工作记忆综述

关于工作记忆的综述

孙磊学号2007511931

摘要1974年，Baddeley和Hitch在模拟短时记忆障碍的实验基础上提出了工作记忆的三系统概念，用“工作记忆”（working

memory，WM）替代原来的“短时记忆”（short-term memory，

STM）概念。工作记忆是一种对信息进行暂时加工和贮存的能

量有限的记忆系统，在许多复杂的认知活动中起重要作用。

关键词工作记忆，ERP研究，中央执行系统。

1、工作记忆的概述

工作记忆(working memory,WM)是指在执行认知任务过程中,

用于信息的暂时储存与加工的资源有限的系统[1]。WM被形容为人类

的认知中枢,是当前认知心理学和认知神经科学中最活跃的研究领域

之一。由于WM在人类高级认知活动中的突出重要性,Goldman-Rakic

把它评价为“也许是人类心理进化中最重要的成就”[2]。目前针对WM的机制,国际上已经提出十几个有影响的理论模型,其中最著名的

是Baddeley的多成分模型[3]。该模型认为WM由语音回路、视觉空

间模板和中央执行系统组成。语音回路负责以声音为基础的信息储存

与控制,视觉空间模板主要负责储存和加工视觉信息,中央执行系统

是WM的核心,负责各子系统之间以及它们与长时记忆的联系、注意资

源的协调和策略的选择与计划等。围绕该模型的验证和完善的研究一

直是WM研究的核心领域。

2、工作记忆的研究

工作记忆的ERP研究

WM的研究方法涵盖了认知心理学和认知神经科学的各主要研究技术。其中事件相关电位(event-related

potentials,ERPs)就是近年来在该领域应用日益增多的技

术。该技术的突出特点是能以精确到毫秒级的时间分辨率对

特定认知事件引发的脑电位进行实时性测量。该技术还能在

不需要被试做外显行为反应的情况下检测到内部心理过程的

变化。这些优势使ERP技术能对信息加工过程的不同阶段进

行明确的区分,而这种区分对建立科学的认知模型无疑具有

重要价值。不过由于ERP指标对自变量和无关变量都比较敏

感,因此以往主要被用于注意和感知觉等相对简单的认知机

制的研究。直到近些年随着WM实验范式得到不断创新,ERP

才越来越多地被用于WM核心领域的研究,取得了不少重要的

成果。

(一) 工作记忆的P300效应。P300是指ERP晚成分中

的第三个正波,由于最早发现的P3在刺激呈现后约300毫秒

出现,所以叫做P300,现在P300已成为含有多种子成分的家

族。许多研究表明P300与WM存在密切的关系。Donchin等

考察了典型的WM任务中的ERP效应,发现可以把P300的波幅

变化视为WM中情境更新的指标,WM任务复杂性越高,P300波

幅越大。他们还发现P300的潜伏期受知觉复杂性和任务难度

的影响,可视为刺激评估和分类时间的指标。Polich等也发现,在需要较多加工资源的任务中,如快速实现资源分配和信息保持的任务中,P300的潜伏期与认知能力之间呈现出稳定的关系。不过有关P300潜伏期的意义,也出现了一些不同的实验结果,如复杂任务中的ERP研究表明,P300的波幅与认知能力之间存在密切联系,而P300的潜伏期与认知操作和认知能力却没有关系。在一项五选一的反应时任务中,WM阅读广度高的被试产生了波幅更大的P300;在一个n-back任务中,随着WM负载增大,P300的波幅下降,且波幅与被试的韦氏智力测验成绩呈正相关[4]。而在这两种任务中P300的潜伏期均与认知能力无关。此外,还有一些研究发现P300的潜伏期与认知能力呈负相关,而P300的波幅与认知能力呈正相关。

(二)ERP与视觉工作记忆研究。ERP在视觉WM研究中的典型应用是对视觉空间、视觉客体和言语WM的电生理机制的区分。如前所述,Baddeley的三成分模型把WM分成视觉空间WM和言语WM两个附属系统。视觉空间系统可能又可以分成视觉客体WM和空间WM。ERP技术为这两种视觉系统内WM的区分以及它们与言语WM的区分提供了有力证据。

(三)ERP与言语工作记忆研究。ERP技术在言语WM研究中的应用一方面体现在其特异性成分的探讨上,如上文提及的Ruchkin等的研究;另一方面集中在言语WM的结构和机制方面的研究上。这里侧重介绍第二方面的研究。近年来有研

究者提出言语WM也可以像视觉WM一样可以进一步区分。如Caplan等指出,言语WM可分为解释性WM(interpretative working memory)和后解释性WM(post-interpretative working memory)[11]。前者负责言语模块化的自动加工,如句法的加工;后者负责言语中枢性的控制性加工,如对外部世界知识的探索。Caplan等通过PET技术为其言语WM的双重结构提供了证据。

综上所述,ERP技术在WM这一高级认知功能的研究中已经得到比较广泛和深入的应用。ERP已经被应用到WM领域很多关键问题的研究上,并已取得显著成果。这些研究为WM的内部过程提供了精确的时程信息,使研究者可以了解到不同类型的WM编码、保存、更新和中央执行控制的起止时间和在脑区的大致分布,为WM理论模型的发展和完善提供了重要数据。不过当前WM的ERP研究还存在一些不足。一些ERP成分的WM内涵还不是很明确,不同研究结果之间的分歧比较大,有些问题的研究还不够系统等。

2.2关于中央执行功能的研究

中央执行功能的研究要少于Baddeley模型中的其他成分，主要因为它很难与工作记忆的其他功能相分离。然而，Mirris和Johns设计了一种需要工作记忆储备不断刷新的任务，在屏幕中央逐个呈现一列字母，数字等，列的长度是从4到10随机的。每一列结束，被试要报告此列的最后4个项