工作記憶的研究綜述

管芳

[摘要]刷新功能是執(zhí)行功能的重要組成部分，刷新功能與工作記憶任務(wù)密切相關(guān)，工作記憶以及刷新功能一直受到研究者的關(guān)注，本文從工作記憶的概念、模型提出與發(fā)展、研究范式以及腦機(jī)制等方面對(duì)工作記憶及刷新功能進(jìn)行全面綜述。

[關(guān)鍵詞]工作記憶 執(zhí)行功能 刷新功能

[中圖分類(lèi)號(hào)]G44 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1009-5349（2016）12-0134-02

一、工作記憶和執(zhí)行功能的含義

在認(rèn)知心理學(xué)中，1974年Bdadelye和Hithc等人對(duì)工作記憶進(jìn)行了明確的界定，他們認(rèn)為工作記憶是一種能量有限的系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行暫時(shí)性儲(chǔ)存、加工，并且工作記憶為言語(yǔ)理解、學(xué)習(xí)和推理等提供臨時(shí)的儲(chǔ)存空間和加工時(shí)所必需的信息。[1]研究表明，工作記憶與執(zhí)行功能、抑制和液態(tài)智力等高級(jí)認(rèn)知能力關(guān)系密切。執(zhí)行功能是目前心理學(xué)家所關(guān)注的焦點(diǎn)，是工作記憶相關(guān)研究中最重要的部分，同時(shí)也是研究相對(duì)滯后的一部分。然而執(zhí)行功能的含義其實(shí)相當(dāng)廣泛，至今還沒(méi)有一個(gè)明確的定義，從整體上講，它指有機(jī)體對(duì)思想和行動(dòng)進(jìn)行有意識(shí)控制的心理過(guò)程，對(duì)認(rèn)知過(guò)程有非常防范的影響，同時(shí)又具有非領(lǐng)域特異性的特點(diǎn)。目前研究較多的執(zhí)行功能有：記憶更新、注意轉(zhuǎn)換、雙任務(wù)協(xié)調(diào)和抑制優(yōu)勢(shì)反應(yīng)。[2，3]其中，工作記憶刷新與工作記憶任務(wù)關(guān)系最為密切，并且它與工作記憶廣度任務(wù)相關(guān)顯著。

二、工作記憶模型的提出與發(fā)展

Baddelye在模擬短時(shí)記憶的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出了工作記憶模型，認(rèn)為工作記憶該模型包括中央執(zhí)行系統(tǒng)、語(yǔ)音回路和視覺(jué)空間摸板[4]，如圖1所示。工作記憶可能存在多個(gè)系統(tǒng)，分別用于加工處理不同種類(lèi)的信息。目前發(fā)現(xiàn)至少存在兩種類(lèi)型的工作記憶系統(tǒng)，即負(fù)責(zé)處理語(yǔ)言信息的言語(yǔ)工作記憶和負(fù)責(zé)處理空間信息空間工作記憶。言語(yǔ)工作記憶對(duì)應(yīng)于Baddeley提出的工作記憶中的語(yǔ)音環(huán)路，可以看成是言語(yǔ)信息的緩存區(qū)，而空間工作記憶則對(duì)應(yīng)于視空模板中負(fù)責(zé)緩存空間信息的緩存區(qū)。根據(jù)Sternberg的觀點(diǎn)，工作記憶最主要的成分是中央執(zhí)行系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)工作記憶中的注意機(jī)制，調(diào)節(jié)有限的注意資源來(lái)完成心理任務(wù)；視覺(jué)空間模板關(guān)注視覺(jué)和空間材料，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)存貯；語(yǔ)音環(huán)路是關(guān)注言語(yǔ)和聽(tīng)覺(jué)材料，并對(duì)其進(jìn)行存貯。1986年，Logie使用雙分離任務(wù)證實(shí)了視覺(jué)和言語(yǔ)材料具有獨(dú)立的緩沖器，即證明了視覺(jué)空間模板的客觀存在。

Baddeley在2000年增加了工作記憶的第四個(gè)成分---情景緩沖器，對(duì)其三成分模型進(jìn)行了修訂，即將三成分工作記憶模型發(fā)展為四成分工作記憶模型。Baddeley認(rèn)為，來(lái)自工作記憶、長(zhǎng)時(shí)記憶中的信息在情景緩沖器中進(jìn)行暫時(shí)的儲(chǔ)存，即情景緩沖器是一個(gè)暫時(shí)性的儲(chǔ)存系統(tǒng)。[5]并且他將該四成分模型分為三層，最高層為中央執(zhí)行系統(tǒng)，是最高級(jí)的控制過(guò)程；其次是信息臨時(shí)加工系統(tǒng)，包括視空模板、情節(jié)緩沖、語(yǔ)音環(huán)路三個(gè)子系統(tǒng)；最后一層為長(zhǎng)時(shí)記憶系統(tǒng)，包括視覺(jué)語(yǔ)義、情節(jié)長(zhǎng)時(shí)記憶和語(yǔ)言。該四成分模型注重各個(gè)輔助子系統(tǒng)信息整合的過(guò)程，以及長(zhǎng)時(shí)記憶和工作記憶之間的聯(lián)系。如圖2。

三、研究工作記憶刷新功能常用的實(shí)驗(yàn)范式

記憶刷新指的是根據(jù)任務(wù)的需要使工作記憶的內(nèi)容不斷刷新，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)操作，從而使新進(jìn)入工作記憶的信息與當(dāng)前進(jìn)行的任務(wù)相關(guān)。記憶刷新功能一般用動(dòng)態(tài)記憶任務(wù)或n-back范式來(lái)研究。[6]動(dòng)態(tài)記憶任務(wù)是Mirris和ohns設(shè)計(jì)的一種需要工作記憶儲(chǔ)備不斷刷新的任務(wù)，先在計(jì)算機(jī)屏幕中央以一秒一個(gè)的速度呈現(xiàn)一串輔音，要求被試記住該串輔音的最后幾個(gè) （如3個(gè)），需要實(shí)時(shí)更新記憶集，直到呈現(xiàn)完畢，由于被試不知道該串音節(jié)何時(shí)呈現(xiàn)完畢，輔音串的長(zhǎng)度與更新的難度成正比，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，難度越大。[7]

Kirchner在1958年提出n-hack范式，該范式最早用于記憶年齡差異的研究，然而目前主要用于研究工作記憶的能力。這個(gè)任務(wù)可以操縱與工作記憶有關(guān)的相關(guān)因素，比如負(fù)荷。該任務(wù)的大多數(shù)經(jīng)典變式要求被試監(jiān)控一個(gè)呈現(xiàn)在中央的刺激系列（比如字母），當(dāng)前呈現(xiàn)的刺激與前面呈現(xiàn)過(guò)的刺激一樣時(shí)做出反應(yīng)，這邊的n是規(guī)定的前面間隔（通常是1、2、或3），就是說(shuō)該任務(wù)要求被試將當(dāng)前出現(xiàn)的刺激與前面第n個(gè)刺激進(jìn)行有關(guān)比較，如比較是否為同一個(gè)字母或者刺激是否出現(xiàn)在同一個(gè)位置，通過(guò)控制當(dāng)前刺激與目標(biāo)刺激間隔的個(gè)數(shù)，來(lái)達(dá)到操縱工作記憶負(fù)荷高低的目的[8]，隨著n的增加，存儲(chǔ)的容量也逐漸增大，對(duì)工作記憶任務(wù)的要求也越高，被試者的行為表現(xiàn)也就越差。該任務(wù)范式要求被試同時(shí)進(jìn)行幾種保持和控制有關(guān)的運(yùn)算，因而要求將最大的需求放到工作記憶中最關(guān)鍵的過(guò)程中，從而考察工作記憶的加工機(jī)制。目前，大部分研究者采用n-back范式以及其各種各樣的變式來(lái)考察工作記憶的腦神經(jīng)機(jī)制，根據(jù)編碼方式的不同，工作記憶可以分為言語(yǔ)和空間工作記憶兩種不同的記憶類(lèi)型[9]，所以n-back范式就相應(yīng)的有言語(yǔ)n-back和空間n-back范式兩種類(lèi)型。

四、工作記憶的腦基礎(chǔ)

20世紀(jì)七八十年代初認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究技術(shù)的迅速發(fā)展，涌現(xiàn)出正電子斷層發(fā)射掃描（PET）、功能性磁共振成像（fMRI）、事件相關(guān)電位（ERP）等技術(shù)[10]，但近些年來(lái)，越來(lái)越多的研究者運(yùn)用事件相關(guān)電位（ERP）技術(shù)來(lái)研究工作記憶的神經(jīng)機(jī)制。[11]ERP技術(shù)作為一種非損傷性、高時(shí)間分辨率、費(fèi)用相對(duì)低、適用年齡范圍廣的電生理技術(shù)，可以幫助我們進(jìn)一步精細(xì)的了解工作記憶各個(gè)加工過(guò)程所涉及的神經(jīng)活動(dòng)。P300是事件相關(guān)電位中潛伏期在300ms左右的晚期正向波，由Sutton于1965年發(fā)現(xiàn)，研究表明P300是與注意、決策、辨認(rèn)、記憶等認(rèn)知功能有關(guān)的ERP成分。根據(jù)Donchin的背景更新理論模型（Context update hypothesis），頂葉的P300與信息刷新功能密切相關(guān)，他認(rèn)為P300的波幅反應(yīng)的是工作記憶中表征的更新，而潛伏期反映的是對(duì)刺激物的評(píng)價(jià)或分類(lèi)所需要的時(shí)間。[12， 13]ERP心理資源的研究中發(fā)現(xiàn)，P300是隨記憶負(fù)荷改變而改變的主要成分，任務(wù)越難，波幅下降[14， 15]，此外，刺激間隔（ISI）也會(huì)影響P300的波幅，ISI越大，P300波幅越大，但潛伏期無(wú)明顯變化，另有研究發(fā)現(xiàn)，P300的潛伏期還與認(rèn)知加工的精細(xì)程度有關(guān)，Gevins在操縱n-back任務(wù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，工作記憶任務(wù)越難、負(fù)荷越大，P300的波幅越小，且波幅與被試的韋氏智力測(cè)驗(yàn)成績(jī)呈正相關(guān)。此外也有研究發(fā)現(xiàn)P300的潛伏期與認(rèn)知能力呈負(fù)相關(guān)，而P300的波幅與認(rèn)知能力呈正相關(guān)。還有一些記憶的研究發(fā)現(xiàn)，只有在被試對(duì)死記硬背的言語(yǔ)進(jìn)行表征時(shí)，P300被誘導(dǎo)出來(lái)，而當(dāng)被試采取記憶策略后對(duì)言語(yǔ)進(jìn)行表征時(shí)，則不能觀察到此成分。死記硬背的方式意味著對(duì)項(xiàng)目最初屬性在工作記憶里反復(fù)刷新，因此與此相關(guān)的P300被誘發(fā)。P300的潛伏期反映了認(rèn)知加工的速度，波幅反應(yīng)了心理資源的投入量，與所投入的心理資源量成正相關(guān)。可見(jiàn)，有關(guān)P300的潛伏期、波幅與工作記憶的關(guān)系盡管得存在很大分歧，對(duì)于P300的功能也沒(méi)有統(tǒng)一的定論，但是，我們普遍認(rèn)為P300與個(gè)體在記憶方面的差異、注意加工和信息的加工有關(guān)。[13]P300的潛伏期與對(duì)刺激的評(píng)估有關(guān)。P300的潛伏期延長(zhǎng)表明需要更多的時(shí)間對(duì)刺激做出評(píng)估，自從在不同認(rèn)知功能受損的病人身上發(fā)現(xiàn)了潛伏期的延長(zhǎng)現(xiàn)象，心理學(xué)界就把開(kāi)始它作為檢測(cè)認(rèn)知損傷的依據(jù)。因此，在FZ電極點(diǎn)發(fā)現(xiàn)P300潛伏期的延長(zhǎng)是前額葉損傷的依據(jù)，前額葉的損傷則會(huì)影響大腦的認(rèn)知功能。

目前較多的神經(jīng)影像（fMRI）的相關(guān)研究表明，工作記憶的相關(guān)腦區(qū)主要集中在額葉部分，并且根據(jù)工作記憶的類(lèi)型不同，其腦區(qū)也與不同的腦區(qū)相聯(lián)系，Jonides、Smiht、Esposito等人采用PTE、fMRI對(duì)工作記憶進(jìn)行一系列的研究：言語(yǔ)工作記憶主要由大腦的左半球參與，后頂葉主要參與信息貯存；空間工作記憶主要由大腦右半球執(zhí)行。大量神經(jīng)生理、損傷和腦成像的證據(jù)表明前額葉對(duì)工作記憶起著關(guān)鍵作用。

五、結(jié)語(yǔ)

本文從工作記憶的概念，模型的提出與發(fā)展，工作記憶刷新功能的研究范式以及工作記憶的腦機(jī)制等方面來(lái)進(jìn)行綜述，其中n-back范式是研究工作記憶刷新功能的最常用的范式。未來(lái)研究中，將采用言語(yǔ)和空間n-back任務(wù)對(duì)居住在高海拔地區(qū)的常住居民進(jìn)行探討，以探討高海拔環(huán)境對(duì)常住居民工作記憶刷新功能的影響。

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責(zé)任編輯：彭海多