工作记忆训练：一个很有价值的研究方向，本文主要内容关键词为：很有论文,研究方向论文,记忆论文,价值论文,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。
分类号 B842
1 引言
工作记忆(working memory，WM)是指个体在执行认知任务过程中，暂时储存与加工信息的能量有限的系统，被认为是人类认知活动的核心，是学习、推理、问题解决和智力活动的重要成分(Baddeley,1992，2001；Barrouillet，Mignon，& Thevenot，2008；Camos，2008)。工作记忆被形容为人类的认知中枢，是当前认知心理学、认知神经科学和发展心理学中最活跃的研究领域之一。大量的研究表明：工作记忆在个体的认知行为中起了不可替代的作用，已经被看作是个体在复杂认知行为中表现差异的重要的甚至是核心的因素（Caggiano，Jiang，& Parasuraman，2006；郭春彦，2007；蔡笑岳，苏静，2008）。
近年来的一些研究发现(Klingberg，Forssberg，& Westerberg，2002；Loomes，Rasmussen，Pei，Manji，& Andrew，2008；Lee，Lu，& Ko，2007；Turley-Ames & Whitfield，2003；Naumann，Richter,Christmarm，& Groeben，2008)，个体的工作记忆能力是可以通过训练提高的。工作记忆的训练研究涉及工作记忆与智力的关系问题，工作记忆与推理、问题解决、阅读、数学能力等复杂认知活动的关系问题，并为深入理解人类工作记忆的结构及发展规律等问题提供了理论基础。在教育领域，工作记忆的训练研究可以为特殊儿童（如多动症儿童、孤独症儿童以及学习障碍儿童等）的治疗、干预和教育辅导提供有效的帮助；在临床领域，工作记忆的训练可以为工作记忆缺陷个体的临床干预和治疗提供有效的工具，具有重要的实践意义。
本文将介绍国外关于多动症儿童(Attentiondeficit hyperactivity disorder，ADHD)、酒精谱系障碍儿童(Fetal alcohol spectrum disorder，FASD)等特殊儿童的工作记忆训练研究、不同的工作记忆策略训练研究、认知神经科学关于工作记忆训练的研究以及工作记忆训练与智力关系的研究。通过对工作记忆训练研究的介绍和梳理，以期为开发出一套更为科学的、系统的、针对不同特殊群体的、多重评价指标的工作记忆训练系统提供理论依据。
2 工作记忆训练研究
2.1 工作记忆是可以训练的——来自特殊儿童的证据
对于特殊儿童的工作记忆研究一直是工作记忆研究领域的一个热点。同样，对于工作记忆训练的证据最初也是来自于对特殊儿童的研究。通过对特殊儿童的工作记忆训练，研究者们发现，工作记忆训练显著提高了特殊儿童的工作记忆能力。通过工作记忆训练来提高特殊儿童的工作记忆能力，以此改善特殊儿童以工作记忆能力损伤为核心的发展障碍，进而提高他们的认知水平，为这些特殊儿童的临床干预和治疗提供了实证支持。
注意力缺陷多动障碍是一种在儿童期很常见的精神失调。其主要病征是：注意力涣散(inattentive)或集中困难(attention-deficit)、活动量过多(hyperactive)、自制力弱(impulsive)(American Psychiatric Association，1994)。而工作记忆缺陷是多动症儿童主要的认知缺陷，被认为与额叶受损有关(Kuntsi，Oosterlaan，& Stevenson，2001；Schweitzer，Faber，Grafton，Tune，Hoffman，& Kilts，2000)。Klingberg等人(2002)采用一种新的工作记忆训练任务对多动症儿童的工作记忆进行了训练。该研究选取了7～15岁的多动症儿童14名，其中7名多动症儿童接受了工作记忆训练，另外7名儿童作为控制组没有接受训练。训练前，所有被试均接受了以下五项测试：(1)视觉空间工作记忆任务(A visuo-spatial WM task)；(2)Corsi积木模板任务(Corsi block tapping task)；(3)Stroop色词干扰任务(Stroop task)；(4)瑞文彩色推理测试(Raven's Colored Progressive Matrices)；(5)选择反应时任务(Choice reaction time task)。测验结束后，实验组的7名儿童接受了以下四种工作记忆训练任务：(1)视觉空间工作记忆任务(A visuo-spatial WM task)；(2)数字广度任务(Backwards digit-span)；(3)词语广度任务(Letterspan task)；(4)选择反应时任务(Choice reaction time task)。训练采用阶梯训练法，即根据每个被试在训练任务中的表现和得分，逐步调整训练难度。训练每天最少20分钟，一周4～6天，至少5周。训练结束后，实验组和控制组的所有被试均接受之前的五项测试。研究结果显示：训练显著提高了个体的工作记忆能力。同时，训练还显著提高了没有经过训练的工作记忆任务的成绩以及瑞文彩色推理测试的成绩。另外，通过大量的头动测试表明，接受工作记忆训练的多动症儿童的肌动活动(motor activity)显著减少。
而在此之前，Cornoldi，Marzocchi，Belotti，Caroli，Meo和Braga(2001)对于多动症儿童工作记忆的研究表明：多动症儿童工作记忆的缺陷并不是由于存储障碍所引起的，而是抑制功能的缺陷导致其工作记忆的缺陷。抑制功能被认为是工作记忆中央执行系统的一个基本成分，为了保证工作记忆中执行系统的顺利进行，在注意转换中，需要抑制已自动化的加工，在刷新过程中，需要抑制不再有用的信息（Zacks & Hasher，1994；陈天勇，李德明，2005）。可见，Klingberg等人针对多动症儿童工作记忆能力的训练，实质上是提高了多动症儿童工作记忆中央执行能力，即对无关信息的抑制能力。在工作记忆任务训练中，多动症儿童的抑制能力得到提高和发展，并且临床症状得到缓解。
工作记忆缺陷同样被认为是酒精谱系障碍儿童关键的认知缺陷之一(Rasmussen，2005)。Loomes等人(2008)通过对工作记忆策略的训练来提高酒精谱系障碍儿童的言语工作记忆能力。参加研究的酒精谱系障碍儿童被分为了实验组和控制组，所有的被试均完成三次计数广度(digit span memory task)的测验。基线测试和预测之后，实验组的儿童接受工作记忆复述策略的训练(rehearsal training)。结果发现，通过工作记忆复述策略的训练，实验组儿童的言语工作记忆广度显著提高。而且，行为证据和儿童的自我报考显示出实验组儿童在训练后更多的采用了复述策略。
同样是针对特殊儿童工作记忆的训练，Loomes等人采取的是复述策略来对酒精谱系障碍儿童的工作记忆进行训练。但是，研究者使用复述策略对工作记忆进行训练，只是针对工作记忆的存储功能进行了相应的训练，并没有涉及到工作记忆最为核心的成分－中央执行系统，只是针对工作记忆的短时记忆的训练。而且，这种训练方法是否对空间工作记忆也有效？对改善酒精谱系障碍儿童的临床症状有无作用？还有待进一步的探讨。
2.2 工作记忆策略训练——多方法、多角度的训练
对于工作记忆策略的训练，也是工作记忆训练研究中的一个重要方面。研究者采用不同的工作记忆策略对不同的个体进行训练发现，不同的策略所起的作用不同，而且不同的策略对不同的个体以及工作记忆各个子系统的影响也不尽相同(Lee et al.,2007；Turley-Ames & Whitfield，2003；Naumann et al.,2008)。
Lee等人(2007)探讨了珠心算训练与音乐训练对儿童工作记忆的影响。训练前，实验组和控制组的被试均接受了数字广度(digit span)、非词广度(non-word span)、操作广度(operation span)、简单空间广度(simple spatial span)以及复杂空间广度(complex spatial span tasks)的工作记忆测验。研究结果发现，接受了珠心算训练的被试在简单空间广度上的得分显著提高，而在其他任务上的得分没有提高。研究还发现，对于成人而言，参加过音乐训练的被试在计数广度以及非词广度任务上的得分显著高于没有参加过音乐训练的被试；对于儿童而言，参加过音乐训练的被试在所有任务中的成绩都要优于控制组。
另外一项关于工作记忆策略训练的研究，探讨了不同策略对不同工作记忆能力个体的影响，以及训练前后工作记忆广度与阅读能力之间的关系(Turley-Ames & Whitfield，2003)。研究发现，使用复述策略对工作记忆进行训练，使得工作记忆广度提高。与其他的策略相比较，复述策略训练对于低工作记忆广度的个体更为有效。而且，在复述策略训练后，工作记忆广度与阅读能力之间的相关也得到提升。
研究者对不同的工作记忆训练策略进行比较，以寻求哪种策略更为有效、更为敏感，进一步深入和细化了工作记忆训练的研究。但是，这些训练策略，究竟训练或是提高了工作记忆中哪些成分和子系统？如珠心算训练与音乐训练，究竟是提高了工作记忆中的中央执行系统还是提高了存储功能？相关的研究均未能体现出来。
2.3 工作记忆训练改变大脑——来自认知神经科学的研究
近年来，随着认知神经科学的兴起和发展，脑电和脑成像的研究技术为人类认知的研究提供了强有力的研究手段。在工作记忆训练研究中，研究者们借助脑成像研究技术，为工作记忆的训练提供了更为客观的认知神经评价标准。研究发现，通过工作记忆训练，与工作记忆相关的脑区的激活有所增强。而且，研究者还进一步探讨了与工作记忆训练相关的大脑生化机制(Westerberg & Klingberg，2007；Olesen，Westerberg，& Klingberg，2004；McNab，Varrone，Farde，Jucaite，Bystritsky，Forssberg，& Klingberg，2009；Dahlin，Neely，Larsson，B
ckman，& Nyberg，2008)。
Westerberg等人(2007)在之前相关研究的基础之上，以视—空工作记忆任务(Avisuo-spatial WM task)、数字倒背(Backwards digit-span)以及字母广度(Letter-span task)三项任务作为工作记忆训练任务，对工作记忆的训练进行了一项fMRI研究。有三名成年被试参加了实验。训练中，训练任务的难度根据被试的表现和得分逐步提高。被试每天每个任务进行30个trials的训练，每天训练将近40分钟。在训练前和训练后被试分别进行了工作记忆任务和基线任务的扫描（任务见图1）。
图1 Westerberg等人(2007)采用的工作记忆扫描任务示意图
注：每个线索（红色实心圆圈）呈现900ms，线索之间间隔500ms。被试要求记住每一个点的位置以及出现的顺序。当最后一个线索呈现完毕之后，有1000ms的间隔，紧接着呈现2000ms的探测刺激。探测刺激为一个填有1-5数字的圆圈。如图所示，被试的任务是判断这个探测刺激是否与之前第3个方格中呈现的刺激位置相同。只有当位置和顺序都一致时，被试按键回答“是”，否则被试按键回答“否”。
研究发现，训练后，与工作记忆相关的脑区－额中回和额下回(middle and inferior frontal gyrus)的激活显著增强了。而这种脑区激活的增加，并不是由于训练前没有被激活脑区的激活所导致。相反，这种脑区激活的增强被认为是原有激活脑区上的增强。McNab等人(2009)进一步探讨了与工作记忆训练相关的大脑生化机制。研究者在5周多的时间里，针对额叶前部(prefrontal)和颅顶部(parietal)多巴胺D1(Dopamine D1)结合的电位变化，进行了长达14个小时的训练。研究结果发现，对工作记忆进行训练，提高了工作记忆能力，这与大脑皮层多巴胺D1受体密度的改变有关。工作记忆作为人类认知能力的一个重要功能，依赖于有足够多巴胺神经传递。多巴胺DI受体系统的可塑性，表明了记忆活动与大脑生物化学机制之间的相互作用。
工作记忆的脑成像研究证明了大脑前额叶对于工作记忆的重要作用，而这主要体现在前额叶在执行加工中的作用。研究表明，前额叶在工作记忆中的作用相当复杂，包括对记忆信息的注意和抑制、管理、整合等功能，被认为与中央执行系统有关（Smith & Jonides，1999；刘昌，2002）。而Westerberg等人(2007)的研究结果证明，对于工作记忆的训练，实质上是针对工作记忆中央执行系统的训练，训练任务增强了与中央执行系统有关脑区－前额叶的激活。
2.4 工作记忆训练提升智力——一项具有争议的研究
工作记忆与智力的关系一直是工作记忆研究领域一个颇具争议的问题（党彩萍，刘昌，2009；Ackerman，Beier，& Boyle，2005）。Jaeggi等人在2008年的一项研究中发现(Jaeggi，Buschkuehl，Jonides，& Perrig，2008)，工作记忆训练可以提高个体的流体智力(fluid intelligence)。
Jaeggi等人(2008)的研究采用“n-back”任务对个体工作记忆进行训练，接受工作记忆训练的被试被随机分为四组，分别接受为期8天、12天、17天以及19天的训练，训练前和训练后被试均接受智力测试。研究结果发现，与控制组相比，实验组的智力水平得到显著提高，而且，训练的时间越长、智力水平提高越多。这项研究在理论层面上对原有的智力与认知理论以及相关理论模型提出了挑战，在应用层面上，研究结果对于教育领域、临床治疗领域提供了帮助和指导。
同样，这项研究也带来许多的争议和质疑(Sternberg，2008；Moody，2009)。Sternberg(2008)和Moody(2009)对研究的内部效度、外推效度以及研究信度等方面提出了异议。例如，工作记忆的任务很多，为什么只采用“n-back”任务对工作记忆进行训练，采用其他任务结果会怎样？对于流体智力测试，研究采用了标准的智力测试——瑞文推力测试，但是瑞文推力测试是否真的能代表个体的智力水平？为什么不采用多重指标？研究为什么没有考虑到安慰剂效应？在该领域，目前为止只有这一项研究，应考虑多一些类似的研究，增加研究结果的可信度；研究的样本容量太少，影响了研究结果的外推效度等等。
工作记忆和智力关系的研究表明：工作记忆的中央执行系统和一般流体智力在大脑前额区存在重叠，而且工作记忆中央执行系统中的更新功能与前额皮层联系密切（Kane & Engle，2002；Collette & Vander Linden，2002；党彩萍，刘昌，2009）。在Jaeggi等人的研究中采用“n-back”任务对工作记忆进行训练，再次说明工作记忆训练的实质在于对其中央执行系统的训练，研究实际上是通过对工作记忆中央执行系统中更新功能的训练，提升了个体的智力水平。
3 问题与展望
3.1 工作记忆训练内容混乱，训练什么？
在以往工作记忆训练研究中，不同的研究者采用了不同的训练方法，如：有的研究者采用视觉空间工作记忆任务、数字广度任务、词语广度任务、选择反应时等任务作为工作记忆训练任务(Klingberg et al.,2002)，有的研究者是采用复述等策略训练(Lee et al.,2007；Turley-Ames & Whitfield，2003；Naumann et al.,2008)，有的则是采用“n-back”任务训练(Jaeggi et al.,2008)。为什么选择相应的任务进行训练？工作记忆作为一种重要的认知能力，具有复杂的结构，这些任务究竟训练了工作记忆中的哪些方面？
如前所述，在工作记忆训练中多动症儿童工作记忆能力的提高(Klingberg et al.,2002)，智力水平的提高(Jaeggi et al.,2008)，以及工作记忆训练增加前额叶激活(Westerberg & Klingberg，2007)等证据说明，通过工作记忆训练使得工作记忆能力提高，都与中央执行系统有关。而之前的一些研究，都表明工作记忆的中央执行系统在高级认知活动中起着至关重要的作用。如，Swanson(1996)等发现，学习困难儿童与正常儿童在工作记忆上的差异不在于存储能力，而在于中央执行能力；许多关于工作记忆与智力的研究表明，工作记忆，尤其是它的中央执行系统，与流体智力关系密切(Conway，Cowan，Bunting，Therriault，& Minkoff，2002；Kane，Hambrick，& Conway，2005)；更有研究者认为，所谓的工作记忆能力实际上就是指中央执行能力(Engle，2002)。中央执行系统作为工作记忆的核心，控制着工作记忆的整个加工过程，中央执行系统通过与注意机制相结合来协调和控制视觉空间模板和语音回路两个子系统之间的活动，同时与长时记忆保持联系(Baddeley，1992，2001)。
无论是工作记忆训练的研究，还是之前工作记忆与复杂认知活动关系的研究，都表明工作记忆训练的核心和重点应当是对中央执行系统的训练。基于此，如何开展关于工作记忆中“纯”中央执行能力训练，将是今后工作记忆训练研究的一个重点。在今后的研究中，可以考虑从训练工作记忆的中央执行功能入手，采用已有的任务和范式，如Stroop范式，停止信号任务，活动记忆范式、注意转换任务等训练个体对言语信息和空间信息的抑制、转换和刷新能力，以达到提高言语和空间工作记忆能力的效果。
3.2 工作记忆训练过程不够严谨，如何训练？
目前，由于对工作记忆训练的研究还处于探索阶段，大多数研究者对于训练的过程控制不够严谨，没有考虑到无关变量对于训练结果的影响。如在相关的研究中，实验者效应和安慰剂效应等无关变量没有得到很好的控制。因此，在今后的工作记忆训练研究中，应当采用双盲实验，以控制实验者效应。另外，可以在控制组加入与工作记忆训练任务无关的认知任务，以消除安慰剂效应。这将有利于增加研究的内部效度，提高研究结果的可靠性，进一步完善工作记忆训练的研究。
3.3 工作记忆训练的测量任务不统一，如何有效地测量？
在工作记忆训练研究中，不同的研究者对于工作记忆的测量采用了不同的指标。如，有的研究者采用视觉空间工作记忆任务、Corsi积木模板任务、Stroop色词干扰任务等作为工作记忆的测量任务(Klingberg et al.,2002)，有的研究者是采用数字广度、非词广度、操作广度、简单空间广度和复杂空间广度(Lee et al.,2007)，有的则是采用的是计数广度任务(Loomes et al.,2008)。测量任务不统一，造成训练结果之间很难进行比较。而且，之前的研究对于工作记忆的测量过于笼统，未对工作记忆的各个成份加以分别测量，因此，在今后的工作记忆训练研究中，应不断改进和统一对工作记忆的测量方法，选取更具代表性、敏感的工作记忆任务作为测量任务。
3.4 工作记忆训练评价指标单一，如何多元评价？
在工作记忆训练研究中，对于工作记忆训练效果的测量，不同的研究者采用了不同的评价指标。大多数研究采用“前测－后测”的方法，比较训练前后被试在相同工作记忆任务中得分的差异，以此来考察训练是否有效。但是，只采取单一的指标衡量训练效果，势必会影响研究结果的可靠性。应考虑在今后的研究中，为工作记忆训练提供多重的指标，如采用阅读能力、数学能力、学业成绩等多重校标，借助ERP、眼动等技术手段为工作记忆训练系统寻找客观的、准确的神经活动和眼动活动指标。
特殊儿童工作记忆的训练、老年人工作记忆的训练不仅仅是检验工作记忆训练是否有效的重要途径，而且是工作记忆训练理论建构和效果评估的有机组成部分。如有研究表明（王晓芳，刘潇楠，罗新玉，周仁来，2009），数学障碍儿童工作记忆中抑制能力随着年龄的增长而不断发展。这说明，学习困难儿童的工作记忆能力存在发展迟缓的问题，可以通过训练手段改善这一状况。而工作记忆也被认为是多种认知功能老化的重要中介变量（Conway et al.,2002；彭华茂，张凌，申继亮，2009）。特殊儿童和老年人工作记忆的训练可以为工作记忆缺陷的特殊儿童提供临床治疗，帮助老年人延缓认知衰老，这些应用的结果将会变得非常诱人。因此，在之后的研究中，可以进一步运用工作记忆训练方法，帮助学习困难儿童摆脱学习困难，提高学业成绩；通过工作记忆训练帮助老年人延缓认知老化，为工作记忆训练的应用提供更为广阔的空间。
收稿日期：2009-10-15