工作记忆新探：基于个体差异的研究，本文主要内容关键词为：个体差异论文,记忆论文,工作论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
文章编号：1001-4918(2010)02-205-209 中图分类号：B844 文献标识码：A
工作记忆(Working Memory)是二十世纪70年代，Alan Baddeley(1974，2007)在短时记忆研究的基础上提出的。它被用来衡量在信息加工受到阻碍时，个体对信息暂时储存的能力。在一些需要高级认知活动参与的复杂任务中，工作记忆可以对相关信息进行控制、规划与主动保持。以往研究普遍重视工作记忆的模型探析，而近年来在关注模型的同时，不少研究致力于从个体差异方面展开专门探索(Baddeley，2007；Engle,Cantor,& Carullo，1992；Ackerman，2003；Jarrold & Towse，2006)。本文将从以下几个角度探讨并分析有关工作记忆个体差异的理论。
1 工作记忆模型扩展：关注个体情境差异
经典的工作记忆多成分模型是由Baddeley和Hitch(1974)提出的，主要包括语音环路(phonological/articulatory loop)、视觉-空间模板(visuo-spatial sketchpad)和中央执行系统(central executive)三个部分。这三个部分各司其职并相互协调：语音环路负责语音(言语)信息的暂时存储和处理；视觉-空间模板负责视觉空间信息的暂时存储和处理；中央执行系统负责注意控制和协调来自语音环路及视觉-空间模板的信息，并且负责认知活动调节。
近来，Baddeley(2000)又把情境缓冲系统(episodic buffer)加入到工作记忆模型中，他认为情境缓冲可以在中央执行系统和长时记忆系统之间相互影响，并在此情境下提供存储功能，并为另两个从属系统与长时记忆之间提供了临时界面。中央执行系统负责组织一系列外部的资源，从而形成连贯的情境，这些情境就可以被主体有意识地加以提取。缓冲系统作为一个独立的模型空间，与长时记忆系统保持相对分离。
情境缓冲这个概念是对原先三系统概念缺陷的一种补充。例如，被试只能记住约4个不相关的单词，但可以记住16个左右有联系的单词。这些都是原有工作记忆模型所无法解释的。根据Baddeley的分析，这种欠缺的根源涉及对不同类型的信息如何进行加工，并对这种加工过的信息如何保持、分配注意的问题。由于缺少一种保存不同信息加工结果的次级记忆系统，这样就可能引起上述的情况。语音环路和视-空模板的信息统一保存也需要这样一种次级记忆系统。在添加了情境缓冲这一部分后，四成分构成了新的工作记忆模型(图1)，情境缓冲与视-空模板、语音环路一样作为中央执行系统的次级记忆系统，被置于受中央执行系统控制的信息保持系统的地位。其作用是在中枢执行系统的控制下保持被加工处理的信息，以便于支持后续的加工操作。图1深色部分(视觉语义、情境长时记忆、语言)表示“晶态”认知系统，具有不断积累长时记忆的能力；图中白色部分表示“液态”能力(例如注意、暂时存储)，它们自身不会在学习过程中发生变化。
图1 最新的多成分工作记忆模型
情境缓冲系统的引入，其实质是重视个体的经验与环境因素，印合了现代认知科学的基本要素，即强调认知的情境性。所有的认知其实都具有情境性。认知的情境性是对原来工作记忆模型的补充，也是对传统认知科学主张的认知与环境脱离的一种必然修正。工作记忆三成分经典模型忽视了人的工作记忆所处社会文化的“大环境”，显然，这与当代认知科学关于“个体的感觉、记忆甚至是运动能力都有着浓重的环境烙印”的观点不符(李其维，2008)。“身-心-境”三位一体是当代认知科学的发展趋势。个体的情境和经验差异是不言而喻的，这一思考路线为不少学者基于个体差异探讨工作记忆的研究方向提供了可能。
2 工作记忆个体差异的本质：执行性注意控制和工作记忆容量
2.1 执行性注意控制
如果说工作记忆模型中引入情境缓冲是提供了个体差异的背景成分，那么工作记忆的中央执行控制系统则是解释个体差异的核心。诸多研究支持中央执行系统是一个具有领域一般性的部分，它在解释学业成就、个体能力、情绪情感等方面都具有普遍性(Jarrold & Towse 2006；Smedt,Janssen,& Bouwens，2009；Raghubar，Barnes，& Hecht，2009)。一般情况下，判断工作记忆的个体差异并不能根据完成任务的优劣而作出，因为工作记忆高的个体并不一定总会比工作记忆低的个体更好地完成某一任务。但是，如果对任务进行干扰，高工作记忆的个体便能表现出很好的对抗干扰能力。这种对抗干扰的能力被称之为执行性注意控制(executive attention control)，其功能是可以控制注意指向目标刺激，从而抑制无关的干扰——在这个意义上，任务的效率更高。因此，执行性注意控制的能力被认为是工作记忆个体差异的本质所在(Engle,Cantor,& Carullo，1992)。
在需要执行性注意控制对抗某些明显干扰的情境下，工作记忆的个体差异明显地表现在与前摄抑制、反应竞争或者做出与习惯化相反的反应任务中(Conway,Kane,& Engle，2003)，如在经典的斯腾伯格记忆扫描范式下，要求被试记忆不同大小集合的字母(例如，集合为2=R，W；集合为6=Q，T，P，S，F，K)。该任务有两种不同的实验条件，一种条件是字母在集合中不重复，也就是说，如果某个字母在一个集合中了，那就不会出现在另一个集合中。另一种条件是字母会出现在两个不同集合中。实验结果表明，工作记忆的个体差异只表现在字母重复条件下的记忆成绩，这说明工作记忆能力高的个体不会由于字母重复而阻碍其信息提取。这一结论支持了工作记忆的个体差异与执行注意能力有关。这种注意能力在干扰的条件下是至关重要的，因为它不能通过记忆表征自动化扩散激活，或通过习惯化反应来完成正确的反应。在干扰的条件下，自动化激活或习惯化反应将带来错误的反应，因此必须要抑制。
“低水平”注意任务也得出相似的结论。低水平的注意任务本质上要求较少记忆的参与，例如双耳分听，斯特鲁普(Stroop)颜色命名，视觉定向，以及负启动任务等。以视觉定向任务为例，“正向眼动任务”(pro-saccade task)非常简单，被试只要定向于向他们呈现的视觉线索，通常是一个闪烁刺激。某些情况下，同时要求被试追踪线索相同位置上出现的目标。而反眼动任务(antisaccade task)难度就高了，为了直接考查工作记忆能力以及执行性注意之间的关系，Engle和Conway(2001)研究了高工作记忆和低工作记忆的被试在该任务表现中的差异。实验时，要求被试注视屏幕中央，让他对短暂呈现在屏幕两侧的目标刺激作出反应，目标刺激出现的位置是随机的。但是，在目标呈现前的一刹那，会在目标位置的另一侧呈现一个干扰注意的刺激，即，在被试眼睛注视屏幕中央“+”时，如果在“+”右侧快速闪现一个干扰刺激线索后，立即在左侧呈现一个目标刺激，要求被试迅速作出反应，该任务称为“反眼动任务”。研究发现，高工作记忆和低工作记忆的个体在正眼动任务中的表现基本无显著差异；但是在反眼动任务中，高工作记忆的个体成绩要好。任务中的干扰刺激会使被试产生反射性的反应，这占据了个体较多的注意资源。如果这时在另一侧出现目标刺激，这就要求被试抑制反射性反应，需要把更多的注意资源分配到目标任务中，这必须减少对反射性反应投入注意资源，这一要求对高工作记忆的个体而言更能胜任。因此，高工作记忆的个体具有更好抑制干扰的能力，从而可更有效地控制注意指向目标刺激的反应。与前面讨论的记忆提取的数据一致，在正眼动任务中，高工作记忆与低工作记忆的个体几乎表现相同，都能很快作出正确的定向反应并检测到目标(如果需要的话)。就这一点而言，执行性注意控制能力是对个体差异进行区分的关键因素。
Engle(2001)最初提出控制性注意模型作为衡量工作记忆个体差异的重要机制之一，他认为控制性注意是一个不受领域约束而有限制地进行控制加工，或在面对干扰、分心刺激时，将注意中心保持在与任务相关信息上的机制。个体在控制性注意系统的部分或全部存有差异，就能导致在中央执行系统中出现明显差别，所以说，控制性注意能力是最基本的决定因素。
2.2 工作记忆容量
工作记忆容量(或称工作记忆广度)，通常作为衡量工作记忆个体差异的另一个重要指标。阅读广度、操作广度和计数广度任务是评价工作记忆容量最常用的任务。Daneman和Carpenter(1980)最初提出了工作记忆容量理论，认为个体能力的差异体现在存储并回忆句子最后一个词(句子广度)上，这是一个“复杂广度任务”，又称之为资源共享模型。工作记忆容量理论假设可利用的加工和存储的认知资源量是有限的，因此要求加工与存储的资源之间要求达到权衡。根据这一模型，工作记忆广度任务测量了个体的灵活分配给加工和存储任务的认知资源的有效容量。如果个体的言语加工能力较好，那么在完成阅读广度任务时所占用加工的资源相对较少，这使他们能把剩余的资源用来存储。相反，如果个体言语能力较差，那么完成当前的言语加工任务耗费资源相对多，只剩下少部分资源可用来存储，因此导致较低的广度分数。工作记忆广度的成绩是完成加工任务后所剩余能够存储资源数量的反映。
“复杂广度任务”与以往“简单广度任务”不同的是，简单广度任务只要求被试完成一定数量的记忆任务(如，数字记忆)，任务的个体差异主要体现在领域特殊性能力上，譬如被试的组块化能力、复述能力等，这些能力主要关注被试存储信息的功能。而复杂广度任务大多采取双任务范式，即要求被试在完成一项任务的同时进行目标的加工。这些干扰任务被假定分散了个体的注意，占据了任务所需要的认知资源。“复杂广度任务”更强调被试存储和加工并行的双重能力，因此，这可能更接近高级认知活动的要求(如推理、问题解决等)。但是，工作记忆领域特殊性观点认为这些广度任务会对不同的高级认知过程有不同的预测能力。例如，阅读广度容易受到个体阅读、语言能力的影响，这两者之间存在相关，阅读能力强的个体只需花费少量资源用于加工，把更多资源利用到存储之上；计数广度与数学能力有关；操作广度则可能受到语言和数量彼此的影响。因此在考察个体某一项能力的过程中，应尽量剥离无关因素的干扰，运用多重实验任务进行汇聚操作，从而可以更清晰地分析认知的过程和机制。
3 工作记忆的个体差异的结构：与g同构还是相关？
工作记忆在解释个体认知过程的差异中扮演着关键的角色，研究已发现工作记忆与高级认知活动，例如阅读、数学、推理都有高相关(Smedt,Janssen,& Bouwens,2009；Raghubar,Barnes,& Hecht，2009)。早期关于工作记忆的个体差异视角的研究表明，工作记忆的个体差异可能是斯皮尔曼g因素的基础。Kyllonen和Christal(1990)宣称“推理能力只不过就是工作记忆容量”。由于这两者都在认知任务中具有重要的作用，因此，有些研究者报告工作记忆的个体差异与智力的区分是同构的，两者具有高度的一致性而不仅仅只是相关的关系，智力相当于工作记忆容量(Colom,Rebollo,& Palacios,2004；Kane,Hambrick,& Conway，2005)。
然而，最近的研究工作从细节上具体揭示了工作记忆的基本过程，因此，这使人们对于工作记忆的个体差异与g之间关系的论述变得更为谨慎。研究者分析了工作记忆容量和推理能力的相关在0.80～0.88之间(Conway，2002)，这些中等偏高的相关结果使工作记忆就是g因素的说法不再受到拥护。工作记忆容量与g确实存在较高相关，但两者可能并不是同构的。
工作记忆的个体差异是否就代表了智力的差异？这个问题本身非常复杂，因为至今为止两者所指代的具体内涵还没有厘清。上述各种探讨工作记忆的个体差异与智力的关系，都默认了智力是由智力测验的分数衡量的，工作记忆的个体差异是由完成工作记忆任务不同成绩来表示的。在这种前提之下分析两者之间的关系，其实就是探索工作记忆任务和智力测验任务之间的关系。智力是每个人客观存在的能力，g因素会渗入在涉及智力活动的所有任务中。更进一步而言，智力测验的一系列任务包含着记忆和储存的能力，这势必涉及到暂时加工存储的资源有限系统，也就是需要工作记忆的参与。另一方面，工作记忆个体差异的操作性表现形式也由一系列工作记忆的任务(目前主要采用经典的双任务范式)加以实现。工作记忆与智力究竟是同构、还是相关，实际只要分析智力测验选取的任务究竟与衡量工作记忆个体差异的任务之间存在怎样的关系。主张工作记忆与智力是同构的观点，是因为两者任务都十分强调执行性注意控制功能，它使被试保持所需的注意在特定的认知加工任务上。例如瑞文推理测验，在寻找推理规则时，既要牢记上一个规则，同时寻找新的规则来完成一道题目，其中要抑制无关线索的干扰(党彩萍，刘昌，2009)。这种同构关系好比两个不同品牌的电脑都采用了同一种中央处理器，核心结构的高度一致造成了某些研究结果认为工作记忆个体差异就是智力的差异，这种同构性实质是控制性注意能力在任务中的体现。另一方面，如果认为工作记忆的个体差异与g因素的度量两者具有相关关系，那是由于高级认知活动都需要智力成分和工作记忆的参与，两者任务具有一定的重叠度，如果完成智力测验任务时所需的认知过程与工作记忆任务的认知过程相关程度越高，那么工作记忆的个体差异和智力的相关越高，这与选取的任务有一定联系。
用任务表示实体结构的分析视角存在一定缺陷，智力测验分数作为对智力的度量本质上是一种间接的测量，因此智力测验的分数不等同于智力。同样，双任务范式的工作记忆任务也不等同于工作记忆。从一个客观存在的能力转换到任务操作表现的成绩，其间存在多次转换。因此探讨工作记忆个体差异的结构，还需要从工作记忆内涵本身着手。近来，另一个普遍接受的观点是把工作记忆看作“认知加工平台”，各种高级认知活动包括推理、计划、问题解决等都在该操作平台上在线加工并执行。从这个意义而言，人的智力活动也必然通过这个“平台”加以实现，两者之间不需要再有同构或者相关的争论了。
4 工作记忆个体差异研究未来发展趋势
工作记忆个体差异的研究范式对深入了解工作记忆的理论内涵具有启示意义，但基于小样本得出的研究结果值得仔细推敲。以往研究多以大学生为被试，其结果的代表性有一定局限。
在工作记忆个体差异的发展趋势中，有关领域一般性和领域特殊性的争辩远未平息(Miyake，2001)。引起争辩的原因主要有三个方面：首先，工作记忆个体差异究竟是领域特殊还是领域一般，这可能在不同年龄层次和人口群中存在着普遍的、体系上的差异；其次，衡量个体差异的主要指标——工作记忆广度任务本身可能存在一定问题，它所测量到的远不止是广度本身，例如操作广度需要数学能力、阅读广度需要言语能力，使用策略可以提高工作记忆广度的成绩(Conway,Kane,& Engle，2003)。基于此，不少研究者开发出新的广度任务或者执行性控制任务来衡量工作记忆的个体差异。第三，被试参与实验的动机不同或者对实验操作的理解不同也会对实验结果产生影响。
此外，在工作记忆个体差异的研究进展中，目前已出现大量基于工作记忆的认知神经科学研究(Gray,Chabris,& Braver,2003；Waiter,Deary,& Staff，2009)。这些研究者希望考查导致工作记忆存在个体差异的主要大脑结构区别何在？哪些结构与执行性注意控制具有联系？N-Back任务被广泛用于神经影像学研究中。此外，认知神经科学的研究还发现了仅需存储的任务与需存储结合加工的任务之间的差异。不少研究表明只需存储的任务主要是激活与将要记忆材料内容有关的区域(例如，对言语材料的布鲁卡区，对空间材料的右半侧前运动核团)，然而存储结合加工的任务表明了具有领域特殊性的激活，而不是领域一般的激活，例如在背外侧前额叶(DLPFC)区域以及前扣带回(ACC)。确实，近期对额叶功能的研究说明工作记忆容量、执行性注意控制以及g都是具有相关的结构，都较强依赖DLPFC。
总之，对工作记忆个体差异的研究虽然在近几年来有了实质进展，但还需开展更多的后续研究。特别是对工作记忆容量和执行性控制注意的测量，急待运用各种类型的任务以展开进一步的实验任务分析。另外，还需要发展合理的分析技术和工具来厘清这些衡量工作记忆个体差异的任务与高级认知活动以及智力之间关系。