N-back 任務訓練遷移效果及其影響因素：來自元分析的證據(jù)*

游旭群 李倩欽 張楨堉 黃浦江 劉志遠

(陜西師范大學心理學院，西安 710062)

1 引言

工作記憶在個體的認知過程中發(fā)揮著至關重要的作用，它反應了個體在短時間內(nèi)存儲和處理信息的能力（Baddeley,2000）。研究者認為當個體的工作記憶能力通過訓練得到提升時，與工作記憶能力相關的認知能力也會增強，那么個體在其他未經(jīng)訓練的，但與工作記憶能力相關的認知任務上的表現(xiàn)也可能會有所改善。因此，許多研究希望通過認知訓練提高個體的工作記憶能力，從而產(chǎn)生廣泛的遷移效果（Chein & Morrison,2010;Jaeggi et al.,2010）。

自Jaeggi，Buschkuehl，Jonides 和Perrig（2008）研究發(fā)現(xiàn)n-back 任務訓練可以顯著改善被試在流體智力任務上的表現(xiàn)以來，n-back 任務成為最廣泛使用的工作記憶訓練任務之一。然而，關于n-back 任務訓練遷移效果的結(jié)論并不一致。例如，一些研究發(fā)現(xiàn)n-back 任務訓練可以在未經(jīng)訓練的n-back 任務（Minear et al.,2016）、其他工作記憶任務（Anguera et al.,2012;Colom et al.,2013）和認知控制任務（Heinzel et al.,2014）上產(chǎn)生遷移，而另一些研究發(fā)現(xiàn)n-back 任務訓練不會產(chǎn)生廣泛遷移（Chooi & Thompson,2012;Linares,Borella,Lechuga,Carretti,& Pelegrina,2019）。有研究者就結(jié)果不一致問題進行了初步探討，提出訓練和被試個體差異方面的因素可能會影響工作記憶訓練的遷移效果（Von Bastian & Oberauer,2014）。為了明確n-back 任務訓練的遷移效果及其可能的影響因素，Soveri，Antfolk，Karlsson，Salo 和Laine（2017）對健康成年人接受n-back 任務訓練的相關研究進行了元分析，研究結(jié)果指出，nback 任務訓練對未經(jīng)訓練的n-back 任務有中等程度大小的遷移效果，而對其他工作記憶任務和認知控制任務的遷移效果較小，且訓練任務類型、控制組類型、總訓練時間、訓練次數(shù)和被試年齡對遷移效果沒有影響。這項研究在分析遷移效果時對未經(jīng)訓練的n-back 任務和其他工作記憶任務進行區(qū)分，并首次指出n-back 任務訓練的遷移效果具有很大的任務特異性。但該元分析有以下幾方面的不足：首先，沒有分析訓練任務類型、控制組類型、總訓練時間等因素對n-back 任務訓練在上述各類認知任務上遷移效果的影響，僅分析了它們對n-back 任務訓練總遷移效果的影響；而Schwaighofer，F(xiàn)ischer 和Bühner（2015）的研究發(fā)現(xiàn)同一因素對不同遷移任務中訓練效果的影響可能是不同的，因此應該單獨分析各影響因素對不同遷移任務中訓練效果的影響。其次，該元分析研究僅采用“nback training”作為關鍵詞進行檢索，可能導致檢索到的文獻不全面，例如，Lindel?v 等人（2016）的研究符合納入標準但沒有被納入分析。

本研究在Soveri 等人（2017）研究的基礎上，檢索2020 年1 月以前發(fā)表的18～50 歲的健康成年被試接受n-back 任務訓練的相關文獻并進行元分析，以探討n-back 任務訓練對未經(jīng)訓練的nback 任務（最近遷移）、其他工作記憶任務（近遷移）和認知控制任務（遠遷移）的遷移效果，并在此基礎上，檢測訓練任務類型、控制組類型、訓練頻率、總訓練時間、訓練次數(shù)和單次訓練時間對最近遷移效果、近遷移效果和遠遷移效果的調(diào)節(jié)效應。

2 研究方法

2.1 文獻檢索

文獻檢索包括英文和中文獻搜索，時間為2020 年1 月之前。在PubMed、ProQuest、Elsevier、ERIC 和Web of Science 五個外文數(shù)據(jù)庫檢索相關英文文章，檢索關鍵詞為“n-back training”，或“working memory training”、“updating training”、“cognitive training”和“WM training”分別與“n-back”的組合，最后一次文獻檢索時間為2020 年1 月。在中國知網(wǎng)、維普和萬方三個中文數(shù)據(jù)庫檢索檢索相關中文文章，檢索關鍵詞為“n-back 工作記憶訓練”，或“工作記憶訓練”、“刷新訓練”和“認知訓練”分別與“n-back”的組合。為了避免遺漏，對已有的相關研究進行了文獻回溯檢索（Dougherty,Hamovitz,& Tidwell,2016;Melby-Lerv?g,Redick,& Hulme,2016;Soveri et al.,2017）。

2.2 文獻納入標準

將滿足以下標準的文獻納入分析：（1）訓練組的訓練任務只有適應性的n-back 任務，遷移任務至少包括未經(jīng)訓練的n-back 任務、n-back 任務以外的其他工作記憶任務和認知控制任務中的一種；（2）被試均為18～50 歲的正常健康成年人，不包括運動員、中風和高焦慮患者等特殊群體；（3）文獻中必須設置控制組；（4）文獻之間彼此數(shù)據(jù)不重復，若多篇文獻采用同一組數(shù)據(jù)，則只納入其中一篇。其中一篇文獻因為只進行了一次30 分鐘的n-back 任務訓練，和其他文獻的訓練強度相差太大，被排除分析（Laine,Fellman,Waris,& Nyman,2018）。另一篇文獻因為未報告計算效應量所需的實驗數(shù)據(jù)被排除分析（Blacker,Negoita,Ewen,& Courtney,2017）。文獻由兩位作者分別獨立篩選，然后對篩選結(jié)果進行對比。文獻檢索、納入及排除的流程如圖1 所示。

圖1 文獻納入與排除流程圖

2.3 調(diào)節(jié)變量編碼

從納入分析的文獻中提取的信息包括：作者（年份）、控制組訓練內(nèi)容、訓練頻率、遷移任務、訓練次數(shù)、單次訓練時間和訓練任務類型。本研究將各調(diào)節(jié)變量進行了如表1 所示編碼。提取數(shù)據(jù)的過程由兩位作者獨立提取編碼，有異議的文獻與通訊作者協(xié)商后確定最終編碼。從各文獻中提取的信息和變量編碼信息見補充材料：http://www.scidb.cn/s/pMJFVVj。

表1 調(diào)節(jié)變量的編碼

2.4 元分析過程

2.4.1 效應量計算

分析中納入的大多是小樣本量的文獻，效應量指標用Hedge’sg比Cohen’sd更合適（Borenstein,Hedges,Higgins,& Rothstein,2009）。當Hedge’sg為0.2、0.5 和0.8 時，分別代表著小效應量、中等效應量和大效應量（Cohen,1988）。部分文獻沒有報告前后測的相關系數(shù)，參照前人的研究取0.6 作為前后測的相關系數(shù)（Nguyen,Murphy,& Andrews,2019;Soveri et al.,2017）。每個獨立研究計算得到一個效應量。若文獻中包括多個訓練組和一個控制組，根據(jù)研究關注的內(nèi)容，將訓練組進行合并計算效應量（Higgins & Deeks,2011）。若文獻中同時包括受訓的控制組和未受訓的控制組，在計算總效應量時用受訓控制組進行計算。當某獨立研究中對最近遷移有多種測量任務時，則用各個測量任務上效應量的均值來表示該文獻的最近遷移效應量。近遷移效應量和遠遷移效應量的計算方法同上。本次研究中，效應量g取正值時，表示訓練組的改善大于對照組。

2.4.2 模型的選擇

研究者認為納入元分析的文獻是由不同作者完成的，研究中的被試群體或測量工具的不同可能會影響結(jié)果，因此假設各研究的真實效應量大小相同是不恰當?shù)?，這種情況下使用隨機效應模型更加合理（Borenstein et al.,2009）。所以，本研究采用隨機效應模型進行計算。

2.4.3 異質(zhì)性檢驗

異質(zhì)性檢驗的目的在于分析所納入的各個研究的效應量是否異質(zhì)（Card,2012）。采用Cochrane Q 法對效應量進行異質(zhì)性檢驗。Q 檢驗顯著時表明分析中各研究的效應量異質(zhì)，則有必要進行調(diào)節(jié)變量的分析，I2表示本元分析中的各文獻研究間的變異有多少是由效應值的真正差異造成的。當I2等于25%，50%和75%時，分別表示各研究間低、中和高異質(zhì)（Higgins,Thompson,Deeks,& Altman,2003）。

2.4.4 發(fā)表偏差檢驗

本研究采用Egger’s 檢驗來評估元分析的發(fā)表偏差。在檢驗時采用線性回歸法，先求出線性回歸方程的截距及其95%置信區(qū)間，再對該截距是否為0 進行假設檢驗，如不顯著，則表明不存在發(fā)表偏差（Egger,Smith,Schneider,& Minder,1997）。

2.4.5 統(tǒng)計分析

本研究運用Excel 2016 對文獻進行整理和編碼，并使用CMA 2.0（comprehensive meta-analysis 2.0）進行主效應檢驗、異質(zhì)性檢驗、發(fā)表偏差檢驗和調(diào)節(jié)效應檢驗。

3 結(jié)果

3.1 文獻納入

共納入符合標準的文獻32 篇，共69 項研究，包括1820 名樣本量。其中關于n-back 任務訓練最近遷移的文獻15 篇；關于n-back 任務訓練近遷移的文獻25 篇；關于n-back 任務訓練遠遷移的文獻20 篇。

3.2 異質(zhì)性檢驗

分別對最近遷移、近遷移和遠遷移的元分析數(shù)據(jù)進行了異質(zhì)性檢驗，結(jié)果見表2。結(jié)果表明，最近遷移上各研究的Q 檢驗顯著（QW=36.33,p=0.002），可能存在中度異質(zhì)性（I2=58.71%）；而近遷移和遠遷移上各研究的Q 檢驗不顯著（近遷移:

表2 n-back 任務訓練最近、近和遠遷移的異質(zhì)性檢驗

QW=24.40,p=0.794;遠遷移:QW=24.01,p=0.242），異質(zhì)性較低（近遷移:I2=0%,遠遷移:I2=16.71%）。

3.3 發(fā)表偏差檢驗

Egger’s 檢驗結(jié)果表明，回歸方程的截距與0 不存在顯著差異，即不存在嚴重的發(fā)表偏差（見表3）。

表3 n-back 任務訓練最近、近和遠遷移的發(fā)表偏差檢驗

3.4 主效應檢驗

分別對最近遷移、近遷移和遠遷移進行主效應檢驗，結(jié)果見表4。結(jié)果顯示最近遷移的效應量為中等（g=0.54,p＜0.001），而近遷移和遠遷移的效應量較?。ńw移:g=0.20,p＜0.001;遠遷移:g=0.20,p=0.011）。此外最近遷移效應量、近遷移效果應和遠遷移效果應存在顯著差異（QB=13.53,p=0.001）。

表4 n-back 任務訓練最近、近和遠遷移的效應量

3.5 敏感性分析

因為文獻納入標準的選擇、分析數(shù)據(jù)的提取和缺失值的處理方式都會影響元分析的結(jié)果（Borenstein et al.,2009），所以本研究進行敏感性分析來檢驗結(jié)果的穩(wěn)定性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，排除任意一個研究后，n-back 任務訓練最近遷移、近遷移和遠遷移效應量的值均未發(fā)生顯著變化，表明結(jié)果是穩(wěn)定的（見表5）。

表5 效應量敏感性分析

3.6 調(diào)節(jié)效應檢驗

最近遷移的效應量異質(zhì)性檢驗顯著，因此可能存在影響最近遷移效果的調(diào)節(jié)變量。進一步分析調(diào)節(jié)變量對最近遷移效果的影響，結(jié)果顯示訓練次數(shù)的調(diào)節(jié)效應顯著（QB=8.54,p=0.003），控制組類型、訓練任務類型、訓練頻率、總訓練時間和單次訓練時間的調(diào)節(jié)效應未達到顯著（見表6）。

表6 n-back 任務訓練最近遷移效果的調(diào)節(jié)效應分析

進一步探究各調(diào)節(jié)變量對近遷移效果和遠遷移效果的調(diào)節(jié)效應，結(jié)果顯示控制組類型、訓練任務類型、訓練頻率、訓練次數(shù)、總訓練時間和單次訓練時間對近遷移和遠遷移的調(diào)節(jié)效應均未達到顯著。

4 討論

4.1 n-back 任務訓練遷移效果的主效應

本研究采用元分析技術整合18～50 歲健康成年被試進行n-back 任務訓練的相關研究。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)n-back 任務訓練對最近遷移有中等程度的改善效果，對近遷移和遠遷移的改善效果較小，而且n-back 任務訓練對最近遷移任務的改善效果顯著大于對近遷移任務的改善效果（QB=11.29,p=0.001）和對遠遷移任務的改善效果（QB=6.70,p=0.010）。該結(jié)果與已有的研究結(jié)果較為一致（Soveri et al.,2017），表明n-back 任務訓練可能在訓練過程中形成了特定于n-back 任務的策略，因此n-back 任務訓練的最近遷移效果較強，但近遷移效果和遠遷移效果較小。

Von Bastian 和Oberauer（2014）提出工作記憶訓練的遷移效果可能是由于工作記憶能力的提高或者工作記憶資源使用效率的提高導致的。工作記憶能力提高時，與其相關的認知能力也會提高，那么其他未經(jīng)訓練但與工作記憶有關的任務上的表現(xiàn)也會得到改善（Waris,Soveri,& Laine,2015）。因此，如果某認知能力與工作記憶能力相關性越大，工作記憶訓練在測量該認知能力的任務上的遷移效果就會越大。而工作記憶資源使用效率的提高只會改善個體在與訓練任務結(jié)構(gòu)或者刺激材料類似的任務上的表現(xiàn)。本研究元分析結(jié)果顯示n-back 任務訓練的近遷移和遠遷移效果雖然顯著，但兩者大小相似且都較小，沒有因為與工作記憶相關性大小的不同而表現(xiàn)出遷移效果的差異。這可能是因為訓練讓被試更能集中注意、提高知覺速度、熟悉電腦操作和執(zhí)行復雜任務更熟練（Soveri et al.,2017）。

有研究發(fā)現(xiàn)n-back 任務和其他工作記憶任務的相關性很低。因此，Jaeggi 等人（2010）提出由于n-back 任務和其他工作記憶任務相關程度較低，所以用n-back 任務進行訓練比用其他任務進行訓練在未經(jīng)訓練的工作記憶任務上的遷移效果小。但已有的研究對比n-back 任務訓練和復雜廣度任務訓練在未經(jīng)訓練的工作記憶任務上遷移效果的差異，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者都沒有在未經(jīng)訓練的其他工作記憶任務上表現(xiàn)出遷移效果（Blacker et al.,2017;Minear et al.,2016）。所以，n-back 任務訓練在其他工作記憶任務上的遷移效果較小是否緣于n-back 任務和其他工作記憶任務的低相關，還需要進一步研究。

4.2 n-back 任務訓練遷移效果的調(diào)節(jié)效應

調(diào)節(jié)效應分析結(jié)果表明，訓練次數(shù)對最近遷移效果的調(diào)節(jié)效應顯著，訓練次數(shù)大于15 次時的最近遷移效果要顯著好于訓練次數(shù)小于等于15 次時的最近遷移效果，即訓練次數(shù)大于15 次時，訓練的遷移效果更大。出現(xiàn)這個結(jié)果的原因可能是，隨著訓練次數(shù)的增多，被試積累更有效的nback 任務策略。有研究對工作記憶訓練的相關文獻進行元分析，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)工作記憶訓練在未經(jīng)訓練的工作記憶任務上的遷移效果和訓練次數(shù)正相關（Weicker,Villringer,& Th?ne-Otto,2016），該元分析結(jié)論與本研究結(jié)論研究一致。但Soveri 等人（2017）的元分析研究中訓練次數(shù)對n-back 任務訓練遷移效果的調(diào)節(jié)效應不顯著，這可能是由于Soveri 等人的研究文獻數(shù)量較少，而且該研究分析的是訓練次數(shù)對n-back 任務訓練在各認知任務上總遷移效果的影響，一些原本顯著的效應可能被掩蓋了。

此外，訓練任務類型、控制組類型、訓練頻率、總訓練時間和單次訓練時間對n-back 任務訓練最近遷移效果的調(diào)節(jié)效應不顯著，已有的研究也發(fā)現(xiàn)，訓練任務類型、控制組類型、訓練頻率、總訓練時間和單次訓練時間對工作記憶訓練遷移效果的影響不顯著（Au et al.,2015;Soveri et al.,2017）。訓練任務類型、控制組類型、訓練頻率、總訓練時間、訓練次數(shù)和單次訓練時間對n-back任務訓練的近遷移效果和遠遷移效果的調(diào)節(jié)效應均不顯著，說明n-back 任務訓練在其他工作記憶任務上的近遷移效果和在認知控制任務上的遠遷移效果具有一定的穩(wěn)定性。出現(xiàn)這個結(jié)果的原因可能是，這些調(diào)節(jié)變量對被試在訓練過程中n-back任務相關任務策略的獲得有影響作用，而n-back任務相關的策略對完成近遷移任務和遠遷移任務沒有幫助。

4.3 研究的啟示及不足

本研究對未來工作的啟示：（1）研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)n-back 任務訓練對最近遷移有中等程度的改善效果，對近遷移和遠遷移的改善效果較小，因此后續(xù)關于工作記憶訓練的研究可采用與目標任務結(jié)構(gòu)類似的任務進行訓練，這樣可以在目標任務上獲得較強的改善效果；（2）本研究首次發(fā)現(xiàn)訓練次數(shù)對最近遷移效果有調(diào)節(jié)作用，當訓練次數(shù)大于15 次的最近遷移效果要顯著好于訓練次數(shù)小于等于15 次的，因此將來工作記憶訓練研究在設置訓練次數(shù)時可以參考這一發(fā)現(xiàn)，可能會更有利于訓練產(chǎn)生最近遷移效果；（3）元分析結(jié)果顯示，n-back 任務訓練只在最近遷移任務上有中等程度大小的遷移效果，對近遷移任務和遠遷移任務的遷移效果都較小，這表明僅用n-back 任務作為訓練任務對被試進行訓練不能產(chǎn)生廣泛的遷移效果，以后的工作記憶訓練研究可以考慮用其他工作記憶任務或者采取多任務進行工作記憶訓練以取得更為廣泛的遷移效果。

本研究還存在以下不足：（1）元分析統(tǒng)計要求盡可能地對該領域已有的全部文獻進行分析，雖然本研究增加檢索關鍵詞進行檢索，并對已發(fā)表的相關元分析涉及的文獻進行了對照補充，但是由于語言和工具的限制，可能會遺漏部分數(shù)據(jù)；（2）本研究只考察了18～50 歲健康成年被試進行n-back 任務訓練的遷移效果，其他年齡階段的群體或者特殊群體中的遷移效果還需要進一步探討；（3）本研究中被試年齡范圍跨度較大，由于文獻數(shù)量限制，本研究沒有進一步分析年齡對訓練遷移效果的影響；（4）Von Bastian 和Oberauer（2014）提出控制組進行非適應性工作記憶訓練的研究可能高估訓練的遷移效果，而控制組進行適應性非工作記憶訓練的研究可能低估訓練的遷移效果；本研究將進行非適應性工作記憶訓練和適應性非工作記憶訓練的控制組都作為受訓控制組，但由于研究數(shù)量限制，未能進一步分析控制組進行這兩種訓練的研究在遷移效果上的差異。

5 結(jié)論

N-back 任務訓練對被試在未經(jīng)訓練的n-back任務（最近遷移）上的表現(xiàn)可能具有中等程度大小的改善效果，且該改善效果受到訓練次數(shù)影響，具體來說訓練次數(shù)大于15 次的改善效果更大。而n-back 任務訓練對被試在其他工作記憶任務（近遷移）和認知控制任務（遠遷移）上的表現(xiàn)的改善效果較小。