1．“双任务”实验室研究范式
如前所述，认知心理学取向的记忆研究，一般是在实验室中，使用“纯净”的刺激对人类记忆编码、加工和提取的机制进行研究。在前瞻记忆的这一研究取向中，研究者一般都使用“双任务”的实验范式，这一范式也成为前瞻记忆实验室研究（包括部分日常研究）的经典范式。
在开创前瞻记忆实验室研究范式的实验中，Einstein和McDaniel将前瞻记忆任务嵌入当前进行中的任务，这样就将“双任务”集成于一个研究程序中，利用个人电脑的屏幕作为刺激呈现的媒介，使前瞻记忆的研究在实验室中就能完成。具体地说，在实验时，被试坐在电脑显示器前，阅读实验的指导语。在指导语中，要求被试完成一个“当前任务”——记住电脑屏幕上将要呈现的每一组单词并准备完成记忆测试，同时还要完成一个前瞻记忆任务：当任一组单词中出现rake这个词时，按下键盘上的某个键。接下来是一个15分钟左右的无关测试作为延时，然后实验正式开始，显示器上以0.75秒的时间呈现每组单词，随后单词消失，并出现“回忆”的指示，被试回忆单词并口头报告。在该研究中，研究者操控了年龄和外部提示这两个自变量，结果发现，青年组和老年组的前瞻记忆成绩没有显著差异（Einstein & McDaniel，1990）。
前瞻记忆的实验室实验法提出后，很快被其他研究者所接受，被公认为是最佳的前瞻记忆的研究范式，在研究中得到了最广泛的运用。从它诞生起直到目前为止的十多年时间内，几乎所有前瞻记忆心理机制的研究都使用了这一方法。第一章中介绍的几种前瞻记忆心理机制的理论模型——简单激活模型和注意+搜索模型、多重加工模型、多项加工树状模型等的提出，都是建立在实验室实验研究的结果之上的。例如，Einstein等运用典型的实验室实验法，以判断屏幕上的单词是否配对作为当前任务，以遇到目标词时按规定的键作为前瞻记忆任务，通过控制目标词的数量、对任务的强调、有无前瞻任务实际出现等因素，证明了前瞻记忆的多重加工模型，即前瞻记忆的提取既需要自动加工，也需要注意参与的加工（Einstein，McDaniel，Thomas，May.eld，Shank，Morrisette，et al.，2005）。而在较近的一项研究中，研究者在实验一使用了判断剧照的来源片名并记住作为前瞻记忆任务，当前任务是当剧照中出现车辆或眼镜时作特殊反应。实验所操纵的变量是延时（即从实验开始到每一个前瞻记忆目标刺激出现时的时长）。结果发现，随着时长的延长，前瞻记忆成绩有所下降，但下降的速度并不均匀——开始时下降得快，后来则较慢。实验二的当前任务是词的类别判断，前瞻记忆任务为遇到特定的词做作特定反应。除了延时变量外，实验二还引入了聚焦的前瞻记忆任务（遇到单词“moose”时做出反应）和非聚焦的前瞻记忆任务（遇到两个“O”连续出现的单词做出反应）这一变量。结果发现，虽然在任务开始后，非聚焦和聚焦的任务的成绩都会下降，但接下来的时间内，聚焦任务并没有连续下降，表明聚焦的前瞻记忆任务更多依赖于无意识的提取（McBride，Beckner，& Abney，2011）。
不难看出，实验室实验法的精确、量化、易操纵变量的优点特别适合有关前瞻记忆心理机制和影响因素的认知心理学研究，所以，十几年来，诸多研究者使用这一方法深入探讨了诸如年龄、延时、动机与情绪、外部线索、双任务的内容与性质等因素与前瞻记忆的关系，使人们对前瞻记忆的认识达到了新的高度。
当然，实验室实验的方法也存在着一定问题。一是失去了自然实验的生态效度，也就是说，在实验室中测量的前瞻记忆，是否与日常生活中的前瞻记忆同质，是值得怀疑的。这一点从前瞻记忆年龄效应的研究结果就可以看出：实验室范式的研究大多数得出了年轻被试的前瞻记忆成绩优于年老被试的结果，而日常范式的研究多数得出了相反的结论（见第八章内容），另外，也有研究表明，不同任务情境下的前瞻记忆没有一致性，即实验室中的前瞻记忆与自然情境中的前瞻记忆并不能相互预测（黎琳，王丽娟，刘伟，2012）。二是信度不高。例如，Kelemen等让大学生被试在两天的时间内分别完成两个类似的置入问卷的前瞻记忆测验，每个测验的当前任务项目共150个，前瞻记忆的目标刺激为6个，内容是遇到“总统”一词或某位总统的名字作特定反应。结果发现，两次测验的成绩相关不显著。而当前瞻记忆刺激目标增加到30个时，两个前瞻记忆测验的成绩才表现出相关显著。有趣的是，当把前瞻记忆目标刺激由总统换成“动物”一词时，不论是6个还是30个目标刺激，两个对应的前瞻记忆测验成绩相关都显著。这表明实验室中的前瞻记忆测验成绩具有不稳定性，受诸多因素的影响（Kelemen，Weinberg，Alford，Mulvey，& Kaeochinda，2006）。
另外，在实验室条件下，由于前瞻记忆加工过程的特殊性，使被试的前瞻记忆成绩很容易出现高限效应（天花板效应），这也是经常困扰研究者的一个问题。
2.前瞻记忆的生理机制
随着事件相关电位技术（ERP）、功能性能磁共振成像技术（fMRI）和正电子发射断层扫描技术（PET）等脑功能成像的方法应用于心理学研究（见专栏2-1），人们对各种心理现象的产生、发展和作用机制的认识有了突破性的进展。同样，这些尖端技术在前瞻记忆研究中的应用，使得前瞻记忆在皮层的定位、认知神经机制等的研究方面取得了突破。对前瞻记忆进行神经生理学和电生理学的研究，是认知心理学取向研究的重要内容，也是接近前瞻记忆认知加工实质的另一个有效途径。
Bisiacchi认为，前瞻记忆的神经心理学的研究主要有三类方法：一是对脑损伤被试的研究，主要运用双重分离与单独分离的技术，二是对正常被试的研究，运用的具体技术是PET和ERPs等脑成像技术，三是病理学的老化研究，将脑损伤被试与年老被试进行比较，以确定特定区域的脑功能（Bisiacchi，1996）。但由于前瞻记忆的复杂性和脑科学研究进展水平、研究方法等的限制，这一领域的研究数量相对还较少。
（1）前瞻记忆生理机制的理论观点
所谓前瞻记忆生理机制的理论观点，是指在前瞻记忆心理机制研究成果和脑功能研究成果基础上，对前瞻记忆的生理机制进行的理论推演。主要有额叶说和前额叶与丘脑相互作用说。
额叶说。Glisky认为，控制前瞻记忆的脑区在额叶。主要证据有：根据已有研究，额叶的功能在于形成计划、监控非习惯性的行为，负责发起、监控行动，并对行动后果进行评价等，是控制工作记忆的核心。在这里，信息能够与以往经验结合，以便于在将来得到运用。另外，额叶的损伤往往导致患者与行为执行功能有关的病症，在完成包含前瞻记忆成份的一些测验中表现出困难；再从额叶与记忆的关系来看，有研究表明，额叶负责自由回忆任务中的组织与策略功能，特别是在缺乏回忆线索时更是如此。最后，在缺乏线索的前瞻记忆任务中，老年被试表现出成绩的下降，这也与额叶功能随年龄下降的趋势一致（Glisky，1996）。
前额叶与丘脑说。Cohen和O’reilly提出了一个以前额叶与丘脑功能为基础的前瞻记忆生理机制的理论。根据这一理论，丘脑的功能在于建立一个用以引导行为的新联系，而前额叶则负责当前活动的安排，支持与任务有关的活动和抑制无关活动。所以，前瞻记忆任务的完成需要前额叶与丘脑的协同活动。为进一步说明前额叶与丘脑在前瞻记忆中的协同关系，Cohen与O’reilly引入了“偏向”与“联结”的概念。“偏向”是用以表述前额叶对前瞻记忆的控制过程的，如果任务只要求瞬间计划的激活，或是具有优势的活动，就可以由前额叶单独完成，即需要很少的偏向，而如果任务是被打断的，就需要前额叶去竞争，即需要更多的偏向。“联结”是描述丘脑在前瞻记忆中的活动的，丘脑调节任务与经验的关系，如果任务很简单，即使有新成份存在，也不需要前额叶的参与，相反，复杂的系列任务则需要丘脑进行与前额叶皮层及非前额叶皮层的联结（Cohen & O’reilly，1996）。
（2）前瞻记忆皮层定位的研究
从目前情况看，前瞻记忆生理机制的探索主要是通过对人脑的电生理学研究确定的。所得结论与上述生理机制的理论基本可以相互印证。这些研究结论主要有：
前额叶与前瞻记忆。Schnyer等发现，前额叶腹内侧损伤患者的前瞻记忆受损，而回溯记忆却保持完整（Schnyer，Verfaellie，Alexander，LaFleche，Nicholls，& Kaszniak，2004）；Okuda 等运用PET技术，证明前瞻记忆的完成与右背外侧与腹外侧的前额叶部位、前额叶前部、前扣带回等区域的激活有关（Okuda，Fujii，Yamadori，Kawashima，Tsukiura，Fukatsu，et al.，1998）；Burges 等的PET研究也表明，前额叶边缘的布鲁德曼10 区（BA10）的内侧抑制目的行为产生，外侧促进目的行为产生，前额叶的右外侧也与意向的维持有关（Burgess，Quayle，& Frith，2001； Burgess，Scott，& Frith，2003）。Den Ouden等运用fMRI技术发现，前瞻记忆活动进行时，双侧布鲁德曼10 区出现明显的激活，前额叶内侧的不同部位也产生了兴奋与抑制过程（Den Ouden，Frith，Frith，& Blakemore，2005）。另外，运用事件相关电位技术（ERP）的研究发现，在前瞻记忆的意向维持阶段，出现了双侧额极的激活（West，Krompinger，& Bowry，2005）。
丘脑与前瞻记忆。Okuda等运用fMRI的研究结果证明，被试完成前瞻记忆任务时，出现双侧丘脑的激活，在目标频率高的情况下更是如此（Okuda，Fujii，Umetsu，Tsukiura，Suzuki，Nagasaka，et al.，2001）。Burgess等通过PET研究发现，前瞻记忆条件下，丘脑（背内侧丘脑）出现了明显了激活，而同时前额叶的不同部位伴随着激活和抑制过程（Burgess，Quayle，& Frith，2001；Burgess，Scott，& Frith，2003），这也与前述Cohen与O’reilly的前额叶与丘脑说一致。另有研究表明，丘脑背内侧的损伤会导致目标行为的执行功能的障碍，这显然会直接影响前瞻记忆的完成（Van der Werf，Witter，Uylings，& Jolles，2000；Van der Werf，Scheltens，Lindeboom，Witter，Uylings，& Jolles，2003）。
大脑其它部位与前瞻记忆。有关研究表明，除前额叶与丘脑外，还有其他脑区也参与了前瞻记忆过程。如Okuda 等的PET研究发现，前瞻记忆任务伴随着位于颞叶内侧的左侧海马的激活（Okuda，Fujii，Yamadori，Kawashima，Tsukiura，Fukatsu，et al.，1998），Burgess 等发现了右顶叶、楔前叶、后扣带回等与前瞻记忆有关（Burgess，Quayle，& Frith，2001）。
由以上所列举的诸多电生理学研究结果可以看出，前额叶在完成前瞻记忆任务的过程起着最重要的作用，主要负责对意向与行为的监控，丘脑、颞叶内侧等也参与了前瞻记忆的加工处理。所以，前额叶的多个部位的相互作用、前额叶与丘脑、颞叶内侧等多个脑区的相互作用等，可能是完成前瞻记忆任务的神经基础（程怀东，汪凯，2006）。而多个脑区之间具体相互作用的机制与精确分工，还有待进一步研究来确定。
（3）前瞻记忆机制的脑功能成像技术研究
前瞻记忆机制的脑成像技术研究，是指通过ERP、fMRI等脑功能成像技术，探索前瞻记忆机制的研究。从目前的研究成果看，主要集中在前瞻记忆的编码和提取机制、前瞻记忆老化的机制等方面。
根据对前瞻记忆的编码的ERP研究，N2、P3和前额叶慢波能表达前瞻记忆的编码加工，其中只有前额叶慢波具有明显的“后续记忆效应”，即相对于没有成功实施的前瞻任务，那些成功实施的前瞻任务在编码阶段的前额叶慢波更负（West & Ross-Munroe，2002）。与此相反，情境记忆（回溯记忆）的ERP研究表明，与成功的编码相联系的是更正的额叶慢波（Mangels，Picton，& Craik，2001）。这充分表明前瞻记忆与情境记忆是不同加工过程的两种记忆。
而在前瞻记忆的提取方面，West参与的多项研究发现，有三个脑电成分与之相关联，即 N300、额叶正波和顶叶正波。其中N300和额叶正波与前瞻记忆线索的探查有关，顶叶正波则反映了三种成份：低可能性目标刺激的探查（以P3b表达）、前瞻记忆线索再认（表现为顶叶新旧效应），以及前瞻任务特有的波形——前瞻性正波（West，Herndon，& Crewdson，2001；West & Krompinger，2005；West & Ross-Munroe，2002）。
还有研究者将ERP用于前瞻记忆老化机制的研究。相关的研究表明，老年被试前瞻记忆编码与完成当前任务相比，N2、P3波的波幅更大，有研究者认为，这表明老年人在编码过程中比年轻人有着更高水平的视觉加工。而与年轻人不同的是，上述前额叶慢波的“后继忆效应”在老年被试中并不存在，即成功实施的前瞻任务与没有成功实施的任务在前额叶慢波上没有显著差别，但老年被试在颞顶叶慢波上却显示出了“后继记忆效应”，这表明了青年人与老年人在前瞻记忆编码阶段的神经机制也是不相同的（West，Herndon，& Covell，2003；West，Wymbs，Jakubek，& Herndon，2003）。
最后，值得一提的是，除脑功能成像技术外，眼动追踪技术也被研究者用于前瞻记忆加工机制的探索。如一项研究以字母搜索为任务，对眼动数据进行了分析，并推测前瞻记忆目标的遗漏是由对线索的注视和策略加工的失败所导致的（West，Carlson，& Cohen，2007）。另外，Peterson等、陈思佚和周仁来的研究也使用了眼动追踪技术（Peterson，Beck，& Vomela，2007；陈思佚，周仁来，2010b）。