工作記憶訓練對流體智力影響探究評述

1、工作記憶訓練對流體智力影響探究評述摘要：對不同人群的工作記憶進行訓練的研究發(fā)現(xiàn), 工作記憶能力可以通過訓練提高。工作記憶與流體智力有著 非常密切的關系，近年來研究發(fā)現(xiàn)，通過工作記憶訓練可以 提高個體的流體智力，但是現(xiàn)有研究中還存在著一些不足， 本文旨在評述現(xiàn)有關于工作記憶訓練對流體智力影響的研 究，并在此基礎上提出未來改進的方向。關鍵詞：工作記憶；工作記憶訓練；流體智力一、引言近年來，在智力研究領域，研究者開始從基本認知能力 或者信息加工過程的角度來描述智力的認知基礎，其中較為 突出的即是對工作記憶和一般流體智力關系的研究。工作記 憶訓練能否提高個體的流體智力，這一問題正在得到越來越 多研究者

2、的關注。研究工作記憶訓練對流體智力的影響不僅 可以使我們更深入地了解工作記憶和流體智力的內(nèi)在機制 和關系，還具有非常重要的現(xiàn)實應用價值。對于兒童來說， 可以通過訓練工作記憶改善他們的流體智力水平，提高或改 善已有的記憶、注意能力，從而提高他們的學業(yè)表現(xiàn)。此外, 研究工作記憶訓練對流體智力的影響還具有重要的臨床意 義，如對智障患者、注意缺陷患者的臨床干預。二、工作記憶訓練1. 工作記憶的概念及成分工作記憶(working memory, wm)是一種對信息進行暫 時加工和貯存的能量有限的記憶系統(tǒng)，是對加工任務必要成 分的短時、特殊聚焦，在許多復雜認知活動(如學習、理解 和推理)中起著重要作用。b

3、addeley提出工作記憶的模型， 認為工作記憶主要有三個部分：視空間模板、語音環(huán)路、中 央執(zhí)行系統(tǒng)。其中中央執(zhí)行系統(tǒng)主要有三大功能：刷新功能、 抑制功能、轉換功能。(1)轉換功能，轉換功能是指對工作 記憶中競爭同一認知資源的兩項或多項任務之間相互轉換 控制的能力。(2)抑制功能，抑制功能強調(diào)積極有意的對優(yōu) 勢反應的抑制，主要防止與任務目標無關的信息的進入或與 目標情境不適合的優(yōu)勢反應的進入。(3)刷新功能，刷新能 力是指對新進入工作記憶中的信息進行編碼與監(jiān)控，并根據(jù) 當前的相關認知任務對工作記憶中的內(nèi)容進行持續(xù)修正的 能力。大量的研究表明：工作記憶在個體的認知行為中起了 不可替代的作用，已經(jīng)

4、被看作是個體在復雜認知行為中表現(xiàn) 差異的重要的甚至是核心的因素。2. 工作記憶訓練研究研究表明，個體的工作記憶是可以通過訓練提高的。而 且這種訓練在很多人群中都是有效果的，包括正常成人和兒 童、老人(craik et al. , 2007)、精神分裂癥患者(kurtz et al. ,2007),尤其是低工作記憶容量的發(fā)展中的兒童(holmes et al. ,2009)、有注意缺陷的兒童(aditd；klingberg et al. , 2005)、顱腦受傷的兒童(van' t hooft et al. , 2007)和輕度至邊緣智障青少年(molen et al., 2010)o以

5、往研究表明，通過工作記憶訓練能夠使工作記憶 能力提高，這與中央執(zhí)行系統(tǒng)有關，中央執(zhí)行系統(tǒng)在高級認 知活動中起著至關重要的作用。3. 工作記憶訓練的方法工作記憶的訓練方法主要有：視覺空間工作記憶任務、 數(shù)字廣度任務、詞語廣度任務、選擇反應時等工作記憶訓練 任務、復述等策略訓練任務、n-back任務等。4. 工作記憶訓練的神經(jīng)機制來自認知神經(jīng)科學的研究發(fā)現(xiàn)，工作記憶的訓練可以增 強額中回和額下回(與工作記憶相關的腦區(qū))的激活程度。 mcnab等人(2009)對工作記憶進行訓練，提高了工作記 憶能力并認為這與大腦皮層多巴胺d1受體密度的改變有關。 多巴胺d1受體系統(tǒng)的可塑性，表明了記憶活動與大腦生物

6、 化學機制之間的相互作用。研究表明，前額葉在工作記憶中 的作用相當復雜，包括對記憶信息的注意和抑制、管理、整 合等功能，被認為與中央執(zhí)行系統(tǒng)有關(smith &jonides, 1999；劉昌，2002)o 而 westerberg 等人(2007)的研究 結果證明，對于工作記憶的訓練，實質上是針對工作記憶中 央執(zhí)行系統(tǒng)的訓練，訓練任務增強了與中央執(zhí)行系統(tǒng)有關腦區(qū)前額葉的激活。三、流體智力1. 流體智力的概念流體智力(fluid intelligence)指個體在解決新穎、 抽象問題時表現(xiàn)出來的能力，在解決問題中較少用到已有的 經(jīng)驗、知識、技巧。一般認為流體智力更多受先天遺傳素質 的影

7、響，隨著個體發(fā)展的成熟而提高，一般在二十多歲達到 發(fā)展的頂峰，之后會呈下降的趨勢。流體智力的核心成分是 推理能力。由于流體智力在g因素上的負荷最高(keith &wolfle, 1995),研究者通常將兩者統(tǒng)合起來，稱之為一般 流體智力(general fluid intelligence, gf)。2. 流體智力的測量方法流體智力的測量方法有很多。一般認為能很好地測量流 體智力的任務應具有較少的學?；蛭幕瘍?nèi)容，比如知覺圖形 任務，關于普通、熟悉單詞的言語任務。在測量流體智力的 項目次序效應的研究中，對于流體智力的測量使用了三種非 言語的問題解決測驗，這三種測驗原是用來測試序列推理、

8、分類、歸納 推理的 (berit carlstedt , jan-eric gustafsson, eva ullstadius, 2000)o 不依賴于已有知識 的認知測驗可以較好地測量流體智力，比如標準瑞文推理測 驗和卡特爾的文化公平測驗(kun yuan, jeffrey steedle, riehard shavelson, alieia alonzo, marily oppezzo, 2006)； jaeggi等人2008年在工作記憶的訓練可以提高流體智力的 研究中也對流體智力進行了測量，其中4個訓練組涉及到了 2種測驗，一種是瑞文進步矩陣，采用的是奇偶法，另一種 是bochumer

9、矩陣測驗，使用了 ab兩個版本(jaeggi et al., 2008)o四、工作記憶與流體智力的關系研究工作記憶與智力的關系一直是工作記憶研究領域一個頗具爭議的問 題。大多數(shù)學者認為他們是密切聯(lián)系但不同的(kun yuanetal, 2006)o工作記憶與流體智力可能共享某些變量 或是心理過程，但說法不一致，有研究用注意控制來解釋二 者間的聯(lián)系 (nash l. jnsworth, randall w. engle, 2005； jaeggi et al. , 2008)；還有學者認為工作記憶與智力共享 同一個有限的容量(halford, cowan, andrews, 2007； jaeg

10、gi et al. , 2008)o來自神經(jīng)心理學方面的證據(jù)表明，工作記憶的中央執(zhí)行 系統(tǒng)和一般流體智力在大腦前額區(qū)存在重疊，而且工作記憶 中央執(zhí)行系統(tǒng)中的更新功能與前額皮層聯(lián)系密切(kane & engle, 2002； collette & vander linden, 2002；黨彩 萍，劉昌，2009)o jaeggi等(2008)的研究證明對工作記 憶的中央執(zhí)行系統(tǒng)刷新功能的訓練提高了個體的流體智力 水平。大量研究發(fā)現(xiàn)工作記憶是一般流體智力的重要預測因 子(kan e, hambrick，& con way, 2005； kyllonen & chri

11、stal, 1990； oberauer, schulze, wilhelm, & suess, 2005)o kane等(2005)對公開發(fā)表的10項相關研究重新分析，發(fā) 現(xiàn)工作記憶與一般流體智力共享約50%的變異。有關兒童的 研究也支持了這一結論(fry & hale, 1996； liu, 2004； swanson, 2008)o兒童群體的研究發(fā)現(xiàn)，兒童的工作記憶成 分可以預測智力(tillman, lilianne nybe , & ounilla bohl in, 2007), abreu等人研究了幼兒的工作記憶是如何與 流體智力相關的，數(shù)據(jù)表明，工作記憶、

12、短時記憶與流體智 力都有密切的聯(lián)系，幼兒的認知控制機制而不是存儲成分是 與流體智力密切相關的因素 (engeldeabreu, conway, & gatllercole, 2010)o與年齡相關的工作記憶的提高是影響 流體智力的主要原因，與工作記憶加工速度的提高有很大關 系(fry, sandrahale, 2000)另有一些研究表明，工作記 憶的中央執(zhí)行系統(tǒng)與流體智力關系密切(conway, cowan, bunting, therriault, &minkoff, 2002； kane, hambrick, & conway, 2005)o五、工作記憶訓練對流體智

13、力影響的相關研究可以看出，研究者對工作記憶和流體智力的關系已經(jīng)進 行了大量研究，證實了二者之間的相關性。因此，一些研究 者開始采用實驗的方法來研究工作記憶訓練對流體智力的 影響。klingberg等人在2002年的研究中，采用了 一種新的 工作記憶訓練任務對7名多動癥兒童的工作記憶進行了訓 練。這些訓練包括視覺空間工作記憶任務(visuo-spatial wm task)、數(shù)字廣度任務(backwards digit-span)、詞語廣度 任務(letter-span task )和選擇反應時任務(choice reaction time task)等，訓練時間為每天20分鐘，一周 訓練46天

14、，訓練20天。研究結果顯示，工作記憶訓練提 高了多動癥兒童的工作記憶能力，緩解了多動癥兒童的臨床 癥狀。同時，研究發(fā)現(xiàn)，工作記憶訓練還顯著提高了多動癥 兒童智力測試的成績ojaeggi等人(2008)的研究采用n-back 任務對成人個體的工作記憶進行訓練，接受工作記憶訓練的 被試被隨機分為四組，分別接受為期8天、12天、17天以 及19天的訓練，訓練前和訓練后被試均接受智力測試。研 究結果發(fā)現(xiàn)，與控制組相比，實驗組的智力水平得到顯著提 高，而且訓練的時間越長、智力水平提高越多。同年，伯爾 尼大學的robert j和sternberg重復了上述實驗，驗證了 jaeggi等的研究結果。同時這項研

15、究也受到了一些研究者的 質疑，sternberg (2008)和moody (2009)對研究的內(nèi)部 效度、外推效度以及研究信度等方面提出了異議。如不同訓 練組用了不同的問卷來測量流體智力，并未說明改變的理 由；測驗過程中限制了被試的作答時間，只有10分鐘，對 此未給出合理的解釋，可能限制了被試在測驗中學習并提高 的機會；實驗中只采用n-back任務對工作記憶進行訓練， 沒有考察其他任務訓練的效果；對于流體智力測試，研究中 采用的標準的智力測試瑞文推力測試能否真正代表個 體的智力水平，是否應該采用多重指標；研究中沒有考慮到 安慰劑效應；研究的樣本容量太少，影響了研究結果的外部 效度等。colo

16、ma等2010年進一步研究短時記憶、空間記憶任務 組被試與注意、加工速度任務兩組被試的智力表現(xiàn)，結果發(fā) 現(xiàn)智力測驗上后測比前測分數(shù)高，但是兩組被試在智力上的 表現(xiàn)無顯著差異。仲崇建(2011)認為在jaeggi等的研究中雙通道任務 需要被試的高度注意，可能是任務對被試的注意能力的提高 而提髙了其流體智力，同時雙n-back任務需要同時耗費大 量的認知資源，可能是因為這種高強度的任務訓練帶來了流 體智力的提高。因此他以五年級兒童為被試設計了三種任務 單通道n-back任務，雙通道n-back任務和單純的雙通道注 意任務。研究發(fā)現(xiàn)，雙通道n-back任務的訓練對提高流體 智力效果最好；訓練組流體智

17、力、工作記憶廣度的提高明顯 好于控制組，兒童被試在工作記憶和注意任務上的任務表現(xiàn) 隨著訓練量的增加呈線性趨勢增長，但是沒有發(fā)現(xiàn)訓練量的 顯著作用。為了消除實驗者效應，趙鑫等人(2010)通過雙盲對照 實驗設計，采用活動記憶范式對911歲兒童的工作記憶 刷新能力進行訓練。同時讓控制組做與工作記憶訓練無關的 電腦游戲，以消除安慰劑效應。研究結果發(fā)現(xiàn)，通過工作記 憶刷新能力的訓練，兒童的流體智力得到顯著提高，而這一 流體智力的提高與工作記憶中央執(zhí)行功能的改善有關。 perrig等(2009)根據(jù)以往工作記憶訓練提升流體智力的研 究提出可以通過訓練特殊的工作記憶任務來提高有智力缺 陷的人的流體智力。l

18、ight等(2010)對基因異質的老鼠進行工作記憶訓練, 發(fā)現(xiàn)它們在一個類似智力的認知能力任務中的成績顯著提 高。matzel (2010)對老鼠進行了工作記憶訓練，發(fā)現(xiàn)受過 訓練的老鼠在接下來的很多認知任務中要比沒有接受訓練 的控制組老鼠表現(xiàn)得好，但是有時沒有達到顯著性水平。在 總體表現(xiàn)上，通過進行因素分析，對比因素得分發(fā)現(xiàn)，訓練 效應還是非常顯著的。這些研究從不同角度對工作記憶訓練進行了研究，工作 記憶的訓練一定程度上可以提高被試的行為表現(xiàn)，訓練效應 可能會遷移到?jīng)]訓練過的工作記憶或推理任務中去，伴隨工 作記憶訓練帶來的行為變化，還會出現(xiàn)腦電上的一些額葉、 頂部皮質的激活情況的變化。由于工

19、作記憶訓練方式的多 樣，需要根據(jù)實驗目的來選擇適當?shù)挠柧毞椒?。六、現(xiàn)有研究不足及展望目前對工作記憶訓練來提升流體智力的研究還非常少， 但是研究結果還是比較鼓舞人心的，現(xiàn)有研究已經(jīng)為我們開 創(chuàng)了一個良好的開端。但同時我們也應看到現(xiàn)有研究中還有 很多不足。首先，現(xiàn)有通過工作記憶訓練來提高流體智力的研究中 對于工作記憶的訓練的內(nèi)容和方法還是比較單一的?，F(xiàn)有的 研究只是采用單一的n-back任務或活動記憶范式來訓練工 作記憶，這些方法只是訓練了工作記憶的中央執(zhí)行系統(tǒng)中的 刷新能力，而中央執(zhí)行系統(tǒng)有著復雜的結構功能，因此未來 我們可以通過設計實驗來比較單獨用n-back任務訓練、單 獨訓練中央執(zhí)行系統(tǒng)的

20、各個功能以及同時訓練中央執(zhí)行系 統(tǒng)的抑制功能、轉換功能和刷新功能對流體智力的影響的差 異。因為中央執(zhí)行系統(tǒng)的不同功能涉及的腦區(qū)也是不同的， 因此我們還可以通過腦成像技術，更詳細地探討對工作記憶 不同成分的訓練對流體智力的影響的深層機制。其次，根據(jù)工作記憶的執(zhí)行性注意理論，對工作記憶的 測量和對更復雜的認知行為的測量，如瑞文推理測驗，都需 要自上而下的認知控制機制，如選擇性注意和更高級的認知 控制。研究表明增加工作記憶任務中的認知控制要求會增大 工作記憶和流體智力的相關性。(gray et al., 2003； kane et al. , 2007； bunting et al. , 2006)

21、o 這在一定程度上 表明工作記憶和流體智力之間的相關依賴于所使用的任務， 兩者之間有著共同的認知機制。此外，現(xiàn)有研究中對于流體智力的測量只是單一的采用 瑞文智力測驗，今后可以綜合采用測量流體智力的方法。最后，對人和動物的研究中都沒有考察工作記憶訓練對 流體智力的長期影響，或許這種流體智力的提高只是短暫的 練習效應。今后我們可以進行后續(xù)追蹤研究，考察在工作記 憶訓練一周或一個月之后流體智力的變化情況。1 黨彩萍，劉昌.工作記憶和一般智力關系的研究現(xiàn) 狀與前瞻j.心理科學進展，2009, 17 (14)： 683690.2 劉昌.人類工作記憶的某些神經(jīng)影像研究j.心理學報，2002,34 (6)：

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