工作记忆中的存储与加工：理论演变与新趋势，本文主要内容关键词为：新趋势论文,理论论文,加工论文,工作论文,记忆中论文，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。
一、引言
存储与加工是认知心理学研究中的两个重要命题。当Baddeley和Hitch这两位英国心理学家于1974年首次提出工作记忆的概念时，其对于短时记忆的突破就在于，它将有限容量信息的暂时性存储拓展为信息的同时性存储与加工[1] (P33～34)。从工作记忆模型提出至今，大量的研究已经证实，工作记忆对于语言理解、阅读、数学及一般流体智力等高级认知功能的个体差异及其发展具有重要的影响。
在这种广泛的探讨中，有关工作记忆存储与加工的性质及其关系作为该领域的基础性问题，一直受到研究者的关注。早期研究中，较具代表性的是Hitch于1978年进行的两项工作[2] [3] (P331～338)。以心算认知任务为实验材料，Hitch从信息存储与加工的角度对成人在心算任务中的表现进行了考察。研究发现，心算过程中对于信息的遗忘是心算发生错误的重要原因。在此基础上，Hitch提出了一般问题解决的衰退模型，认为在信息加工中，存在着工作记忆的信息衰退。这个模型可以较好地解释在进位、书写笔记以及不同计算策略及输出顺序发生变化时，心算成绩发生变化的原因。
虽然这两项研究在实验设计上略显粗糙，但其研究视角、实验材料和理论建构等都对后继的研究具有重要的影响。在实验范式上，从20世纪70年代中期到现在的20余年间，通过操纵时间间隔、题目数量和借进位等难度变量以及改变呈现方式等作为研究手段，这在以后的研究中得到了广泛的使用与扩展[4]。在理论上，Hitch提出的一般问题解决的衰退模型为后来工作记忆存储与加工方面的理论演变提供了思维的源泉[5]。
虽然工作记忆概念提出的早期对于存储和加工的研究已有所涉及，但无论是在研究的广度和深度上都亟待进一步加强。本文以下将着重介绍近期及当前的理论演变与研究热点。
二、速度——广度关系及相关理论模型
20世纪80年代，加拿大的心理学家罗比·凯斯(R.Case)作为新皮亚杰主义的代表人物在儿童高级认知的研究领域进行了许多创造性的工作。他提出了工作记忆资源的权衡模型(trade-off model)，即资源分配说(resource-sharing account)[6] (P350～365)，并借助巧妙的实验设计发现了工作记忆中的速度——广度关系，对后来工作记忆的研究，尤其是存储与加工关系的研究，产生了深刻的影响。
(一)资源权衡模型
凯斯提出的资源权衡模型是建立在当时认知心理学界一个悬而未决的理论问题之上的。20世纪70年代，认知心理学家通过大量的研究发现，短时存储空间的增长在儿童的认知发展中扮演着重要的角色。但是，短时存储空间本身的增长又由何产生？已经得出的结论是，记忆策略以及高级信息组块的发展是其中两个重要因素。但是，进一步的研究表明，即使控制了这两个方面，仍有一部分的差异无法解释。面对这种情况，凯斯提出，如果将工作记忆的容量近似地看作是总的加工空间，那么它可以分为操作空间和短时存储空间两部分。儿童在短时存储空间上表现出的差异主要是由于操作空间大小的不同引起的，但是，总的加工空间保持不变。这就是凯斯的资源权衡模型[6] (P350～365)。
为了验证这个模型，凯斯及其合作者[7] 设计了这样一个实验，他们让6～12岁的儿童去数卡片上的目标物，并要求儿童在数数的同时记住每张卡片目标物的个数。这样，儿童在进行操作加工(数数)的同时，还必须进行信息的短时存储(记数)。儿童数数的速度反映操作空间的效率及大小，而记得的个数反映了存储空间的大小，即数数广度。实验结果发现，在儿童的数数速度与广度之间出现了令人惊奇的线性关系，即随着儿童年龄的增长，速度加快了，广度也明显增加了。实验结果中广度与速度的这种规律性关系，反映出存储空间与操作空间“此消彼长”的权衡特点，很好地验证了凯斯的资源权衡模型。
近来，研究者从不同角度对凯斯的实验结果进行验证，得到了比较一致的结论。在Adams和Hitch的研究中[4]，他们对7～11岁的英语和德语儿童进行了心算加法广度和速度的测量，结果发现，在广度和速度之间同样出现了线性的规律性变化，并且这种关系不随语言和文化的改变而变化。张奇、林崇德等的研究[8] 同样表明，小学各年级儿童口算加法的速度与广度具有随年级增长而增加的总趋势。
(二)任务转换说
数数任务上的这种速度——广度关系，资源权衡模型将其看作是一种“任务难度效应”[5]，即对于不同年龄的儿童而言，任务的相对难度不同，因此造成了加工速度和存储广度的相应变化。凯斯的研究[6] (P350～365)发现，当让成人用无意义音节来进行数数任务时，他们的速度和广度都降到了6岁儿童的水平。对于这种观点，Towse和Hitch近来提出质疑[5]：任务难度对于工作记忆广度的这种影响，也许是由于加工时间的增加而导致更多的遗忘造成的。
Towse和Hitch将他们的理论假说称为“任务转换说”(task-switching account)，认为儿童可以在刺激呈现时进行数数，在刺激消失时进行结果的存储。基于这种任务间转换的策略，广度与速度之间的关系可以简单地解释为，在任务的加工阶段，存储的结果逐渐被遗忘，加工的速度越慢，时间越长，遗忘得越多，广度也就越小。
根据任务转换理论，Towse和Hitch等人进行了相关的实验研究[5] [9] [10]。他们[5] 通过改变任务难度和任务时间发现，对于每一个年龄组，工作记忆广度都是数数运算总时间的函数，而数数任务的难度对于广度却没有影响。根据资源权衡模型，数数广度应该对任务难度比较敏感，但是按照任务转换模型，主要的影响因素是加工持续的时间，即任务时间。可见，实验结果支持了任务转换模型。在随后的研究中[9]，研究者又对6～11岁学龄儿童的数数广度、运算广度以及阅读广度进行了更为细致的考察，发现在控制总的加工难度不变的情况下，随着刺激项目存储时间间隔的延长，广度下降。依靠经典的资源权衡模型，这些实验现象是无法解释的。
(三)模型的比较与评价
资源权衡模型是近二十余年来工作记忆研究乃至认知心理学研究中非常重要的一个理论模型。如何看待任务转换说对它提出的挑战？两种理论最根本的冲突在哪里？对于资源权衡模型而言，最基础的理论假设是总的认知空间是一定的，操作空间和存储空间是相互依赖，非独立的，一方空间的增加是以另一方空间的减少为代价的。但是，从任务转换说来看，导致存储广度下降的直接原因是由于加工时间延长而带来的遗忘，也就是说时间是引发存储与加工相互影响的中介，加工与存储本身应该是相对独立的。因此，从这个意义上来说，资源权衡模型在本质上是一种单一资源的模型，而任务转换说支持的是一种彼此相对独立的多系统模型，二者分歧明显。
但是，资源权衡模型仍然具有理论上的生命力。“时间”是任务转换说的核心概念，带有信息加工的特点。但是，如果我们将资源权衡模型进行扩展，将时间的因素也考虑进来的话，那么，支持任务转换说的那些实证研究仍然可以被资源权衡模型所解释。而任务转换说，诚如其提出者所言：“并不能为工作记忆的广度提供一个完整的解释，并且其他机制也应该包括其中”[10]。
三、工作记忆存储与加工的性质
(一)领域一般性与领域特殊性
对于领域一般性与领域特殊性的探讨是许多心理学研究领域中的热点问题。伴随着工作记忆研究的深入，研究者们发现，对于工作记忆存储与加工领域一般性与特殊性问题的了解却进展甚微。近年来，这方面的研究成为这个领域的关注点之一。
对于工作记忆广度最早的测验形式来自于Daneman和Carpenter(1980)发展的阅读广度和听力广度任务。这两项任务的提出者认为，这种形式的广度测验只适用于对于语言方面的存储和加工容量的考察。随后Danemen和Tardif(1987)进一步提出，工作记忆广度任务的预测能力与这种任务所要求的特定加工有着直接相关[11]。
与这种领域特殊性的看法不同，Engle及其同事提出了领域一般性的观点[12]。他们发现，言语和数字工作记忆广度对于成人的一般成就具有同等的预测力。并且有研究表明，不同测量形式的工作记忆成绩均与一般能力表现具有较高的相关(Kyllonen & Christal,1990)。
但是，Shah及Miyake却对此提出了反驳[13]。在他们的研究中，言语工作记忆和空间工作记忆存在着分离。在言语工作记忆上的成绩与言语能力的表现存在着相关，而与空间能力却没有。反之，在空间工作记忆上也具有这种领域特殊性的特点。
为了对上述争执作出回答，Bayliss等人分别以儿童和成人为被试，对工作记忆广度任务中的加工效能和存储容量进行了考查[11]。结果发现，加工效能体现了领域一般性的特点，而存储容量则具有领域特殊性，它们分别独立地影响着个体在工作记忆广度上的表现，而残差部分，则可能反映了对于存储和加工部分的协调能力。可以看出，对于有关工作记忆存储与加工领域一般性和领域特殊性的讨论，这项研究的结果支持了一种中间调和的观点。
(二)工作记忆与短时记忆的比较与分析
工作记忆概念的提出是建立在短时记忆概念的基础之上的，经过长期的研究实践，研究者们认识到，要想对工作记忆存储与加工的性质达到更深入的了解，就需要对二者的性质进行细致的比较与分析。
虽然工作记忆和短时记忆在认知心理学中具有重要的意义，但在相当一段时期内，二者的关系问题却处于一种模棱两可的状态。Anderson认为工作记忆与短时记忆是相似的[14] (P150)，而有研究者(Seamon & Kenrick,1994)则将工作记忆的概念包括在短时记忆之中[15]。与上述观点相反，Cowan指出，短时记忆是工作记忆的一部分[16] (P100)。
对于工作记忆与短时记忆在概念上的异同，Cowan认为[16]，短时记忆可以认为是超过了某一基线而激活的长时记忆中的项目，工作记忆则既有短时记忆的成分又包含着有限容量控制注意的加工。因此，短时记忆是一种简单的存储成分，而工作记忆则由存储成分和注意成分组成。
工作记忆与短时记忆的关系究竟如何？如果工作记忆容量和短时记忆容量实际上反映了两种不同的认知限制性，那么，这种限制性如何分别地影响着个体高级认知任务上的表现？由于一般流体智力较能体现高级认知的加工能力，因此，有研究者从工作记忆、短时记忆和一般流体智力三者关系的角度，对上述问题进行了探讨。Engle等人在对这些变量的结构方程模型进行分析后认为[15]，短时记忆与工作记忆既代表着不同的结构，二者之间又有着高度的相关。工作记忆与流体智力之间有着较强的联系，而短时记忆却并没有体现出这一点。从这个方面来看，工作记忆的加工成分与流体智力在保持表征的激活方面可能代表了相同的领域一般性的能力，而这种能力在面临干扰和分心时显得尤为必要和突出。
除对工作记忆与短时记忆进行比较分析外，还有研究者另辟蹊径，通过吸收短时记忆研究中特定的测量手段和研究思路，来拓展和加深对于工作记忆存储和加工性质的理解。Cowan等人在对于工作记忆广度任务的研究中[17] 沿用短时记忆研究中的分析思路，将回忆的反应时作为研究的一个重要变量引入。结果表明，在阅读广度和听力广度任务上的反应时间要比其他广度任务上的要长，这意味着被试在这些任务上花费了一定的时间来提取语义或语言结构作为线索进行回忆。这种精细化的分析方法，既有助于研究者解释不同被试在广度测验表现上的差异，同时也有助于理解不同工作记忆广度之间领域一般性和特殊性的内在机制。
(三)工作记忆多成分模型
对于工作记忆存储与加工性质的问题，可以从Baddeley和Hitch提出的工作记忆多成分模型的理论[1] (P33～34)角度进行较为全面的理解。在这个模型中，工作记忆主要包括三个成分：中央执行(central executive)、语音环(phonological loop)和视空间模板(visuo-spatial sketch pad)。其中，语音环主要负责存储以声音为基础的信息；视空间模板主要负责存储视觉和空间信息；中央执行是工作记忆核心的加工成分，具有监控和协调的功能。虽然有关工作记忆的模型不断涌现，但迄今为止，Baddeley和Hitch的多成分模型一直是最受青睐的一个。
在对工作记忆存储与加工领域一般性和领域特殊性问题的探讨上，根据工作记忆多成分模型，工作记忆的加工功能主要由中央执行来承担。由于在各种工作记忆广度测验中，都需要进行一定的加工，即中央执行的参与，因此，中央执行的效能如何就成为制约工作记忆广度任务表现及其相应预测力的领域一般性因素。语音环和视空间模板是工作记忆中负责信息存储的伺服系统，它们存储的信息类型并不相同，具有领域特殊性。因此，工作记忆多成分模型从理论层面回答了有关工作记忆存储和加工领域一般性和领域特殊性的问题。
在工作记忆与短时记忆的比较上，工作记忆多成分模型也提供了相应的理论视角。与短时记忆单纯强调存储的功能相比，工作记忆同时具有存储与加工的性质。这些特点反映在多成分模型中就体现为，当不需要中央执行的加工，仅依赖语音环或视空间模板的存储时，主要涉及的是短时记忆，而当同时要求中央执行的参与时，涉及的则是工作记忆。因此，从这个意义上说，短时记忆仅是工作记忆的一部分。
四、探讨工作记忆的新视角
虽然上述研究与理论为我们理解工作记忆存储与加工的关系与性质提供了相关的实证和理论依据，但是，其中依然存在着许多问题有待于研究者的进一步探索。
第一，在对于工作记忆存储与加工关系的研究上，凯斯经典的“资源权衡模型”受到了来自Towse和Hitch“任务转换说”的挑战。但近来有研究表明，时间的消耗也许并不是影响儿童在工作记忆广度表现上的唯一因素。Barrouillet和Camos在研究中通过改变工作记忆广度任务中的加工负荷(数数或问题解决相对于重复地说“爸爸”一词)发现，时间的长短以及负荷的大小都对工作记忆广度任务上的表现有作用[18]。这说明，在工作记忆存储与加工的关系上，加工本身所包含的具体性质：时间、负荷等都会对二者的关系产生具体的影响。但是，其中具体的机制是什么？经典的资源权衡模型是否就被推翻了？对于这些问题，尚不能做出结论。
第二，在对工作记忆存储与加工性质的理解上，Baddeley和Hitch提出的工作记忆多成分模型提供了较令人信服的理论依据。但是，目前有关工作记忆的理论模型众多，说法不一。如近来Oberauer等提出[19]，可以将工作记忆划分为两个层面：功能层面(functional facet)和内容层面(content facet)。内容层面包括视空间信息与言语和数字信息两大类，功能层面包括同时性的加工和存储(simultaneous storage and processing)、监控(supervision)以及协调(coordination)等三个子功能。Oberauer的这个模型对于存储与加工领域一般性和领域特殊性的问题也可以进行较好的解释，并且它在一定程度上更符合Bayliss等人的研究结果[11]。因此，要想对于工作记忆存储与加工的性质进行更深入的了解，首先要对工作记忆的理论模型有着更深刻的认识，并且要建立在对于工作记忆的“加工”的具体内涵有着较为明确统一的看法的基础上，而后者正是当前工作记忆研究领域中探讨最为热烈的问题之一。
第三，在上述研究的理论与实践取向上，还有一个问题不容忽视，这就是工作记忆存储与加工的关系和性质与儿童认知发展的联系。凯斯等人的研究已表明[7]，工作记忆广度在儿童的学龄期有着稳定的增长。由于这种可控的变化性，从儿童工作记忆容量发展的视角来探讨工作记忆存储与加工的关系与性质，是许多研究者的切入点之一。除凯斯外，在Hitch和Towse[5] 以及Cowan等人[17] 的研究中，都选取了儿童为被试，以他们在工作记忆广度上的变化来折射存储和加工之间的结构关系。
与这种研究思路相对应，儿童在工作记忆存储和加工能力上的发展及其差异也受到了一些研究者的关注。Bayliss等人的研究表明[11]，儿童在工作记忆广度任务中对于存储和加工的协调能力可以预测他们在学业上的成就。金志成、隋洁也在研究中发现[20]，学困生与学优生在工作记忆容量上存在差异，学困生工作记忆容量低主要是由于其存储能力造成的。研究者提出，可以考虑加强训练学生的存储能力，以提高工作记忆容量来改善学业。
无论是从儿童工作记忆容量的发展来看存储和加工的关系，还是逆转思路，从存储和加工的角度来关注儿童工作记忆及其认知的发展变化，这些研究都表明，二者的结合及其进一步的探讨对于工作记忆及儿童认知发展的研究都具有独特的理论和实践意义。
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