, V, NP2)。SO和SS, SO和OS的方差分析为2(Young vs Elderly)x 2(句子类型)x 5(短语:NP1, Pro, V1, NP2, V2)。 图3显示了两组在CS /CO, OS/SO, SS/SO三组句子的每个短语的平均听时间。

图3

从图中可以看出，老年被试的听时间明显长于年轻被试。此外，所有三对句子都存在显著的句子类型x短语的相互作用。 在CS/CO的比较中，在动词在CO句上的听时间比在CS句中的动词和NP2句上的听力时间都长。在OS/SO句或SS/SO句，句法更复杂的宾语关系句在V1处的听时间比主语关系句长。在宾语关系句中，V1处的听时间也比主语关系句中NP2处的听时间长，这表明V1处的听力效果并不仅仅是因为它的子句结尾位置。因此，所有三组句子的结果表明，较复杂的宾语关系句在动词上的听时间比在较简单的主语关系句中，有预期的增加。这种影响在老年组中更明显。

图4显示了两组受试者在五种句子类型(CS, CO, OS, SS和SO)上的平均正确率。

图4

老年被试在CO句上的错误明显多于年轻被试，在其他句式上没有差异。老年组在CO句上的错误多于CS句，SO句上的错误多于OS句，在SS和SO句之间没有差异。年轻组在CO句上的错误比CS句多，其他类型的句子之间没有显著差异。 图4还显示了正确判断合法句子反应时间。老年组对这五种类型的句子的反应时间比年轻组长。老年组和年轻组对CO句的反应时间都比对CS句的反应时间长。年轻组对SO的反应时间比SS的反应时间长，但老年组对SO和SS的反应时间没有显著差异。两组对SO和OS句的反应时间没有差异。

Nelson - Denny理解 ¶

方差分析显示两组在理解率及理解速度上无明显差异。

测量WM跨度与语言处理速度的关系，可以通过检验WM和语言测试之间的相关性来反映。 图5的左列显示了语言测量和WM综合得分之间的相关性，右列显示了与复合速度测量之间的相关性。

图5

显示CO（V）-CS（V）即时度量与WM度量显著负相关，表明工作记忆得分较低的个体处理CO句中的动词所需的时间更多。但WM与CO（V）- CS（NP2）测量的相关性不显著，WM与CO(V)- CS(V)之间的相关性显著大于与CO(V)- CS(NP2)之间的相关性，这表明COV处的效应主要是子句结束效应，而不是由于语法的增加处理在V处的负载，证据：在SO句中没有看到类似的效果。在两个离线测量的句法处理和WM (CO-CS准确性和SO-OS准确性)之间发现了显著的相关性。这表明WM与句法处理的离线测量有关。 此外，Nelson Denny阅读理解测试的理解率指标与WM之间存在显著的相关性。这表明WM的标准度量与整体语言理解度量相关。图5的右列显示了语言和处理速度之间的关系。被试对动词的加工时间增加与加工速度呈显著负相关。与SO V2-SS V2测量值也存在显著的相关性，这种相关性与预期相反。最后，阅读速率和处理测量的一般速度之间存在显著的相关性。

本研究的主要目的是探讨年龄、工作记忆容量和处理速度对即时句法处理的影响。老年人的工作记忆能力明显低于年轻人，而且总体听力时间随着年龄的增长而变长。然而，在三组句子中的比较中，年龄的影响对每组简单和复杂句是相同的。在这些研究中，复杂句和简单句之间的即时句法操作差异不受年龄的影响。处理长距离依赖关系的操作对工作记忆能力的要求很高，而构建局部短语标记这一句型间共有的句法操作对工作记忆资源的要求相对较低。 一项即时结果表明，老年人比对照组更容易受到句法复杂性的影响，即这些被试在听CO动词的时间上比CS句子的时间要长。然而，对这一发现更有可能的解释是，这是由于在分配动词所规定的语干角色时发生的非句法处理，而不是句法处理本身。理由如下：1，与对照组相比，老年受试者在SO句和SS句或OS句内并没有表现出更大的处理负荷增加效应。2，尽管老年受试者在CO句中V与CS句中V的听时间的差异，以及在CO句中的V与CS句中的NP2的听时间的差异均显著更大，但只有前者的差异与WM测量显著相关。CO句中V的负载增加的一个可能的原因与语篇层次的表征有关。从创建语篇结构的角度来看，孤立的句子作为语篇开头句。孤立呈现的CO句对话语焦点的建构提出了额外的要求。语篇的焦点通常是句子的主语和动词的施事者。在CO句中，施事者和焦点并非同时出现，因为动词的施加对象被放在了焦点的位置。CO句的动词是通常的施事者与焦点组合的第一个解离点。这些因素增加了CO句在V处的处理负荷。有趣的是，即时测试和处理速度之间的唯一显著关系与上述对CO句动词的影响有关。如果在动词处的效果确实是非句法的，并且如果它与一般的言语WM系统有关，那么在CO句中处理速度与增加的V处处理时间之间的关联的额外发现可能为这种WM效应与处理速度限制有关的概念提供支持。 在句法复杂的CO句上，句子合法性判断的准确率较低，老年组与年轻组只是在句法复杂的CO句上的准确率有所不同。对于反应时间，年轻被试对SO的听时间比SS长，但年长被试对SO的错误比SS多。 与基本的CS和OS句相比，句法复杂的CO和SO句的合法性判断的准确性下降与WM显著相关。WM能力较强的个体在句末判断时受句子句法复杂性的影响较小。和之前的许多研究一致，Nelson-Denny阅读理解测试的表现与WM分数之间存在显著的相关性。这些效应只出现在句尾数据和阅读理解数据中，而没有出现在即时数据中，这与WM在复习过程中发挥作用而在语法即时构建中不起作用的观点是一致的。

综上所述，本研究结果支持WM能力与句法形式和意义的即时构建无关，而是与句子的意义被提取后发生的过程相关这一说法。因此，本研究支持用于分配语法结构的WM系统是一个专门的资源系统这一观点。