华南师范大学学报(自然科学版)
2003年11月JOURNALOFSOUTHCHINANORMALUNIVERSITY2003年第4期 ()NATURALSCIENCEEDITIONNov.2003 No.4,2003文章编号:1000-5463(2003)04-0135-08
工作记忆的模型与基本理论问题
陈彩琦1,2,李 坚1,3,刘志华1
(1.华南师范大学心理学系,广东广州510631;2.东北师范大学心理学系,吉林长春;
3.暨南大学医学心理与行为科学研究所,510632)
摘要:总结与反思,我们认为,Baddeley,目前已出现多种模型的整合迹象;,工作记忆容量.
关键词:;;情境缓冲区;双任务范式
中图分类号文献标识码:A
MODELSANDFUNDAMENTALTHEORETICALPROBLEMSOFWORKINGMEMORY
CHENCai-qi1,2,LIJian1,3,LIUZhi-hua1
(1.DepartmentofPsychology,SouthChinaNormalUniversity,Guangzhou510631,China;
2.DepartmentofPsychology,NortheastNormalUniversity,Changchun130024,China;
)3.InstituteofMedicalPsychologyandBehaviorScience,JinanUniversity,Guangzhou510632,China
Abstract:Workingmemoryisoneofthemostthrivingresearchfieldsincurrentcognitivepsy2chologyandcognitiveneuroscience,whichhasalsopenetratedintomanyotherdomainsofpsy2chology.Byreviewingsystematicallythenewdevelopmentofmodelsofworkingmemoryandre2searchoffundamentaltheoreticalproblemsofworkingmemorysuchasresearchparadigmsofworkingmemoryandthefactorsdeterminingtherestraintsofworkingmemorycapacity,theau2thorssuggestedthatBaddeley’smodel
wasyetsufferingtheweeknessofunderspecificationoftherelationshipbetweenslavesystems,andthereappearedatrendthatvariousmodelsofworkingmemorywereconvergingtosomedegree.Inaddition,empiricaldataobtainedbydual-taskparadigmshouldbere-explained,theterm“workingmemory”shouldnotbesubstitutedby“short-termmemory”,andthemechanismsunderliningtheindividualdifferencesofworkingmemorycapacityremainedtobeclarified.Thecombinationofbrainimagingtechniquesandthetheoreticalresearchofworkingmemorymaybetheoptimalapproachforfuturestudy.
Keywords:workingmemory;centralexecutivefunctions;episodicbuffer;dual-taskparadigm
收稿日期:2003-03-03
作者简介:陈彩琦(1975-),男,浙江金华人,东北师范大学讲师,华南师范大学2001级博士研究生.
() 工作记忆(Workingmemory,WM)指在解决认知任务的过程中,用于信息加工并同时保持与当前任务相关的信息的系统或机制[1].WM被形容为人类的认知中枢,目前已成为认知心理学和认知神经科学中最活跃的研究领域之一.WM除了本身是研究热点,而且还渗透到了心理学研究的其他多种领域.如前瞻性记忆、错误记忆和自传体记忆等领域也开始关心WM的中央执行功能的作用;有人开始用WM的观点重新解释一般智力和和液态智力;WM被新皮亚杰学派看作儿童认知发展的中心结构;在认知老化、神经分裂症、发展性注意缺陷多动障碍和孤独症的研究上也受到了特别的重视[2].
然而,正因为WM研究的广泛性和角度的多样性,工作记忆”这一术语,但他们所指的内涵有很大的差别.如NeathWM甚至连
)[3].很多研究者则记忆都不是,而只是一种特殊的注意,或者说只是考察了WM,对WM的实质和内在机制缺乏系统的考察.M,很有必要对WM的理论和一些基本问题进行反思,.这里所谓的基本问题主要是指在揭示WM的本质、建立系统的WM.本文旨在对WM主要理论模型和对一些基本问题研究的进展进行系统地总结和反思.
1 工作记忆模型的新发展及存在问题
最早的WM模型是由Baddeley和Hitch于1974年提出的[4].此后10余年有关WM的研究主要围绕着该模型的验证和完善.但20世纪90年代前后,WM研究呈现出明显的多样性.现在有影响力的模型已达到十余个.因篇幅所限,这里主要对影响最大的Baddeley多成分模型进行考察,并对其他有一定影响的模型做简要述评.
111 Baddely的多成分模型
传统的Baddeley模型认为WM由语音回路、视觉空间画板两个附属系统和中央执行系统(centralexecutive,CE)组成[5].语音回路负责以声音为基础的信息的储存与控制,包含语音储存和发音控制两个过程,能通过默读重新激活消退着的语音表征防止衰退,而且还可以将书面语言转换为语音代码.视觉空间画板主要负责储存和加工视觉空间信息,可能包含视觉和空间两个分系统.中央执行系统是WM的核心,负责各子系统之间以及它们与长时记忆的联系
、注意资源的协调和策略的选择与计划等.
随着研究的深入,该模型研究取得了多方面的发展.现在人们对语音回路的进化论意义有了深入了解.以往的研究主要考察语音回路在言语性刺激暂时保存中的作用.最近Badde2ley等指出,这种保存只是派生的机能,语音回路真正的机能在于语言掌握.在视觉空间画板的研究上,大量证据表明视觉空间WM本身又可分成一些独立的子成分.如脑成像研究发现视觉客体信息和视觉空间信息的WM激活了各自独立的特殊脑区.对视觉信息复述机制的研究也取得了一定进展.Logie指出视觉空间画板可细分为视觉缓存(visualcache)和内部抄写器(innerscribe)两个成分.前者主要用于视觉信息的被动储存,后者参与视空信息的动态操作和复述.在CE的研究上,首先,研究者已经把信息保存功能、以及特定领域信息的加工功能从中央执行系统中分离出来,把该系统看成纯粹的信息执行结构.其次,中央执行系统可进一步区
分出下级系统.如Miyake等用潜变量分析的方法考察了中央执行系统的统一性与多样性[6].他们发现存在3种主要的执行功能,即信息更新功能、优势反应的抑制功能和任务转换功能.三者之间呈中等程度相关,路径系数在0142～0163之间,但与WCST测验或河内塔任务等所谓“前额叶任务”的成绩相关程度不同,表现出相对独立性.
Baddeley的WM模型近年来最大的发展是:在传统模型的基础上,增加了一个新的子系统,即情境缓冲区(episodicbuffer,EB)[7].EB是为了克服传统模型的弱点而提出的.如在随机的单词记忆任务中,被试只能即时系列回忆出5个单词左右,
,则能够回忆出16个左右的单词.认为,,保持的.为此,,即情境缓冲区.EB,为语音回路、视觉空间画板和长时,CE将不同来源的信息整合成完整连贯的情境.EB,受CE控制.虽然不同类型信息的整合本身由CE完
成,但是EB,并支持后续的整合操作.该系统独立于长
时记忆,但却是长时情境学习中的一
个必经阶段.EB可用于解释系列回忆
中的列表间位置干扰的问题、言语和
视觉空间过程间的相互影响问题(如
言语回忆中的视觉效应)、记忆组块问
题、和统一的意识经验问题等.新增
情境缓冲区之后的四成分模型如图1
所示.注:图中阴影部分代表晶态认知系统,非阴影部分代表液态认知系统图1 工作记忆的四成分模型(Baddeley,2000) 然而,尽管该模型已取得可喜进展,但很多环节仍停留在假设的水平上,而且面临着一些无法合理解释的实验事实.如在语音回路上,该模型无法解释系列回忆任务中顺序信息和项目信息的不同保存机制.在视空画板上,有关视觉信息和空间信息的复述机制仍没得到有力的证实;有关视空WM、视知觉、视觉注意和有意识的视觉表象之间的关系也很不清楚.在CE的研究上,问题更为突出.有关执行功能与暂时储存和通道特殊性加工之间的关系的模糊性是当前WM理论的一个致命弱点.一个明确的WM模型应该能清楚地区分心理现象中的记忆成分和执行成分,能提出有关各子系统之间及与其他认知过程的关系.然而,CE就象一个“破布袋”,把过多的认知功能归到其名义之下,以致于连WM研究专家也说不清哪些认知加工属于WM的执行功能,而哪些不属于.因此,只有把CE和属于子系统的通道特异性加工区分出来,把注意和意识等认知功能从工作记忆中独立出来,并研究清楚它们与工作记忆的关系,才能使工作记忆理论得到较大的进展和完善.
情境缓冲区则是新提出的假想结构,几乎尚无认知实验证据或神经科学证据的支持.如,其复述机制尚不清楚;EB与其他子系统之间的具体关系未得到证实;还有没有专门针对EB的研究方法.有人甚至认为EB根本就是无法验证的,因为很难在不影响通道特异性子系统的前提下,对整合跨通道信息的成分进行操纵.May则指出,即使能找到选择性施加EB负载的技
()术,其复杂的实验设计也会降低一个模型直观上的吸引力,失去传统模型最突出的简约和直观的优点[9].因此,目前尚不能确定EB能否像语音回路、视觉空间画板一样得到多种的证据的支持并发展下去.总之,对EB应该抱着一种谨慎欢迎的态度.尽管不能确信WM的四成分模型能否得到实验证实,但这毕竟是揭示WM在多通道信息储存和加工中作用的一个尝试,对WM的整合功能和WM与意识关系的研究具有较大意义.至少这种假想的新成分已引发了广泛的争论,推动着研究者们去开展大量新的实验研究.
112 其他的工作记忆模型
Baddeley料.Lovett等的ACT-R.WM资
(source.源看成一种注意激活,叫做“源激活”
前任务相关的记忆节点,state)的节点.ACT-R是一个产生式系统,;强调加工活动对目标信息的依赖性,当前目标越强烈,信息加工就越迅速准确.该模型认为WM容量的个总量的差异,用参数W表示.而且这种源激活具有领域普遍性和单一性,语言和视觉空间信息的源激活基于相同的机制.该模型的明显缺陷在于只是用一个参数去说明复杂认知任务中的个体差异,因为WM的个体差异还可能与加工速度、认知策略、已有知识技能有关.但ACT-R模型强调WM的单一性,以详细阐明共同结构作为主要任务,能弥补强调WM多样性的模型的不足.
Engle等则提出了WM的“注意控制”模型.认为WM实际上就是“短时记忆”+“注意控
[1]制”.他们认为WM容量的个体差异反映了个体控制加工过程的能力,也就是说只有在需要控制注意参与的任务中才能反映出WM容量的差异.具体而言,WM容量反映了个体面临无关信息干扰时,有意识地激活记忆表征、并将这些表征引到注意焦点以及把注意焦点维持在这些表征上的能力.最近他们甚至提出,WM容量实际上就是执行注意能力[8].该模型得到了有关前额叶功能的认知神经科学研究的支持.其框架类似于Baddeley模型的“WM=附属系统+中央执行系统”,但认为注意控制机能具有单一性和普遍性,这一点又类似于ACT-R模型.Ericsson等[1]则从WM和长时记忆关系的角度,提出了长时工作记忆模型.该模型认为,
Baddeley的WM只能叫做“短时工作记忆”,因为还存在其他形式的工作记忆.该模型广泛地描述了WM可能存在的形式和机制.他们认为WM概念的实质在于在特定的时间内,只有长时记忆中的一小部分知识、技能和信息影响被试当前的行为和心理过程.因此,WM现象应该包括所有用于保证个体选择性通达完成当前任务所需信息和程序的机制.该模型在揭示传统WM与长时记忆关系方面具有重要意义.
其他的模型还有Cowan等的“过程嵌套模型”、Barnard等的“认知交互模型”、O’Reilly等的“基于生物学的运算模型”等[1].这些模型从不同的角度对WM的实质和结构发表了各自的看法,虽然内容和形式都相差很大,但彼此之间还是有一些共同关注的问题,信息表征方式、资源有限性、与复杂认知活动的关系等.
概括起来,可以把所有的工作记忆模型分成两大类.一类是欧洲传统的WM模型,其突出代表就是Baddeley的多成分模型,强调把WM分成多种具有独立资源的附属系统,突出通道特异性加工和储存.另一类是北美传统的WM模型,以ACT-R模型为代表,强调WM的整体
性,突出一般性的资源分配和激活.前者的研究主要集中在WM的储存成分,即语音回路和视空画板.如Baddeley明确指出,应该在探讨更复杂的加工问题之前,先把比较容易操作的短时储存问题研究清楚.而北美传统注重探讨WM在复杂认知任务中的作用,如阅读和言语理解.因此北美传统所指的WM类似于欧洲传统中一般性的CE.现在两种研究传统正越来越多地相互认同一些东西,并在各自的理论建构上产生相互影响.如情境缓冲区的提出与Barnard的“认知交互模型”中的命题表征系统很相似.因此,两大研究传统已表现出一定的整合和统一趋势.
2
工作记忆研究中的基本理论问题
211 工作记忆的研究范式
双作业任务是WM,尤其是建立Baddeley的WM模型的基础.,然后对这两种,根据次任务对绩效的影响,判定WM的子系统之间的关系.
干扰语音回路的次任务一般采用发音抑制(articulatorysuppression)任务.该任务要求被试重复说习惯化了的词语,如“the,the,the”.当该任务作为次任务时,单词或数字回忆等依赖言语信息储存的主任务成绩明显下降,但依赖于视觉空间信息储存的任务成绩几乎不变.干扰视觉空间画板的次任务一般采用空间击打任务(spatialtapping).这任务一般要求被试描述简
单的图形,如用手指按顺序轻击正方形的四个角.但是人们发现,该任务虽然能有效干扰空间信息的储存,但对视觉信息干扰不是很有效.为此,Quinn等人新开发了一种叫“无关图形范式”的次任务,要求被试在进行主任务时双眼注视电脑屏幕上呈现的动态视觉模式.干扰中央执行系统的次任务一般采用随机数生成任务(randomnumbergeneration),要求被试在一定的区间内把从1到9的数字进行尽量随机的排列.以被生成数的随机程度作为分析指标.但是,由于该任务通常采用口头反应,不仅需中央执行系统完成,还必须有语音回路的参与;而且随机程度有不同的指标,并对应于不同的执行功能.所以采用随机生成任务作为次级任务时,要注意数据分析和结果解释的复杂性.
近来Hegarty等指出,通常的双任务实验逻辑是有问题的.至少有两个原因,一是反应选择的瓶颈问题;二是两种任务间的策略权衡问题.反应选择的瓶颈是指在双任务情境下,个体不可能同时对两种反应都作出选择.如随机生成任务要求被试进行快速持续的反应选择,那么这种任务对同样需要快速反应选择、但对中央执行功能依赖性比较小的主任务(如简单的知觉判断)产生严重干扰.显然这种严重干扰与双任务的实验逻辑是相违背的.策略权衡问题是指,尽管实验指定哪个是主任务、哪个是次任务,但是被试倾向于自动地将更多的资源分配到他们觉得更难的任务上.如当把随机生成任务和一个不怎么需要中央执行功能的主任务结合时,由于被试将加工重点放在更难的次任务上,主任务的操作成绩反而会受到很大的干扰;而将其和一个更复杂的非常需要执行功能的主任务结合时,由于被试将加工重点放在更难的主任务上,主任务的操作成绩所受的干扰反而较小.因此,在用双任务范式进行工作记忆研究时应该考虑到这些限制因素.由此看来,以往很多采用双任务范式得出的研究结论需要进行重新考察.
()212 工作记忆与短时记忆的区别
WM和短时记忆是两个很容易混淆的概念.国内有些文献甚至将二者完全等同起来.然而,事实上WM与短时记忆的区分是WM研究中的一个基本问题.现在比较一致的观点是,二者在功能上存在显著差异但在结构上是类似的.从功能上看,WM是指被暂时贮存的内容在之后的复杂认知活动中是必不可少的,是进行其他认知活动的前提基础,如心算中的暂时储存;短时记忆则是指所储存的信息在之后的认知加工中指望使用的记忆机能,如只要拨出去就可能忘掉的电话号码的暂时贮存,焦点侧重于信息的保持.从结构上看,些,大多数研究者认为WM系统包含短时记忆[1],也就是说M和“执行功能”构成的[1].时贮存机能的.因为,双重贮存模型指出,,还需要执行机能的参与.因此,,系统都是由短时贮存和执行机能构成的,.M和短时记忆的差异在于系统的工作方式不同,,不仅支持保持功能,而且用于支持认知活动中的动态记忆,.
从上述分析可以看出,WM比短时记忆的功能更多、含盖范围更广.WM能包含短时记忆,而短时记忆则代表不了WM.当前国内的多数心理学教材仍沿用短时记忆概念而不提工作记忆,这与当前WM在国际上压倒性的受重视程度是极其不相称的.实际上在现实生活中,很少有纯粹的短时记忆,因为绝大多数暂时储存都是为随后的加工服务的.目前短时记忆一词在国外文献中已用得越来越少,很多场合均被WM代替.因此,用WM代替短时记忆倒是用于统一这两个概念的合理选择.
213 工作记忆和长时记忆的关系
早期的WM研究明显将WM和长时记忆分开.但是20世纪90年代以来,人们认识到很多WM任务中的信息保持不单与WM的作用有关,还可能受到长时记忆的支持.如最近Bad2deley等研究发现,WM附属系统的功能与长时记忆知识有关,如一般认为由视空画板生成和保持的视觉形象的主观鲜明性受长时知识的影响[9].Saito发现在语音回路中,实际存在单词的记忆成绩明显好于非单词,呈现出“词汇效应”;
类似单词的非单词的记忆成绩比不象单词的非单词记忆效果好,呈现出“近似单词效应”.这两种效应表明长时记忆中保存的语词信息对语音回路的功能有显著影响[10].现在,与长时记忆建立关系已成为完善WM理论的重要环节.
“长时工作记忆”理论的提出对二者关系的研究起到了更大的推动作用.该理论认为,记忆能力强的人通常能保持超过WM的容量的信息,我们不能认为他们所记的信息在WM都处于激活状态,而应该得到长时记忆的支持.他们能利用熟悉领域的丰富知识和技能,把目标信息编码成随后能迅速提取的状态储存到长时记忆里,只是把极为少量的有助于提取的提示信息保持在WM里,以减少WM本身的负担.Ericsson等就把这种根据提示,必要时能迅速提取目标信息的长时记忆信息叫做“长时工作记忆”.[1]长时WM关注的焦点是如何在日常复杂的认知活动中减少记忆负担,并对信息的短时保持做出贡献.Baddeley新提出的情景缓冲区就是通过和负责信息激活及整合的中央执行功能的相互作用,把WM信息和长时记忆信息的整合成为可能的附属系统的.显然,该理论发展是受长时WM概念影响的结果.目前有关WM和长时记忆关系的研究已引起广泛关注,并取得明显的发展.但有关这方面的脑成像尚不多见,
今后需要加强.
214 制约工作记忆容量的原因
众所周知,WM的容量是有限的.那么,WM容量为什么有限?受什么因素制约呢?这是WM研究中的根本问题之一.人们从多种角度对此问题进行了探讨.Towse等认为信息在时间上的衰退可能是限制WM广度的主要因素.如被试在信息保持上所花的时间越长,容易遗忘的目标信息也越多.该观点与传统的衰退说有相似之处.Lustig等人则认为WM广度的决定因素是对来自先前试验的前摄干扰的感受性,对抗干扰能力相同的被试而言M广度成绩随影响前摄干扰量的变化而变化.Engle等则发现WM效率共同决定[1].Oberauer则认为,WM.其资源限制主要受两种因素制约:一是WM,码上相互混淆;.
上述观点在解释,但都只强调了其中的一侧面,作为说明.WM广度任务的复杂性和大量研究结果,WM容量的原因具有多样性.有关这些因素具体如何制约WM广度任务执行、相互之间有何作用、与其他认知任务的关系、以及与发展和老化的关系,仍需要进一步深入探讨.
3 小结
综上所述,近年来WM模型和基本理论问题的研究都取得了较大进展.一方面WM模型呈明显的多样化,传统的Baddeley多成分模型也得到深入发展.这种理论模型的丰富和深化使人们对WM的本质有了更全面深入的认识.另一方面,WM理论建构中面临的一些基本问题的研究日益深入,研究方法更加可靠,WM与相关概念之间的关系更加明确,对WM资源有限的实质也有了更深入的认识.这些研究为不同工作记忆模型的统一能起到推动作用.但无论在模型的完善上还是基本问题的研究上,目前存在的问题还是很突出的.如传统的模型无法解释系列信息的储存和加工问题、CE功能的过于笼统问题、情境缓冲区的验证问题、欧洲传统和北美传统的融合问题、各附属系统与长时记忆关系的问题、以及WM容量个体差异的实质问题等,都是目前工作记忆的理论研究需要迫切完成的课题.此外,WM研究中的基本理论问题还有很多,如WM机制的单一性或多样性,WM与意识的关系,WM与情绪的关系等.只有WM研究者对这些基本问题都有了基本一致的看法之后,统一的W
M理论才有可能建立.
WM基本理论的完善是一个漫长的过程,一方面需要遵循不同传统的WM研究者加强交流,找到理论的共同点,协调观点上的分歧;另一方面需要寻求研究方法上的突破,通过行为实验、结构方程建模、计算机模拟、脑损伤以及脑成像等多种途径进行理论创新.从目前的研究来看,工作记忆基本理论研究者和脑成像的研究者之间还存在一定的脱离,前者不擅长技术,而后者缺乏理论背景.因此,将二者密切结合起来可能是当前推动WM理论突破的最重要保证.Goldman-Rakic[11]把WM评价为“也许是人类心理进化中最重要的成就”.因此,从长远来看,WM不但属于记忆研究领域,而且还应该成为人类行为、情感和意识的研究中的重要领域.
()参考文献:
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【责任编辑 黄玉萍】
华南师范大学学报(自然科学版)
2003年11月JOURNALOFSOUTHCHINANORMALUNIVERSITY2003年第4期 ()NATURALSCIENCEEDITIONNov.2003 No.4,2003文章编号:1000-5463(2003)04-0135-08
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摘要:总结与反思,我们认为,Baddeley,目前已出现多种模型的整合迹象;,工作记忆容量.
关键词:;;情境缓冲区;双任务范式
中图分类号文献标识码:A
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CHENCai-qi1,2,LIJian1,3,LIUZhi-hua1
(1.DepartmentofPsychology,SouthChinaNormalUniversity,Guangzhou510631,China;
2.DepartmentofPsychology,NortheastNormalUniversity,Changchun130024,China;
)3.InstituteofMedicalPsychologyandBehaviorScience,JinanUniversity,Guangzhou510632,China
Abstract:Workingmemoryisoneofthemostthrivingresearchfieldsincurrentcognitivepsy2chologyandcognitiveneuroscience,whichhasalsopenetratedintomanyotherdomainsofpsy2chology.Byreviewingsystematicallythenewdevelopmentofmodelsofworkingmemoryandre2searchoffundamentaltheoreticalproblemsofworkingmemorysuchasresearchparadigmsofworkingmemoryandthefactorsdeterminingtherestraintsofworkingmemorycapacity,theau2thorssuggestedthatBaddeley’smodel
wasyetsufferingtheweeknessofunderspecificationoftherelationshipbetweenslavesystems,andthereappearedatrendthatvariousmodelsofworkingmemorywereconvergingtosomedegree.Inaddition,empiricaldataobtainedbydual-taskparadigmshouldbere-explained,theterm“workingmemory”shouldnotbesubstitutedby“short-termmemory”,andthemechanismsunderliningtheindividualdifferencesofworkingmemorycapacityremainedtobeclarified.Thecombinationofbrainimagingtechniquesandthetheoreticalresearchofworkingmemorymaybetheoptimalapproachforfuturestudy.
Keywords:workingmemory;centralexecutivefunctions;episodicbuffer;dual-taskparadigm
收稿日期:2003-03-03
作者简介:陈彩琦(1975-),男,浙江金华人,东北师范大学讲师,华南师范大学2001级博士研究生.
() 工作记忆(Workingmemory,WM)指在解决认知任务的过程中,用于信息加工并同时保持与当前任务相关的信息的系统或机制[1].WM被形容为人类的认知中枢,目前已成为认知心理学和认知神经科学中最活跃的研究领域之一.WM除了本身是研究热点,而且还渗透到了心理学研究的其他多种领域.如前瞻性记忆、错误记忆和自传体记忆等领域也开始关心WM的中央执行功能的作用;有人开始用WM的观点重新解释一般智力和和液态智力;WM被新皮亚杰学派看作儿童认知发展的中心结构;在认知老化、神经分裂症、发展性注意缺陷多动障碍和孤独症的研究上也受到了特别的重视[2].
然而,正因为WM研究的广泛性和角度的多样性,工作记忆”这一术语,但他们所指的内涵有很大的差别.如NeathWM甚至连
)[3].很多研究者则记忆都不是,而只是一种特殊的注意,或者说只是考察了WM,对WM的实质和内在机制缺乏系统的考察.M,很有必要对WM的理论和一些基本问题进行反思,.这里所谓的基本问题主要是指在揭示WM的本质、建立系统的WM.本文旨在对WM主要理论模型和对一些基本问题研究的进展进行系统地总结和反思.
1 工作记忆模型的新发展及存在问题
最早的WM模型是由Baddeley和Hitch于1974年提出的[4].此后10余年有关WM的研究主要围绕着该模型的验证和完善.但20世纪90年代前后,WM研究呈现出明显的多样性.现在有影响力的模型已达到十余个.因篇幅所限,这里主要对影响最大的Baddeley多成分模型进行考察,并对其他有一定影响的模型做简要述评.
111 Baddely的多成分模型
传统的Baddeley模型认为WM由语音回路、视觉空间画板两个附属系统和中央执行系统(centralexecutive,CE)组成[5].语音回路负责以声音为基础的信息的储存与控制,包含语音储存和发音控制两个过程,能通过默读重新激活消退着的语音表征防止衰退,而且还可以将书面语言转换为语音代码.视觉空间画板主要负责储存和加工视觉空间信息,可能包含视觉和空间两个分系统.中央执行系统是WM的核心,负责各子系统之间以及它们与长时记忆的联系
、注意资源的协调和策略的选择与计划等.
随着研究的深入,该模型研究取得了多方面的发展.现在人们对语音回路的进化论意义有了深入了解.以往的研究主要考察语音回路在言语性刺激暂时保存中的作用.最近Badde2ley等指出,这种保存只是派生的机能,语音回路真正的机能在于语言掌握.在视觉空间画板的研究上,大量证据表明视觉空间WM本身又可分成一些独立的子成分.如脑成像研究发现视觉客体信息和视觉空间信息的WM激活了各自独立的特殊脑区.对视觉信息复述机制的研究也取得了一定进展.Logie指出视觉空间画板可细分为视觉缓存(visualcache)和内部抄写器(innerscribe)两个成分.前者主要用于视觉信息的被动储存,后者参与视空信息的动态操作和复述.在CE的研究上,首先,研究者已经把信息保存功能、以及特定领域信息的加工功能从中央执行系统中分离出来,把该系统看成纯粹的信息执行结构.其次,中央执行系统可进一步区
分出下级系统.如Miyake等用潜变量分析的方法考察了中央执行系统的统一性与多样性[6].他们发现存在3种主要的执行功能,即信息更新功能、优势反应的抑制功能和任务转换功能.三者之间呈中等程度相关,路径系数在0142～0163之间,但与WCST测验或河内塔任务等所谓“前额叶任务”的成绩相关程度不同,表现出相对独立性.
Baddeley的WM模型近年来最大的发展是:在传统模型的基础上,增加了一个新的子系统,即情境缓冲区(episodicbuffer,EB)[7].EB是为了克服传统模型的弱点而提出的.如在随机的单词记忆任务中,被试只能即时系列回忆出5个单词左右,
,则能够回忆出16个左右的单词.认为,,保持的.为此,,即情境缓冲区.EB,为语音回路、视觉空间画板和长时,CE将不同来源的信息整合成完整连贯的情境.EB,受CE控制.虽然不同类型信息的整合本身由CE完
成,但是EB,并支持后续的整合操作.该系统独立于长
时记忆,但却是长时情境学习中的一
个必经阶段.EB可用于解释系列回忆
中的列表间位置干扰的问题、言语和
视觉空间过程间的相互影响问题(如
言语回忆中的视觉效应)、记忆组块问
题、和统一的意识经验问题等.新增
情境缓冲区之后的四成分模型如图1
所示.注:图中阴影部分代表晶态认知系统,非阴影部分代表液态认知系统图1 工作记忆的四成分模型(Baddeley,2000) 然而,尽管该模型已取得可喜进展,但很多环节仍停留在假设的水平上,而且面临着一些无法合理解释的实验事实.如在语音回路上,该模型无法解释系列回忆任务中顺序信息和项目信息的不同保存机制.在视空画板上,有关视觉信息和空间信息的复述机制仍没得到有力的证实;有关视空WM、视知觉、视觉注意和有意识的视觉表象之间的关系也很不清楚.在CE的研究上,问题更为突出.有关执行功能与暂时储存和通道特殊性加工之间的关系的模糊性是当前WM理论的一个致命弱点.一个明确的WM模型应该能清楚地区分心理现象中的记忆成分和执行成分,能提出有关各子系统之间及与其他认知过程的关系.然而,CE就象一个“破布袋”,把过多的认知功能归到其名义之下,以致于连WM研究专家也说不清哪些认知加工属于WM的执行功能,而哪些不属于.因此,只有把CE和属于子系统的通道特异性加工区分出来,把注意和意识等认知功能从工作记忆中独立出来,并研究清楚它们与工作记忆的关系,才能使工作记忆理论得到较大的进展和完善.
情境缓冲区则是新提出的假想结构,几乎尚无认知实验证据或神经科学证据的支持.如,其复述机制尚不清楚;EB与其他子系统之间的具体关系未得到证实;还有没有专门针对EB的研究方法.有人甚至认为EB根本就是无法验证的,因为很难在不影响通道特异性子系统的前提下,对整合跨通道信息的成分进行操纵.May则指出,即使能找到选择性施加EB负载的技
()术,其复杂的实验设计也会降低一个模型直观上的吸引力,失去传统模型最突出的简约和直观的优点[9].因此,目前尚不能确定EB能否像语音回路、视觉空间画板一样得到多种的证据的支持并发展下去.总之,对EB应该抱着一种谨慎欢迎的态度.尽管不能确信WM的四成分模型能否得到实验证实,但这毕竟是揭示WM在多通道信息储存和加工中作用的一个尝试,对WM的整合功能和WM与意识关系的研究具有较大意义.至少这种假想的新成分已引发了广泛的争论,推动着研究者们去开展大量新的实验研究.
112 其他的工作记忆模型
Baddeley料.Lovett等的ACT-R.WM资
(source.源看成一种注意激活,叫做“源激活”
前任务相关的记忆节点,state)的节点.ACT-R是一个产生式系统,;强调加工活动对目标信息的依赖性,当前目标越强烈,信息加工就越迅速准确.该模型认为WM容量的个总量的差异,用参数W表示.而且这种源激活具有领域普遍性和单一性,语言和视觉空间信息的源激活基于相同的机制.该模型的明显缺陷在于只是用一个参数去说明复杂认知任务中的个体差异,因为WM的个体差异还可能与加工速度、认知策略、已有知识技能有关.但ACT-R模型强调WM的单一性,以详细阐明共同结构作为主要任务,能弥补强调WM多样性的模型的不足.
Engle等则提出了WM的“注意控制”模型.认为WM实际上就是“短时记忆”+“注意控
[1]制”.他们认为WM容量的个体差异反映了个体控制加工过程的能力,也就是说只有在需要控制注意参与的任务中才能反映出WM容量的差异.具体而言,WM容量反映了个体面临无关信息干扰时,有意识地激活记忆表征、并将这些表征引到注意焦点以及把注意焦点维持在这些表征上的能力.最近他们甚至提出,WM容量实际上就是执行注意能力[8].该模型得到了有关前额叶功能的认知神经科学研究的支持.其框架类似于Baddeley模型的“WM=附属系统+中央执行系统”,但认为注意控制机能具有单一性和普遍性,这一点又类似于ACT-R模型.Ericsson等[1]则从WM和长时记忆关系的角度,提出了长时工作记忆模型.该模型认为,
Baddeley的WM只能叫做“短时工作记忆”,因为还存在其他形式的工作记忆.该模型广泛地描述了WM可能存在的形式和机制.他们认为WM概念的实质在于在特定的时间内,只有长时记忆中的一小部分知识、技能和信息影响被试当前的行为和心理过程.因此,WM现象应该包括所有用于保证个体选择性通达完成当前任务所需信息和程序的机制.该模型在揭示传统WM与长时记忆关系方面具有重要意义.
其他的模型还有Cowan等的“过程嵌套模型”、Barnard等的“认知交互模型”、O’Reilly等的“基于生物学的运算模型”等[1].这些模型从不同的角度对WM的实质和结构发表了各自的看法,虽然内容和形式都相差很大,但彼此之间还是有一些共同关注的问题,信息表征方式、资源有限性、与复杂认知活动的关系等.
概括起来,可以把所有的工作记忆模型分成两大类.一类是欧洲传统的WM模型,其突出代表就是Baddeley的多成分模型,强调把WM分成多种具有独立资源的附属系统,突出通道特异性加工和储存.另一类是北美传统的WM模型,以ACT-R模型为代表,强调WM的整体
性,突出一般性的资源分配和激活.前者的研究主要集中在WM的储存成分,即语音回路和视空画板.如Baddeley明确指出,应该在探讨更复杂的加工问题之前,先把比较容易操作的短时储存问题研究清楚.而北美传统注重探讨WM在复杂认知任务中的作用,如阅读和言语理解.因此北美传统所指的WM类似于欧洲传统中一般性的CE.现在两种研究传统正越来越多地相互认同一些东西,并在各自的理论建构上产生相互影响.如情境缓冲区的提出与Barnard的“认知交互模型”中的命题表征系统很相似.因此,两大研究传统已表现出一定的整合和统一趋势.
2
工作记忆研究中的基本理论问题
211 工作记忆的研究范式
双作业任务是WM,尤其是建立Baddeley的WM模型的基础.,然后对这两种,根据次任务对绩效的影响,判定WM的子系统之间的关系.
干扰语音回路的次任务一般采用发音抑制(articulatorysuppression)任务.该任务要求被试重复说习惯化了的词语,如“the,the,the”.当该任务作为次任务时,单词或数字回忆等依赖言语信息储存的主任务成绩明显下降,但依赖于视觉空间信息储存的任务成绩几乎不变.干扰视觉空间画板的次任务一般采用空间击打任务(spatialtapping).这任务一般要求被试描述简
单的图形,如用手指按顺序轻击正方形的四个角.但是人们发现,该任务虽然能有效干扰空间信息的储存,但对视觉信息干扰不是很有效.为此,Quinn等人新开发了一种叫“无关图形范式”的次任务,要求被试在进行主任务时双眼注视电脑屏幕上呈现的动态视觉模式.干扰中央执行系统的次任务一般采用随机数生成任务(randomnumbergeneration),要求被试在一定的区间内把从1到9的数字进行尽量随机的排列.以被生成数的随机程度作为分析指标.但是,由于该任务通常采用口头反应,不仅需中央执行系统完成,还必须有语音回路的参与;而且随机程度有不同的指标,并对应于不同的执行功能.所以采用随机生成任务作为次级任务时,要注意数据分析和结果解释的复杂性.
近来Hegarty等指出,通常的双任务实验逻辑是有问题的.至少有两个原因,一是反应选择的瓶颈问题;二是两种任务间的策略权衡问题.反应选择的瓶颈是指在双任务情境下,个体不可能同时对两种反应都作出选择.如随机生成任务要求被试进行快速持续的反应选择,那么这种任务对同样需要快速反应选择、但对中央执行功能依赖性比较小的主任务(如简单的知觉判断)产生严重干扰.显然这种严重干扰与双任务的实验逻辑是相违背的.策略权衡问题是指,尽管实验指定哪个是主任务、哪个是次任务,但是被试倾向于自动地将更多的资源分配到他们觉得更难的任务上.如当把随机生成任务和一个不怎么需要中央执行功能的主任务结合时,由于被试将加工重点放在更难的次任务上,主任务的操作成绩反而会受到很大的干扰;而将其和一个更复杂的非常需要执行功能的主任务结合时,由于被试将加工重点放在更难的主任务上,主任务的操作成绩所受的干扰反而较小.因此,在用双任务范式进行工作记忆研究时应该考虑到这些限制因素.由此看来,以往很多采用双任务范式得出的研究结论需要进行重新考察.
()212 工作记忆与短时记忆的区别
WM和短时记忆是两个很容易混淆的概念.国内有些文献甚至将二者完全等同起来.然而,事实上WM与短时记忆的区分是WM研究中的一个基本问题.现在比较一致的观点是,二者在功能上存在显著差异但在结构上是类似的.从功能上看,WM是指被暂时贮存的内容在之后的复杂认知活动中是必不可少的,是进行其他认知活动的前提基础,如心算中的暂时储存;短时记忆则是指所储存的信息在之后的认知加工中指望使用的记忆机能,如只要拨出去就可能忘掉的电话号码的暂时贮存,焦点侧重于信息的保持.从结构上看,些,大多数研究者认为WM系统包含短时记忆[1],也就是说M和“执行功能”构成的[1].时贮存机能的.因为,双重贮存模型指出,,还需要执行机能的参与.因此,,系统都是由短时贮存和执行机能构成的,.M和短时记忆的差异在于系统的工作方式不同,,不仅支持保持功能,而且用于支持认知活动中的动态记忆,.
从上述分析可以看出,WM比短时记忆的功能更多、含盖范围更广.WM能包含短时记忆,而短时记忆则代表不了WM.当前国内的多数心理学教材仍沿用短时记忆概念而不提工作记忆,这与当前WM在国际上压倒性的受重视程度是极其不相称的.实际上在现实生活中,很少有纯粹的短时记忆,因为绝大多数暂时储存都是为随后的加工服务的.目前短时记忆一词在国外文献中已用得越来越少,很多场合均被WM代替.因此,用WM代替短时记忆倒是用于统一这两个概念的合理选择.
213 工作记忆和长时记忆的关系
早期的WM研究明显将WM和长时记忆分开.但是20世纪90年代以来,人们认识到很多WM任务中的信息保持不单与WM的作用有关,还可能受到长时记忆的支持.如最近Bad2deley等研究发现,WM附属系统的功能与长时记忆知识有关,如一般认为由视空画板生成和保持的视觉形象的主观鲜明性受长时知识的影响[9].Saito发现在语音回路中,实际存在单词的记忆成绩明显好于非单词,呈现出“词汇效应”;
类似单词的非单词的记忆成绩比不象单词的非单词记忆效果好,呈现出“近似单词效应”.这两种效应表明长时记忆中保存的语词信息对语音回路的功能有显著影响[10].现在,与长时记忆建立关系已成为完善WM理论的重要环节.
“长时工作记忆”理论的提出对二者关系的研究起到了更大的推动作用.该理论认为,记忆能力强的人通常能保持超过WM的容量的信息,我们不能认为他们所记的信息在WM都处于激活状态,而应该得到长时记忆的支持.他们能利用熟悉领域的丰富知识和技能,把目标信息编码成随后能迅速提取的状态储存到长时记忆里,只是把极为少量的有助于提取的提示信息保持在WM里,以减少WM本身的负担.Ericsson等就把这种根据提示,必要时能迅速提取目标信息的长时记忆信息叫做“长时工作记忆”.[1]长时WM关注的焦点是如何在日常复杂的认知活动中减少记忆负担,并对信息的短时保持做出贡献.Baddeley新提出的情景缓冲区就是通过和负责信息激活及整合的中央执行功能的相互作用,把WM信息和长时记忆信息的整合成为可能的附属系统的.显然,该理论发展是受长时WM概念影响的结果.目前有关WM和长时记忆关系的研究已引起广泛关注,并取得明显的发展.但有关这方面的脑成像尚不多见,
今后需要加强.
214 制约工作记忆容量的原因
众所周知,WM的容量是有限的.那么,WM容量为什么有限?受什么因素制约呢?这是WM研究中的根本问题之一.人们从多种角度对此问题进行了探讨.Towse等认为信息在时间上的衰退可能是限制WM广度的主要因素.如被试在信息保持上所花的时间越长,容易遗忘的目标信息也越多.该观点与传统的衰退说有相似之处.Lustig等人则认为WM广度的决定因素是对来自先前试验的前摄干扰的感受性,对抗干扰能力相同的被试而言M广度成绩随影响前摄干扰量的变化而变化.Engle等则发现WM效率共同决定[1].Oberauer则认为,WM.其资源限制主要受两种因素制约:一是WM,码上相互混淆;.
上述观点在解释,但都只强调了其中的一侧面,作为说明.WM广度任务的复杂性和大量研究结果,WM容量的原因具有多样性.有关这些因素具体如何制约WM广度任务执行、相互之间有何作用、与其他认知任务的关系、以及与发展和老化的关系,仍需要进一步深入探讨.
3 小结
综上所述,近年来WM模型和基本理论问题的研究都取得了较大进展.一方面WM模型呈明显的多样化,传统的Baddeley多成分模型也得到深入发展.这种理论模型的丰富和深化使人们对WM的本质有了更全面深入的认识.另一方面,WM理论建构中面临的一些基本问题的研究日益深入,研究方法更加可靠,WM与相关概念之间的关系更加明确,对WM资源有限的实质也有了更深入的认识.这些研究为不同工作记忆模型的统一能起到推动作用.但无论在模型的完善上还是基本问题的研究上,目前存在的问题还是很突出的.如传统的模型无法解释系列信息的储存和加工问题、CE功能的过于笼统问题、情境缓冲区的验证问题、欧洲传统和北美传统的融合问题、各附属系统与长时记忆关系的问题、以及WM容量个体差异的实质问题等,都是目前工作记忆的理论研究需要迫切完成的课题.此外,WM研究中的基本理论问题还有很多,如WM机制的单一性或多样性,WM与意识的关系,WM与情绪的关系等.只有WM研究者对这些基本问题都有了基本一致的看法之后,统一的W
M理论才有可能建立.
WM基本理论的完善是一个漫长的过程,一方面需要遵循不同传统的WM研究者加强交流,找到理论的共同点,协调观点上的分歧;另一方面需要寻求研究方法上的突破,通过行为实验、结构方程建模、计算机模拟、脑损伤以及脑成像等多种途径进行理论创新.从目前的研究来看,工作记忆基本理论研究者和脑成像的研究者之间还存在一定的脱离,前者不擅长技术,而后者缺乏理论背景.因此,将二者密切结合起来可能是当前推动WM理论突破的最重要保证.Goldman-Rakic[11]把WM评价为“也许是人类心理进化中最重要的成就”.因此,从长远来看,WM不但属于记忆研究领域,而且还应该成为人类行为、情感和意识的研究中的重要领域.
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【责任编辑 黄玉萍】