提升大腦潛力：工作記憶訓(xùn)練能夠提高智力嗎？

王思思　薛貴

智力是人們認(rèn)識(shí)和理解客觀事物，并運(yùn)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)等解決問題的能力，它包括觀察力、記憶力、想象力、分析判斷能力、思維能力、應(yīng)變能力等。智力滲透在我們工作、學(xué)習(xí)和生活的方方面面，小到買菜算賬，大到制造高鐵火箭。智力幫助我們解決紛繁復(fù)雜的問題，并不斷適應(yīng)環(huán)境的變化。人的智力有高有低，智力的高低在很大程度上決定了一個(gè)人的學(xué)業(yè)和工作成績的高低，但人的智力并非一成不變的，因此，探尋提高智力的方法成為人類一直以來的不懈追求。

雖然智力在很大程度上依賴于遺傳，但是已經(jīng)被證實(shí)可以通過后天的教育和訓(xùn)練獲得有效的提升。為了幫助我們提高智力，增強(qiáng)大腦的潛力，科學(xué)家們嘗試了各種各樣的方法，比如通過訓(xùn)練記憶力、想象力和注意力等提升智力。在這些提高智力的方法當(dāng)中，最受科學(xué)家關(guān)注、也是最具有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒ㄖ痪褪枪ぷ饔洃浻?xùn)練。那么為什么要通過工作記憶訓(xùn)練提高智力？工作記憶訓(xùn)練對(duì)于智力的提升效果如何？

工作記憶和智力的關(guān)系

工作記憶是大腦暫時(shí)性地儲(chǔ)存和加工外界信息的一個(gè)在線平臺(tái)，是溝通大腦和外部世界的中樞。設(shè)想一下，假如你想深入了解“工作記憶”和“智力”這兩個(gè)概念，于是你打開了電腦。當(dāng)一分鐘后電腦開機(jī)了，你的腦海沒有一片空白，也沒有被電腦和網(wǎng)頁上的其他內(nèi)容所吸引，而是清晰地知道你想要做什么（上網(wǎng)查資料），也還記得要查詢的內(nèi)容（“工作記憶”和“智力”），這一過程所依賴的正是工作記憶。工作記憶能夠?qū)⑽覀兇竽X所需要的信息維持在在線激活狀態(tài)，以應(yīng)對(duì)各種各樣的認(rèn)知任務(wù)。因此，許多重要的認(rèn)知行為，如閱讀、推理和問題解決等都依賴于工作記憶的參與。

雖然工作記憶在大腦加工外界信息的過程中發(fā)揮著極其重要的作用，它的存儲(chǔ)容量卻非常有限，我們只能在短時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)3～4個(gè)物體。不同個(gè)體的工作記憶存儲(chǔ)能力也存在較大的差異，有的人可以在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)記住5～6個(gè)物體，而有的人則只能記住大約2～3個(gè)物體，而且個(gè)體的工作記憶存儲(chǔ)容量在很大程度上決定了不同個(gè)體的認(rèn)知功能水平差異。

那么，工作記憶和智力又存在怎樣的聯(lián)系呢？智力包括晶體智力和流體智力，晶體智力是通過知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)獲得的技能，而流體智力是我們解決問題、模式匹配和推理的能力。工作記憶與智力尤其是流體智力有著十分緊密的聯(lián)系：一個(gè)人工作記憶中所能存儲(chǔ)的信息的最大數(shù)量與他的流體智力的相關(guān)高達(dá)70%以上，除此之外，參與工作記憶和流體智力功能的腦區(qū)存在很大程度的重合，均主要涉及前額葉和頂葉腦區(qū)。同流體智力一樣，個(gè)體在工作記憶存儲(chǔ)能力上的差異很大程度上影響了一個(gè)人的學(xué)業(yè)水平甚至是工作能力，有研究發(fā)現(xiàn)其預(yù)測能力可能超過智力測驗(yàn)。既然工作記憶與流體智力存在如此緊密的聯(lián)系，那么我們是否能夠通過工作記憶任務(wù)的訓(xùn)練提升工作記憶的存儲(chǔ)數(shù)量，進(jìn)而提升智力水平呢？

工作記憶訓(xùn)練提升智力的證據(jù)

通過工作記憶訓(xùn)練提升智力的探索最初應(yīng)用在患有多動(dòng)癥（ADHD）的兒童中。瑞典科學(xué)家托克爾·克林伯格（Torkel Klingberg）的研究團(tuán)隊(duì)首先在他們的研究中探究了工作記憶訓(xùn)練是否能夠增強(qiáng)多動(dòng)癥兒童的工作記憶存儲(chǔ)能力，進(jìn)而幫助他們提升其他方面的認(rèn)知功能。在這項(xiàng)研究中，他們將被診斷患有多動(dòng)癥的兒童分為兩組：訓(xùn)練組和控制組。訓(xùn)練組的兒童每天接受25分鐘左右的工作記憶任務(wù)訓(xùn)練，訓(xùn)練任務(wù)難度隨著他們自身表現(xiàn)的變化而變化，以保證訓(xùn)練任務(wù)始終保持在較難的水平。而控制組的兒童每天接受大約8分鐘同樣工作記憶任務(wù)的訓(xùn)練，但是訓(xùn)練任務(wù)難度始終保持在較簡單的水平。兩組兒童都接受了為期24天的訓(xùn)練。令人震驚的是，這項(xiàng)研究結(jié)果顯示，在為期24天的訓(xùn)練結(jié)束之后，與控制組相比，訓(xùn)練組兒童不僅在工作記憶能力上獲得了顯著的增強(qiáng)，在智力測量分?jǐn)?shù)上也獲得了顯著的增長。隨后，該研究團(tuán)隊(duì)又進(jìn)一步通過神經(jīng)成像的方法發(fā)現(xiàn)，健康的成年人在接受五周的工作記憶任務(wù)訓(xùn)練之后，他們的工作記憶能力也顯著增強(qiáng)，并且參與工作記憶和智力的大腦區(qū)域的活動(dòng)也發(fā)生了變化：他們前額葉腦區(qū)和頂葉腦區(qū)的活動(dòng)在訓(xùn)練之后顯著增強(qiáng)。

這些研究結(jié)果表明，只需要通過一個(gè)月左右的工作記憶訓(xùn)練就能夠顯著提升智力，這一激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)使得這一團(tuán)隊(duì)的研究成果產(chǎn)生了巨大的影響，越來越多的研究者開始關(guān)注通過工作記憶訓(xùn)練提升智力，同時(shí)也催生了一些通過電腦游戲訓(xùn)練提升智力的商業(yè)軟件。

另一項(xiàng)“里程碑”式研究來自美國和瑞士的合作研究團(tuán)隊(duì)。在2008年，美國加利福尼亞大學(xué)爾灣分校教育學(xué)教授蘇珊·雅格（Susanne Jaeggi）和她的合作者們通過訓(xùn)練被試每天完成一項(xiàng)視覺和聽覺結(jié)合的N-back工作記憶任務(wù)，在訓(xùn)練12天之后，被試在瑞文智力測驗(yàn)上的分?jǐn)?shù)得到了提高。這項(xiàng)研究使用的視覺和聽覺結(jié)合的N-back訓(xùn)練任務(wù)，如圖1A所示，這項(xiàng)任務(wù)會(huì)序列呈現(xiàn)一些方塊在屏幕的不同位置，在呈現(xiàn)方塊的同時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)不同字母的讀音，被試需要同時(shí)記憶看到的方塊位置，以及聽到的字母，并將當(dāng)前看到的方塊和聽到的字母與前面第N個(gè)方塊和字母比較，如果相同則需要按鍵反應(yīng)。N會(huì)隨著被試的記憶表現(xiàn)變好或變差而增大或減小，N越大，被試所需要保持在工作記憶中的信息數(shù)量越大，因此任務(wù)難度也更高。訓(xùn)練組的被試每天接受25分鐘左右的視覺和聽覺結(jié)合的N-back任務(wù)的訓(xùn)練，不同的訓(xùn)練組接受不同時(shí)長的訓(xùn)練（分別接受8天，12天，17天，或19天的訓(xùn)練），而控制組不接受任何訓(xùn)練。他們發(fā)現(xiàn)，在接受工作記憶訓(xùn)練之后，訓(xùn)練組（訓(xùn)練8天的除外）相對(duì)于未接受訓(xùn)練的控制組的流體智力分?jǐn)?shù)獲得了顯著的提升。更有意思的是，訓(xùn)練組被試接受訓(xùn)練時(shí)間越長，他們的智力分?jǐn)?shù)增加也越多（圖1B）。

這一研究成果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）之后，受到了學(xué)術(shù)界及公眾廣泛的關(guān)注。這項(xiàng)研究結(jié)果表明，對(duì)我們生活方方面面至關(guān)重要的智力并非是不可改變的，它能夠通過短時(shí)間內(nèi)的工作記憶訓(xùn)練獲得有效的提升，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)無論對(duì)于學(xué)術(shù)界還是普通群眾都意義非凡。

爭議使我們更加理性地判斷工作記憶訓(xùn)練的效果

在蘇姍·雅格等人引爆工作記憶訓(xùn)練提升智力的研究熱潮后，學(xué)術(shù)界批評(píng)和質(zhì)疑的聲音也一直不斷。比如：一些研究者詳細(xì)列舉出該研究存在的八大不足，包括工作記憶測量單一，智力測量單一，缺乏同樣接受訓(xùn)練的控制組，樣本量小不具有代表性，沒有對(duì)提升效果的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行測量等。這些批評(píng)的聲音使得隨后的研究者在研究這一問題時(shí)采用了更加科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以保障對(duì)工作記憶訓(xùn)練對(duì)智力的提升效果進(jìn)行更加科學(xué)的研究。研究者們開始采用多項(xiàng)工作記憶訓(xùn)練任務(wù)，多元的智力測量方法，同時(shí)他們也更加科學(xué)地引入了同樣需要接受訓(xùn)練的控制組，并且對(duì)工作記憶訓(xùn)練對(duì)不同群體（如兒童、老年人等）的智力提升效果進(jìn)行了研究。與此同時(shí)，越來越多的科學(xué)家也嘗試通過神經(jīng)影像的研究方法揭示工作記憶訓(xùn)練對(duì)智力提升效果背后的神經(jīng)機(jī)制。

同時(shí)，研究者對(duì)已有的工作記憶訓(xùn)練效果進(jìn)行了綜合分析。一些結(jié)果表明，工作記憶訓(xùn)練能夠提升智力，并主張工作記憶與智力具有很多共同的成分，并且具有相似的神經(jīng)基礎(chǔ)，因此工作記憶訓(xùn)練能夠通過增強(qiáng)這些共同的功能和通路，進(jìn)而提升智力。而另一些綜述結(jié)果則表明，工作記憶訓(xùn)練并不能有效提升智力。他們發(fā)現(xiàn)在嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之后，如前面提到的采用多項(xiàng)工作記憶訓(xùn)練任務(wù)，多元的智力測量方法，以及引入同樣接受訓(xùn)練的控制組，工作記憶訓(xùn)練的效果并不能有效遷移到智力提升上。

雖然關(guān)于工作記憶訓(xùn)練是否能夠有效提升智力目前仍沒有定論，但是這些爭議使得我們能夠更加理性地判斷工作記憶訓(xùn)練的效果，并且更加清晰地認(rèn)識(shí)到當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室研究存在的諸多不足。這些不足包括：訓(xùn)練時(shí)間短，很多訓(xùn)練都在10多個(gè)小時(shí)，這么短的時(shí)間即使存在效果，也是比較微弱的;訓(xùn)練任務(wù)單一，與學(xué)習(xí)和生活的任務(wù)關(guān)聯(lián)不大，導(dǎo)致遷移效果不明顯;智力測驗(yàn)任務(wù)本身也是片面的指標(biāo)，難以全面衡量個(gè)體的智力水平，以及實(shí)際學(xué)習(xí)生活表現(xiàn)。

如何通過科學(xué)合理的工作記憶訓(xùn)練有效提升智力

智力的提升是一個(gè)需要長期堅(jiān)持、日積月累的變化過程。正所謂“不積跬步無以至千里，不積小流無以成江?！?，短期的工作記憶訓(xùn)練（比如一個(gè)月左右）即使能夠幫助我們提升智力，這種提升效果持續(xù)的時(shí)間也非常短暫（幾天到幾個(gè)月）。我們的大腦具有很高的可塑性，也就是說，大腦的潛力是可以終生開發(fā)的，而持之以恒地進(jìn)行工作記憶訓(xùn)練能夠不斷地促進(jìn)參與工作記憶功能的大腦神經(jīng)元的激活，建立起穩(wěn)固的神經(jīng)元通路，進(jìn)而有效增強(qiáng)工作記憶相關(guān)腦區(qū)的功能，提升工作記憶能力和智力。

工作記憶的訓(xùn)練要符合人腦發(fā)展的規(guī)律，把握訓(xùn)練的時(shí)機(jī)和對(duì)象。相對(duì)而言，兒童青少年是人腦，特別是前額葉快速發(fā)展的時(shí)期，也是開展工作記憶訓(xùn)練的黃金時(shí)間。一些研究表明，這個(gè)階段的訓(xùn)練會(huì)帶來更加明顯的效果。另外，到了老年階段，流體智力逐漸開始衰退，此時(shí)的工作記憶和智力訓(xùn)練對(duì)于延緩認(rèn)知衰退具有重要作用。一項(xiàng)由英國劍橋大學(xué)和英國廣播公司（BBC）聯(lián)合開展的實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)老年人持續(xù)半年左右的認(rèn)知訓(xùn)練可以有效改善他們的認(rèn)知能力，并遷移到日常生活中。另外，對(duì)于一些特殊群體，比如多動(dòng)癥、精神分裂癥、抑郁癥等患者，工作記憶訓(xùn)練也表現(xiàn)出一定的效果。

未來需要加強(qiáng)工作記憶訓(xùn)練的生態(tài)性和可遷移性。關(guān)于工作記憶訓(xùn)練提升智力有效性的另一個(gè)重要問題是，在實(shí)驗(yàn)室完成的工作記憶訓(xùn)練，其效果是否能夠遷移到我們?cè)谌粘Ｉ钪械墓ぷ饔洃浐椭橇顒?dòng)中呢？畢竟，我們?cè)谌粘Ｉ钪杏龅降男畔⒖杀刃》綁K和字母復(fù)雜多了。針對(duì)這一實(shí)驗(yàn)室工作記憶訓(xùn)練的局限性，未來的研究者和開發(fā)者可以設(shè)計(jì)更加貼近現(xiàn)實(shí)生活的工作記憶訓(xùn)練任務(wù)，將記憶的信息更加生活化和復(fù)雜化，如記憶汽車或是路牌，記憶人臉和名字，記住空間位置等，以幫助工作記憶的訓(xùn)練效果獲得更好的遷移。

在人的不同發(fā)展階段結(jié)合該階段的發(fā)展任務(wù)來設(shè)計(jì)生活化的訓(xùn)練任務(wù)。比如，在兒童階段（0-6歲）是智力發(fā)展的關(guān)鍵期，對(duì)兒童的工作記憶和智力的訓(xùn)練需要家長在教育孩子的過程中，多與孩子進(jìn)行互動(dòng)玩耍，采用語言、運(yùn)動(dòng)和音樂為素材來訓(xùn)練兒童的工作記憶，幫助他們打好智力發(fā)展的基礎(chǔ)。青少年時(shí)期正處在智力快速發(fā)展的階段，對(duì)青少年工作記憶和智力的訓(xùn)練需要我們?cè)趯W(xué)校教育中結(jié)合學(xué)習(xí)任務(wù)，培養(yǎng)他們特定學(xué)習(xí)策略的使用，提高工作記憶水平。比如，口算訓(xùn)練可以很好地提高學(xué)生的工作記憶和計(jì)算能力;復(fù)述策略訓(xùn)練可以提高學(xué)生的工作記憶和閱讀能力;音樂訓(xùn)練可以很好地提高學(xué)生的閱讀廣度和視空間記憶廣度。成年個(gè)體的智力發(fā)展已經(jīng)趨向成熟，想要提高他們的工作記憶能力和智力水平難度相對(duì)更大，但仍然可以通過高難度，自適應(yīng)的工作記憶訓(xùn)練游戲，加強(qiáng)閱讀和負(fù)責(zé)思考等方式提高工作記憶和智力。到了老年階段，流體智力逐漸開始衰退，此時(shí)工作記憶訓(xùn)練的重點(diǎn)需要轉(zhuǎn)移到保持社交聯(lián)系，用堅(jiān)持讀書看報(bào)，提高生活中的記憶能力等方式保持大腦的活力，防止智力衰退。

采用更加豐富多元的智力測量指標(biāo)。智力是一個(gè)非常復(fù)雜的概念，雖然智力測驗(yàn)分?jǐn)?shù)能夠在一定程度上代表一個(gè)人智力的高低，但是這些測驗(yàn)往往只能測量智力的某些方面，難以全面衡量個(gè)體的智力水平，以及在實(shí)際學(xué)習(xí)生活中的表現(xiàn)。因此采用更加豐富多元的智力測量指標(biāo)對(duì)于幫助我們揭示工作記憶訓(xùn)練對(duì)智力的提升效果具有更加重要的意義。比如，除了智力測驗(yàn)分?jǐn)?shù)，可以同時(shí)采用生活中的認(rèn)知行為表現(xiàn)、學(xué)業(yè)成績、生活質(zhì)量等指標(biāo)，來全面衡量工作記憶訓(xùn)練帶來的積極變化。

總體來說，一個(gè)人的智力是受許多先天遺傳和后天環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。工作記憶由于其在人的高級(jí)智力活動(dòng)中的重要作用，成為制約人的智力水平的重要因素。理論分析和初步的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，科學(xué)地開展工作記憶訓(xùn)練，是提高個(gè)體智力水平的一種潛在的有效方法。未來在進(jìn)一步加強(qiáng)腦科學(xué)研究的基礎(chǔ)上，逐步嘗試在學(xué)校教育和家庭生活中開展長期針對(duì)性的工作記憶訓(xùn)練，從而更好地促進(jìn)個(gè)體腦與認(rèn)知能力的發(fā)展，并且延緩個(gè)體的認(rèn)知衰退。