大學(xué)生抑制能力訓(xùn)練對工作記憶及流體智力的影響

胡 哲，謝威士

（合肥師范學(xué)院教師教育學(xué)院心理系，安徽合肥230061）

在人的日常生活中，要順利完成某種活動往往需要將自己的需求暫時保存在記憶中并同時對其進(jìn)行操作與整合，如在購物時，要根據(jù)需求記住想買商品的價格或者質(zhì)量，并對不同商品進(jìn)行比較和選擇。Baddeley等人[1]提出在個體執(zhí)行任務(wù)過程中，對信息暫時保持和操作的能力為工作記憶(Working Memory)。工作記憶在人的認(rèn)知活動中起著不可替代的作用，包括學(xué)習(xí)、推理、問題解決和智力活動等，被看作是個體在復(fù)雜認(rèn)知行為中表現(xiàn)差異的重要的甚至是核心的因素[2-3]。

近年的研究表明，工作記憶具有可塑性，通過訓(xùn)練可以有效提高個體的工作記憶水平[4-6]。中央執(zhí)行系統(tǒng)功能的訓(xùn)練是工作記憶訓(xùn)練的核心和實質(zhì)，即包括對抑制、刷新和轉(zhuǎn)換能力的訓(xùn)練，其常用的訓(xùn)練方法分別有，Stroop任務(wù)、N-back任務(wù)、轉(zhuǎn)換任務(wù)等[7-8]。有研究通過對中央執(zhí)行系統(tǒng)的刷新能力或轉(zhuǎn)換能力進(jìn)行訓(xùn)練發(fā)現(xiàn)，與未經(jīng)過訓(xùn)練的工作記憶任務(wù)成績相比，經(jīng)過訓(xùn)練后的工作記憶任務(wù)成績有明顯提高，且個體大腦的神經(jīng)活動有明顯變化[9-10]，也有研究發(fā)現(xiàn)抑制能力與工作記憶容量關(guān)系密切[11]。工作記憶訓(xùn)練不僅可以提高工作記憶水平，而且還可以遷移至其它高級心理功能（如流體智力）[12-13]。

Cattell[14]區(qū)分了流體智力（Fluid Intelligence）和晶體智力（Crystallized Intelligence）。流體智力是獨立于所學(xué)知識而存在，是使用邏輯推斷來分析新問題、識別模式和關(guān)系的能力。研究表明，流體智力可有效預(yù)測學(xué)業(yè)水平和后天成就[15]。工作記憶和流體智力的關(guān)系一直備受爭議。過去一般認(rèn)為流體智力由生物遺傳決定，不能被后天經(jīng)驗改變[10,16]，但近年來，越來越多的研究證據(jù)表明，認(rèn)知訓(xùn)練尤其是工作記憶訓(xùn)練可以促進(jìn)流體智力的改善。研究發(fā)現(xiàn)，通過對中央執(zhí)行系統(tǒng)不同功能進(jìn)行有效訓(xùn)練，不僅使工作記憶任務(wù)成績提高，而且這種工作記憶訓(xùn)練的效應(yīng)還可以遷移至流體智力中[12,17]。但工作記憶訓(xùn)練在流體智力上的遷移效應(yīng)并沒有一致的結(jié)論，如Li等人[18]的研究并未發(fā)現(xiàn)這一效應(yīng)。因此，本研究以大學(xué)生為研究對象，通過對中央執(zhí)行系統(tǒng)抑制能力進(jìn)行訓(xùn)練，檢驗其是否可以增加言語工作記憶廣度，及其對流體智力提升的影響。

1 對象與方法

1.1 被試

實驗對象選取合肥師范學(xué)院心理系大一新生48名（另有兩名被試數(shù)據(jù)損壞，不計入），年齡在18-20周歲，全部為右利手，視覺、聽力、智力正常。所有被試在實驗之前沒有接受過任何記憶方面的訓(xùn)練和智力測驗。根據(jù)學(xué)號將被試隨機分為訓(xùn)練組和對照組，人數(shù)與性別均等。所有被試均在同一間實驗室進(jìn)行實驗，并盡量避免無關(guān)因素干擾。

1.2 實驗設(shè)計及流程

采用隨機兩等組（訓(xùn)練組，對照組）前后測實驗設(shè)計。自變量為是否參與抑制能力訓(xùn)練任務(wù)，因變量包括言語工作記憶廣度和瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗成績。實驗設(shè)計見表1。

為保證兩組被試的同質(zhì)性，在前測階段，對每個被試進(jìn)行言語工作記憶廣度任務(wù)及瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗，分別考察被試的言語工作記憶廣度和流體智力水平。

訓(xùn)練期間，被試分為訓(xùn)練組和對照組。訓(xùn)練組要完成為期4周共16天（每周4天）的工作記憶抑制能力訓(xùn)練任務(wù)，每天約40分鐘，訓(xùn)練時間依據(jù)被試的空閑時間確定。對照組完成與認(rèn)知能力無關(guān)的電腦游戲，時間與訓(xùn)練組相同。

訓(xùn)練結(jié)束后，再次通過與前測相同的任務(wù)考察被試的言語工作記憶廣度和流體智力水平，以反映訓(xùn)練前后的變化情況。

表1 實驗設(shè)計

1.3 實驗任務(wù)

言語工作記憶廣度任務(wù)

實驗任務(wù)參照Li等人[18]的研究進(jìn)行，實驗流程見圖1。向被試呈現(xiàn)一系列算式-詞語對，算式和詞語同時呈現(xiàn)在電腦屏幕，呈現(xiàn)時間為2000ms。每呈現(xiàn)一個算式-詞語對時，要求被試大聲讀出屏幕呈現(xiàn)內(nèi)容，首先判斷二十以內(nèi)的算術(shù)題的答案是否正確，然后按鍵做出判斷，并且記憶算式后出現(xiàn)的詞語。在連續(xù)呈現(xiàn)若干個算式-詞語刺激出現(xiàn)之后會出現(xiàn)問號“？？？”，此時要求被試1分鐘內(nèi)在答題紙上盡可能按順序?qū)懗鲈摻M詞語。實驗過程中的算式一半為正確，一半為錯誤，按鍵順序在被試間平衡。數(shù)學(xué)運算正確率達(dá)到80%時認(rèn)定為有效成績。

實驗所用詞語摘自北京語言大學(xué)出版社的《現(xiàn)代漢語頻率詞典》[19]，共120個，均為中等詞頻，隨機將詞語分為兩組，用于訓(xùn)練前及訓(xùn)練后兩個測驗，每個測驗中的算式-詞語對按個數(shù)呈現(xiàn)順序為2，2，2，3，3，3，4，4，4，5，5，5，6，6，6。被試每回憶對1個詞語記1分，總分為60分。

圖1 言語工作記憶任務(wù)流程

瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗

使用瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗（Raven’s Standard Progressive Matrices，SPM）測量被試的流體智力[20]。題干是由線條、不規(guī)則圖形等組成的圖片，圖片的某部分會出現(xiàn)空缺，需要被試從圖片下方的6張或8張小圖片中選擇一個合適的填充到題干圖片中，將題干圖片補充完整。被試按鍵判斷，判斷不做時間要求。共60題，每答對1題記1分，總分為60分。根據(jù)題目編號的奇偶，均等分為前后兩個測驗，各30題。測驗范例見圖2。

圖2 瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗范例

訓(xùn)練任務(wù)

根據(jù)相關(guān)研究[2,7]，使用E-prime編制標(biāo)準(zhǔn)的訓(xùn)練任務(wù)，包括色詞stroop任務(wù)、數(shù)值大小任務(wù)及Go/No-Go任務(wù)，每次訓(xùn)練均要完成這3項任務(wù)。

色詞Stroop任務(wù) 向被試呈現(xiàn)用不同顏色書寫的表示顏色的漢字，如用紅色書寫的“綠”，要求被試完成念字和唱色兩組任務(wù)，被試按鍵之后進(jìn)入下一試次。

數(shù)值大小任務(wù) 向被試呈現(xiàn)大小不同的兩個數(shù)字，包括三種情況，數(shù)值大小與數(shù)字形狀大小一致，如“93”；數(shù)值大小與數(shù)字形狀大小不一致，如“39”；以及數(shù)值與大小無關(guān)的中性條件，如“39”；要求被試判斷兩個數(shù)的數(shù)值大小，被試按鍵之后進(jìn)入下一試次。

Go/No-Go任務(wù) 向被試逐一呈現(xiàn)英文字母，包括輔音和元音兩類，要求被試看到輔音字母按鍵，看到元音字母則不按鍵，被試按鍵之后進(jìn)入下一試次。

1.4 數(shù)據(jù)記錄與分析

使用Presentation及E-prime軟件呈現(xiàn)刺激，并記錄行為數(shù)據(jù)。Presention編制言語工作記憶廣度任務(wù)和瑞文智力測驗的實驗程序，E-Prime編制色詞Stroop任務(wù)、數(shù)值大小任務(wù)及Go/NoGo任務(wù)的實驗程序。采用SPSS22.0對行為數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。

2 結(jié)果

根據(jù)每一名被試的言語工作記憶廣度和瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測試的成績，計算得到相應(yīng)兩種任務(wù)的正確率結(jié)果，并用后測成績減去前測成績，分別求出訓(xùn)練組和對照組的增值分?jǐn)?shù)。表2、表3分別列出了訓(xùn)練前后訓(xùn)練組和對照組在言語工作記憶任務(wù)和瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗的平均成績以及增值分?jǐn)?shù),并繪制柱狀圖（見圖3）。主要運用獨立樣本t檢驗對各項成績進(jìn)行統(tǒng)計分析以檢測工作記憶抑制能力訓(xùn)練對言語工作記憶及流體智力的影響。

圖3 言語工作記憶與瑞文智力測驗的結(jié)果對比圖

2.1 言語工作記憶任務(wù)的結(jié)果

首先，對訓(xùn)練組和對照組的前測成績進(jìn)行比較分析。結(jié)果顯示，二者成績沒有顯著差異，t(46)=0.1，p>0.05。表明被試的語言工作記憶水平在訓(xùn)練前是一致的。

然后，對訓(xùn)練組和對照組的增值分?jǐn)?shù)進(jìn)行顯著性檢驗,結(jié)果顯示，訓(xùn)練組言語工作記憶成績的增值分?jǐn)?shù)顯著高于對照組言語工作記憶成績的增值分?jǐn)?shù)，t(46)=2.64，p＜0.05。表明訓(xùn)練任務(wù)顯著的提高了訓(xùn)練組被試的記憶成績。

表2 言語工作記憶廣度及增值分?jǐn)?shù)（M±SD）

2.2 瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗的結(jié)果

首先，對訓(xùn)練組和對照組的前測成績進(jìn)行比較分析。結(jié)果顯示，二者成績沒有顯著差異，t(46)=0.63，p>0.05。表明被試的流體智力水平在訓(xùn)練前是一致的。

然后，對訓(xùn)練組和對照組的增值分?jǐn)?shù)進(jìn)行顯著性檢驗,結(jié)果顯示，訓(xùn)練組瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗成績的增值分?jǐn)?shù)顯著高于對照組瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗成績的增值分?jǐn)?shù)，t(46)=2.11，p＜0.05。表明與對照組相比，訓(xùn)練任務(wù)顯著的提高了訓(xùn)練組被試的流體智力水平。

表3 瑞文標(biāo)準(zhǔn)推理測驗的成績及增值分?jǐn)?shù)（M±SD）

3 討論

本研究采用隨機兩等組前后測實驗設(shè)計對大學(xué)生的工作記憶中央執(zhí)行系統(tǒng)的抑制能力進(jìn)行訓(xùn)練，研究結(jié)果顯示，經(jīng)過4周16次的訓(xùn)練，被試的言語工作記憶廣度得到顯著提高，流體智力也表現(xiàn)出一定程度的提升。在認(rèn)知活動中大腦將注意分配到相關(guān)信息和加工過程上，并保持對無關(guān)信息的抑制是中央執(zhí)行系統(tǒng)抑制能力的本質(zhì)[3]。當(dāng)抑制能力訓(xùn)練過程中，被試逐漸將更多認(rèn)知資源分配到與當(dāng)前任務(wù)目標(biāo)相關(guān)的信息上，避免將注意浪費在無用信息或已自動化的加工上，并在大腦中建立自上而下的抑制控制模式，從而獲得反應(yīng)優(yōu)勢，提高任務(wù)成績。在本研究中的言語工作記憶任務(wù)中可以發(fā)現(xiàn)，成績在訓(xùn)練前后有明顯差異，而未訓(xùn)練組的成績沒有變化，表明訓(xùn)練成效顯著，也驗證了工作記憶可塑性的觀點。Brewin和Smart[21]要求被試完成不同難度的思維抑制任務(wù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)任務(wù)完成效果越好，所測量的的工作記憶容量就越高。表明抑制能力與工作記憶容量關(guān)系密切。也有研究從反面證明了這一點，Grant等人[22]以負(fù)啟動效應(yīng)測量抑制能力，比較老年人和年輕人在工作記憶廣度與負(fù)啟動效應(yīng)關(guān)系上的區(qū)別，結(jié)果發(fā)現(xiàn)年齡越大抑制能力越弱，并導(dǎo)致工作記憶容量衰減。

言語工作記憶可以對語音編碼的信息進(jìn)行短時儲存和加工，它由語音存儲和發(fā)音復(fù)述兩個裝置構(gòu)成，語音存儲加工聽覺語音信息，發(fā)音復(fù)述可將視覺語音信息轉(zhuǎn)換成聽覺語音信息，還可加強將要消退的記憶痕跡，故發(fā)音復(fù)述裝置在言語工作記憶中起著無可替代的作用[1]。而在抑制能力訓(xùn)練過程中，尤其是在Stroop任務(wù)中，被試在完成任務(wù)時會通過默讀來加強色詞信息的記憶痕跡，可能是這些訓(xùn)練任務(wù)使得被試的發(fā)音復(fù)述能力得到強化，進(jìn)而在后測的運算-詞語廣度任務(wù)中表現(xiàn)出來。

盡管工作記憶與智力關(guān)系密切是心理學(xué)家的共識，但通過工作記憶訓(xùn)練是否能提升流體智力卻沒有一致的結(jié)論。本研究發(fā)現(xiàn)與對照組相比，訓(xùn)練組的瑞文推理測驗分?jǐn)?shù)有更明顯的提高。這可能是由于認(rèn)知資源分配方案在訓(xùn)練過程中的優(yōu)化，及大腦自上而下的抑制控制模式的建立。如趙鑫等人[9]通過20天的工作記憶訓(xùn)練發(fā)現(xiàn)9-11歲兒童的流體智力得到顯著提高。彭君等人[12]也通過抑制能力訓(xùn)練使訓(xùn)練后被試的流體智力成績明顯優(yōu)于對照組。但另一種觀點認(rèn)為短期訓(xùn)練對心理機能的提高只是一種暫時性的啟動或狀態(tài)性調(diào)整，即訓(xùn)練只是將被試的某項機能調(diào)整到了最佳狀態(tài)[12]。而本研究中，即使訓(xùn)練組和對照組的增值分?jǐn)?shù)差異顯著，但分?jǐn)?shù)都非常小，很難證明訓(xùn)練使得相應(yīng)的心理機能或大腦功能發(fā)生了質(zhì)的變化。結(jié)合本實驗，出現(xiàn)這一結(jié)果的原因既可能是被試量較少及訓(xùn)練時間較短引起的一定誤差，加上訓(xùn)練提高了被試的執(zhí)行速度和效能，同時訓(xùn)練成績能較為靈敏的反映被試訓(xùn)練水平的改變，于是引起兩組成績差異顯著。

綜上所述，本研究通過多種任務(wù)對中央執(zhí)行系統(tǒng)的抑制能力進(jìn)行短期訓(xùn)練，不僅表明抑制能力可以獨立發(fā)揮作用，證明了工作記憶可塑性觀點，表明這種訓(xùn)練可以有效提升工作記憶水平，并能在一定程度上對流體智力表現(xiàn)有積極作用。當(dāng)然，作為初步的實驗研究，訓(xùn)練所產(chǎn)生的效應(yīng)是否可以長期保持以及是否可以在大腦層面觀察到穩(wěn)定可持續(xù)的變化，還有待后續(xù)的研究進(jìn)一步驗證。

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