工作记忆的文献综述.docx

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工作记忆的文献综述

工作记忆的文献综述

一工作记忆的概念

（一）工作记忆的提出与发展

工作记忆最早是由Miller等人（Miller，Galanter，&Pribram，1960）在他们的经典力作《行为的计划与结构》中提出，后来工作记忆被用在计算模型上（Newell&Simon，1972），以及一些要求动物在实验中保持信息的动物学习研究中（Olton，1979）。

随着认知心理学的深入研究，工作记忆被运用于包括临时维持和处理信息的系统。

工作记忆（workingMemory，WM）是一个允许同时贮存和管理临时信息过程的有限容量系统，是使信息有益于得到更深一步加工而在活动过程中维持和管理临时信息的过程（Baddeley，1986，2000，2003）。

（二）工作记忆模型

AtkinsonandShiffrin（1968）把工作记忆运用到单一的短时记忆贮存器中，而Baddeley和Hitch（1974）把工作记忆用于包括多成分的系统中。

Baddeley和Hitch在模拟短时记忆障碍的实验基础上，从两种记忆存储库理论中的短时记忆的概念出发，提出了工作记忆的三系统概念，用“工作记忆”代替了原来“短时记忆”的概念，工作记忆分成三个子成分，分别是中枢执行系统、视觉空间初步加工系统和语音回路。

2000年，Baddeley在对原有工作记忆模型基础上进行了修改，提出了情景缓冲器概念，作为对三系统概念缺陷的补充。

目前，Baddeley的新工作记忆模型的国内外研究者公认的工作记忆模型。

工作记忆的中央执行系统是工作记忆的核心，也是解释个体差异的核心。

一般情况下，判断工作记忆的个体差异并不能完全根据完成任务的优劣情况，因为工作记忆能力高的个体并不一定总会比工作记忆能力低的个体更好地完成某一任务。

但是，如果对任务加以干扰，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能力（executiveattention。

onirol），其功能可以控制注意指向目标刺激，从而抑制无关的干扰，从这个意义而言，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（Engle，cantor，Carullo，1992）。

Engle（1992，2001）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。

此外，抑制也是中央执行系统功能的重要作用机制。

抑制就是由于另一较强信息单位的活动使得先前信息单位激活水平下降。

抑制机制对中央执行功能的作用主要体现在下面两个方面:

第一，它阻止无关信息进入工作记忆，并且对已进入工作记忆的无关信息进行快速压制;第二，它使个体对先前加工过的但与当前记忆任务暂时没有关联的信息进行控制，从而把工作记忆的资源限制在当前任务或者与目标相关的范围之内。

视觉一空间模板（或称视一空工作记忆）是工作记忆的一个附属系统，主要负责对视觉信息在接受进一步处理前的暂时存储。

视觉空间模板主要处理视觉空间信息，在视觉空间画板的研究上，大量证据表明视觉空间WM本身又可分成一些独立的子成分，如:

脑成像研究发现视觉客体信息和视觉空间信息的WM激活了各自独立的特殊脑区，对视觉信息复述机制的研究也取得了一定进展。

视觉空间画板可细分为视觉缓存visualcache）和内部抄写器（innerscribe）两个成分。

前者主要用于视觉信息的被动储存，后者主要参与视空信息的动态操作和复述。

语音环路（又称语音工作记忆）是工作记忆成分模型中又一个重要的部分。

1998年Baddeley,Gathercole&Papagno等人提出“语音回路是一种为了短暂保持语言刺激和再认而存在的系统”，这些功能只不过是一些派生的功能，而语音回路的真正机能是“语言习得”，并且提出了有关语音回路结构的一些理论观点。

语音环负责以声音为主的基础信息的储存与控制，该子系统也由两部分组成，一部分是语音存储，另一部分是发音控制加工。

人们对语音回路的进化论意义有了深入了解。

以往的研究主要考察语音回路在言语性刺激暂时保存中的作用，最近Bdadelye等指出，这种保存只是派生的机能，语音回路真正的机能在于语言掌握，对于它的测量主要通过言语复述任务来进行，如数字或词的短时记忆广度任务（王明怡等，2005）。

这部分之所以重要是因为他们不仅涉及了有关语音回路结构方面，还涉及到了有关语音回路与常时记忆之间关系，以及工作记忆与长时记忆关系的内容，所以在工作记忆的研究方面是有着重要作用的。

（三）工作记忆与短时记忆的区别[]

直到今天很多教科书都还依旧将工作记忆等同于短时记忆（如张春兴的《现代心理学》等等）。

虽然短时记忆与工作记忆的含义以及概念有相通的地方，但是短时记忆与工作记忆是不同的两个概念，并且对于这两个概念应该从机能的角度和构成的角度两个方面加以区分。

第一，从机能的角度加以区分。

如果从机能的角度考虑工作记忆，它所保持、存储的信息是以后复杂的认知活动中不可缺少的，并且基于这种存储基础上的处理与加工是以后复杂的认知活动的前提条件。

举一个例子，比如说心算中的记忆就是一种工作记忆。

而短时记忆的机能仅仅是起到对信息的存储作用，其存储的信息未必一定是下一步认知活动所要运用到的信息，比如说我们要打电话，所查到的一个电话号码，我们拨过这个电话以后就忘了。

如果仅从对信息的存储这一角度考虑，工作记忆与短时记忆是相通的，但是在机能方面工作记忆比短时记忆，多了一个前期的加工功能。

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第二，从构成的角度加以区分。

与机能的角度不同的是，工作记忆与短时记忆在系统结构，构成水平上的区分是相当复杂的。

工作记忆系统与短时记忆系统到底是两个完全独立的系统，还是短时记忆系统包含工作记忆系统，还是反之，这一直都是人们争论的话题。

但是支持工作记忆系统包含短时记忆系统的人要相对多一些。

Baddeley&Logie于2002年、Cowan于1999年的研究都支持这种观点。

用Engle的话说就是，工作记忆系统是由“短时记忆”和“控制加工机能”两个部分构成的。

但是必须指出的是这里的“短时记忆”指的是“短时记忆存储库”。

按照两种记忆存储库理论的观点，短时记忆的存储仅仅靠“短时记忆存储库”这一个单一的功能是无法实现的。

要想实现短时记忆的机能，“控制加工机能”是不可缺少的重要部分。

从这个观点出发“工作记忆”与“短时记忆”在组成结构上并没有大的差别，都是由“短时记忆”和“控制加工机能”所构成的。

但是“工作记忆”与“短时记忆”在组成结构的差别上就在于工作方式上的不同，“控制加工机能”比“短时记忆”更依赖于“控制加工机能”，并且这种“控制加工机能”不仅仅是一种保持机能，在此基础上为了更好的支持认知活动中记忆，还担当着更加复杂的任务。

二工作记忆与学习困难的研究[]

WM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。

目前,WM已成为儿童学习困难研究中的焦点问题。

大量研究发现,儿童的WM能力与其学业成绩密切相关。

WM能力与阅读、数学、言语理解等成绩之间的确定关联已得到证实。

（一）阅读困难儿童的WM研究

许多研究显示,阅读困难（readingdisabilities,RD）儿童与阅读正常儿童之间在阅读、写作以及其他认知功能方面的差异可以归因于WM的缺陷。

多数研究认为RD儿童的言语WM能力显着低于视空间WM能力,这一差异被认为是RD儿童语音储存系统缺陷所致。

因此,关于RD的WM研究主要集中于Baddeley多成分WM模型的语音环方面[9]。

研究发现,RD儿童对生词或无意义单词的发音能力低于非RD儿童[10];另有研究显示,诵读困难（dyslexia）的一个最主要特征是缺乏适当的单词辨认技能[9]。

Poblano等研究发现,诵读困难儿童语音加工能力低于控制组而执行加工能力与控制组无差异[11]。

这些结果均提示RD儿童对语音系统的运用或操作存在缺陷。

deJong[12]曾对一组阅读困难儿童的WM作过较全面系统的研究。

研究对象为18名RD儿童,18名同龄阅读正常儿童和18名低龄阅读水平匹配儿童。

研究内容涉及一般短时记忆容量（单词广度和数字广度）、WM容量（计算广度、阅读广度、计数广度）、执行加工（星星计数测验,starcountingtest,SCT）、加工速度（计算速度、阅读速度、计数速度、视觉搜寻速度）等方面。

结果发现,RD组各项WM成绩（阅读广度、计算广度和计数广度）均低于对照组,并且这种差异不能用加工效能缺陷来解释。

Swanson等关于RD儿童的一系列研究也证明,RD儿童存在言语WM缺陷,并且这种缺陷似乎不能解释为加工效能不足,而更可能是储存容量受限所致,因为提供提取支持（线索提示）并未使RD的WM成绩获得明显改善[10,13-16]。

有关正常学习儿童或优秀学生的研究也发现,高单词广度与高语言能力相关,而高数字广度与高数学能力相关[17],提示语音系统与阅读和言语能力有关。

在上述众多研究指出RD存在语音系统缺陷的同时,也有不少研究认为,RD的WM损害不仅累及语音系统,也可能涉及视空间系统和更一般性的中央执行系统。

Swanson同时采用言语WM任务（语音广度、语义联想）和视空间WM任务（视觉矩阵）对不同年龄组（7岁、10岁、13岁、20岁）的100名RD的研究结果显示,RD组各项WM成绩均低于熟练阅读组,这种差异在各年龄组均存在[13]。

这表明,RD的WM缺陷是跨领域的。

Swanson的另一项研究发现,匹配RD和非RD儿童的执行加工能力后,两组在各项WM任务（语音广度、语义联想、视觉矩阵）上的成绩相当,且在线索提示条件下的改变量也一样,提示RD的WM损害与中央执行系统缺陷有关[10]。

为了考察语音系统和中央执行系统在RD儿童阅读理解中的相对作用大小,Swanson曾对RD儿童WM的3个成分（语音环、执行加工、视空间模板）同时作了研究。

结果显示,RD儿童的语音加工和执行加工均显着低于对照组。

在剔除阅读理解、语音加工和长时记忆能力的影响后,两组间执行加工能力的差异依然存在,这一结果也说明RD儿童

存在一般性的执行加工系统缺陷[15,16]。

有研究者认为,WM与阅读技能之间的关系可有两种理论解释。

第一种解释是,对阅读新手或不熟练阅读者来说,字词解码是一件缓慢而费力的事情。

由于形—音转换尚未达到自动化的程度,在对单词每一个细小片断的加工过程中,必须将形—音转换规则始终牢记于心,这就少不了WM的参与。

此外,形—音转换的过程性产品—每一个音素都必须暂时保持在记忆中以便最终联结成完整的字音。

对于这些阅读者而言,阅读是一个加工和储存同时进行的过程,因而WM的缺陷将引起阅读技能发展迟滞。

第二种解释是,WM能力影响元语言能力（metalinguisticabilities）的发展。

例如,语音觉知（phonologicalawareness）被认为是一种重要的元语言能力,是早期阅读技能获得的重要决定因素和阅读困难的原因之一。

而在各种语音觉知任务中,如音素划销测验,WM比短时记忆更重要,因为这些任务需要对于语音的储存和加工[15,18]。

（二）数学困难儿童的工作记忆研究

针对不同学习困难亚型的研究发现,阅读困难和数学困难的WM缺陷表现出不同的特点。

与阅读困难的WM缺陷或多或少涉及语音系统相比,数学困难则常表现出与执行加工、策略选择以及算法知识等高级技能有关的WM缺陷[18-24]。

例如,有关数学困难（mathematicaldisabilities,MD）儿童数学问题解决过程的分析发现,MD儿童较少运用有效策略提取信息,较少直接从记忆中提取答案,而更多地依赖于数手指或口头计数等策略。

Keeler和Swanson曾设计一实验以探讨策略知识和策略选择对MD儿童WM的影响[18]。

其研究对象为54名MD儿童,研究内容包括一项言语WM任务和一项视空间WM任务。

言语WM任务为数字句子广度任务（digitsentencespantask）:

一系列句子中包含数字信息,如“去枫木街2-9-8号的超市”,“去榆树街8-6-5-1号的药店”等。

要求儿童对句子进行一项简单语义加工的同时,记住句子中的数字信息（街道号）。

视空间WM任务为地图和方向任务（mapinganddirectionstask）:

一张无任何标志的街道地图上由若干圆点和线条连结起来以示一辆自行车的前进线路（圆点表示交通指示灯,线条表示行进方向）。

要求儿童对地图进行简单知觉加工的同时记住地图。

在向被试呈现刺激之前,先出示并讲解4种记忆策略。

对言语WM任务,提供的4种策略分别为①复述:

不断重复数字;②组块:

成对成对地记数字;③联想:

将句子中的数字与某一特定的街道相关联;④想像:

设想一些与数字相关的别的东西。

对视空间WM任务,提供的策略分别是①要素加工:

将地图分为圆点（交通灯）和线条（路线）等要素,先画出圆点,然后画线条;②整体加工:

先画出图案框架,再填上圆点;③部分加工:

把所有记得起来的部分先画出来,然后连成一体;④逆行加工:

从自行车最后出来的地方开始,逐步后退。

呈现并解释上述策略后,开始呈现刺激。

呈现刺激之后,开始回忆之前,要求被试从4种策略中选择一种适合自己的策略。

研究结果显示,稳定的策略选择（选择相同策略）与言语和视空间WM广度均显着相关;言语WM

任务中策略选择的稳定性和视空间WM任务中的部分加工策略对MD儿童的数学成绩变异有独立贡献。

这些结果提示,MD儿童的WM广度和数学成绩均与策略知识有关。

关于正常学习儿童解决算术问题时策略知识和策略使用的发展变化曾有过大量研究[22]。

初学简单加法的儿童通常使用数手指或口头计数的办法,分别称为手指计数策略和口头计数策略。

不管用不用手指,儿童的计数又可以分成两种基本类型,一种是续数（countingon）策略,即在两个加数之一的基础上开始往上计数另一个加数次。

如5+3,采用续数策略的儿童会以5为起点往上计数,5,6,7,8。

另一种是全数策略（countingall）,即从1开始,对两个加数均进行计数,如5+3,先从1数到5（1,2,3,4,5）,再继续数另一个加数次（6,7,8）。

随着计数策略的使用和发展（从全数策略到续数策略）,儿童逐步掌握另外两种常用策略:

直接提取和分解。

所谓直接提取（directretrieval）指的是直接从长时记忆中提取答案;分解（decomposition）则是将当前的问题分成几个部分然后分别提取答案,如6+7,可以分解成6+6+1或6+4+3。

研究发现,MD儿童的策略使用和策略发展模式与上述正常儿童有所不同[22]。

MD儿童更多地使用一些不成熟的策略,如手指计数策略和全数策略,而且,MD儿童特别不能从长时记忆中直接提取答案。

Geary等对58名MD儿童（1年级21名,3年级16名,5年级21名）的WM广度和算术问题解决策略的研究发现,MD儿童WM广度低于对照组,并且WM广度与解题策略的使用之间有某种关系:

对于一年级MD儿童,WM广度越大,使用手指计数越少,使用口头计数策略越多;对于3年级和5年级MD儿童,WM广度越大,使用手指计数策略越少,而使用分解策略越多。

该研究还发现,正常对照组儿童的策略选择随问题的变化而发生适应性变化,例如,当问题由简单（4+5）向复杂（16+7）转变时,一年级正常儿童使用计数策略增多,而使用直接提取策略减少;而MD儿童与此相反,处理复杂加法时,多使用易于出错的直接提取策略或猜测,少用较精确的计数策略[22]。

鉴于中央执行功能在WM模型中的中心地位,近年来围绕执行功能与儿童学习成绩的关系展开过大量研究,执行功能被认为是学习成绩的良好预测指标。

Bull等研究发现,数学困难或基本算术技能缺陷儿童在威斯康星卡片分类测验（WCST）中发生持续反应较多,这些儿童在从一种分类范式转向另一种分类范式时表现出明显的困难。

Bull认为这表明数学困难儿童存在执行功能缺陷,特别是策略转换和对优势反应的抑制能力不足[25]。

在另一项研究中,Bull等对中央执行功能与儿童数学成绩或数学技能之间的关系作了较全面的考察[26]。

在该研究中,用来测量执行功能的任务包括①Stroop任务（包括色词命名和数字计数两种版本）;②双作

业任务（数字广度和视觉追踪）;③计数广度任务;④威斯康星卡片分类测验（WCST）。

结果发现,数学困难儿童在Stroop任务中干扰分较高,在WCST中持续反应较多,并且,儿童在WCST中的持续反应分以及在Stroop测验中的干扰分均与数学能力显着负相关。

这些结果说明,数学困难儿童存在中央执行功能缺陷,具体表现在抑制优势反应和已习得策略（learnedstrategy）并转向新策略的能力不足,而这些执行功能缺陷应是其数学障碍的重要原因之一。

Passolunghi等的研究也证实,MD儿童在需要抑制无关信息的WM任务上得分低,表明MD儿童存在抑制加工缺陷[21,27]。

Swanson等曾研究学习困难儿童数学应用题解决能力与WM的关系,发现LD儿童数学应用题的解决能力缺陷除了与语音加工能力不足有关外,中央执行系统的某些缺陷也是重要原因之一:

LD儿童在数学应用题解决过程中,激活和整合与算法知识有关的长

时记忆表征的能力存在缺陷[20]。

除中央执行系统外,MD儿童WM的两个附属系统—语音环和视空间模板也存在不同程度的损害。

如Swanson等研究指出,学习困难儿童解决数学应用题的正确率与语音加工

和言语WM成绩均有显着相关[20];其另一项研究显示,言语WM和视空间WM能力均是MD儿童数学成绩的重要预测因子[19]。

Passolunghi等发现,MD儿童在多项WM任务（分别涉

及数字信息加工和句子加工）上成绩低于对照组,认为MD儿童存在WM的广泛损害[21]。

另有一些研究则认为,MD儿童视空间WM受损而语音环正常,并特别强调视空间WM在

数学活动中的重要性[24,28]。

（三）英语学习的工作记忆研究

武巍在《工作记忆差异对听力理解的影响》得出结论：

第一语言工作记忆和第二语言工作记忆均与听力理解有显着相关。

这说明工作记忆对听力理解过程具有显着影响；第二语言工作记忆和听力理解的各项分技能均有显着相关，其中和听力推测能力（listeningforinference）的相关更为密切。

这说明，工作记忆对听力的各项技能均有影响，其中对于推测技能的影响最大。

[]也有研究认为听力理解能力与工作记忆容量有关，可以通过扩大组块的记忆容量,以增加短时记忆的有限容量；抓住关键信息、正确判断关键词；转换思维方式、避免母语负迁移；预测和推断信息、增强对语篇的理解及记忆。

[]

从记忆的角度看，学习新词的过程就是对词在短时记忆中进行加工，并使之进人长时记忆的过程。

从短时记忆到长时记忆转换的速度与质量决定了学习的效率，而从长时记忆到短时记忆转换的速度与准确性决定了该词使用的灵活性。

前一转换的困难导致“学不会”，而后一转换的困难往往导致“不会用”。

因此，英语单词的学习与运用，就认知过程而言，实际上就是实现两种转换的过程，而提高转换的速度与质量也正是提高学习效率的关键所在。

第一个转换问题在于短时记忆的有限容量所致。

第二个转换问题在于线索单一线索的建立发生在学习与巩固阶段，所以促进第二种转换的间题从根本上说是改善学习方式及复习方式间题，即在学习过程与复习过程中尽多地建立线索，扩大辨别网络，以便利于提取。

[]

三工作记忆的测量方法

工作记忆水平的测量主要有两种模式:

Baddeley的双任务模式和Daneman和Carpenter的记忆广度模式，

1工作记忆广度

用于反应中央执行系统的功能，包括数字工作记忆和视空间工作记忆。

数字工作记忆广度以李德明（2003）、陈英和（2006）等人的设计为基础，计算机屏幕上随机出现2个一位数的加减法心算（答案为一位正数），每次心算题目出现的同时，计算机开始自动计时，每道算术题呈现时间为15O0rns，超时则自动呈现下一道，要求被试正确计算心算题目，同时记住答案，在被试连续完成几道题后，要求被试既准确又迅速地按顺序将各题答案回忆出来，在每组的最后一道题目消失时，计算机自动计时，在被试按顺序将各题答案全部回忆出来后，主试立即按下停止计时键，获取被试提取答案所需的时间。

按被试能正确回答的组数计算平均反应时。

任务从2道心算题开始，每组三次测验，如果其中有两次回忆正确，可以进行下一组测验（题目个数增加一个），否则测验终止。

被试工作记忆广度为其两次正确顺序回忆的最大数字长度。

视空间工作记忆以Law和M。

币n（1995）及刘昌（2004）等人的实验设计为基础，在计算机白色屏幕上呈现一系列的矩阵算式题和某一方格中带黑点的3x3方格盘（Law使用5巧方格盘，考虑被试为2年级儿童，此任务太难，故使用刘昌的3x3方格盘，见图3一2），矩阵算式题符合加法或减法规则，要求被试判断呈现的矩阵算式题是否正确（整个实验中一半矩阵正确，一半错误），同时记住黑点在方格盘中的位置。

每次从矩阵方程与方格盘出现到被试回答最长间隔时间为5000毫秒（预测验后最后决定），超过此时间则呈现下一道算式题和带黑点的方格盘，所有矩阵算式题通过计算机随机产生，黑点每次在方格盘中出现的位置也是随机的，且所有黑点出现的位置不能有重叠。

当一轮的矩阵算式题和带黑点的方格盘呈现完毕，出现一个不带黑点的3x3方格盘，要求被试用手指点击曾经出现过黑点的小方格，可以不按先后顺序，主试尽快用鼠标点击，（考虑被试为低年级学生，可能操作鼠标不熟练）。

在每组最后一个矩阵算术题和方格消失开始，计算机开始计时，当被试正确回答黑点数后，主试停止计时，获得被试提取答案所需的时间，按被试能正确回答的组数计算平均反应时。

正式实验从1道算式题开始（图3一2），每组三次测验，如果其中有两次正确（要求矩阵判断和点数回忆均正确），可以进行下一组测验（题目个数增加一个），逐渐往上递增，直到被试在某个水平的3次测验中错了两次为止。

被试工作记忆广度为其2次正确判断矩阵和回忆的最大黑点数。

2N-back范式

随着神经影像学的研究深入，N-back任务随之发展而起（Owen，2005;GevinS，Cutillo，1993）。

N-back任务逐步取代了工作记忆广度的范式，作为衡量工作记忆功能的主要指标之一。

N-back范式要求被试将当前出现的刺激与前面第n个刺激相比较，通过控制当前刺激与目标刺激间隔的刺激个数来操纵工作记忆负荷的高低。

当n=1时，要求被试比较当前刺激和它相邻的前一个刺激;当n=2时，比较当前刺激和与它前面再前面一个（隔一个）刺激……依此类推获得不同程度的任务难度。

有些任务包括n=O，即不与前面的任何刺激进行比较，而是直接根据当前刺激作出选择反应，该条件的成绩作为基线水平的控制条件。

N一back任务中刺激的类型包括字母匹配，位置匹配或图形匹配等凡类。

。

寮位置匹配任务中，要求被试判断两个刺激呈现的位置是否相同，而不管两者是否为同一个字母或图形;在字母或图

形匹配任务中，则要求被试判断两个刺激是否为同一字母或图形，而不管它们呈现的位置如何。

N-back任务被广泛用于视觉工作记忆研究中，因为它有如下几个优势（Braver，1997;Jonides，x997）:

首先，相比神经成像研究早期应用的任务，N-back任务是一个更有代表性的工作记忆任务，它受到更少混杂信息干扰，能较纯净地要求个体保持工作记忆信息;其次，n个任务允许系统地操作工作记忆负荷，由于工作记忆负荷的改变，导致成绩的变化，产生成绩的差异可解释为工作记忆负荷高低的特殊加工作用。

根据任务刺激设置的不同，N-back既能衡量执行功能，又能对视觉—空间模板和语音环路分别独立测查。

如果刺激使用图形符号，那更多地是对视觉—空间能力的考察;如果刺激材料选择语音内容，那语音环路的成分又起到了关键作用。

本研