工作記憶容量的認(rèn)知機制

工作記憶容量的認(rèn)知機制

1工作記憶與注意控制工作內(nèi)存的大小常常被視為對認(rèn)知加工的重要限制，這是識別個體和特殊群體之間差異的基礎(chǔ)。Baddeley和Hitch于1974年提出的工作記憶模型把工作記憶分為中央執(zhí)行系統(tǒng)和語音、視空模板兩個存儲子系統(tǒng),即把工作記憶分為一個負責(zé)加工、協(xié)調(diào)、計劃以及監(jiān)督管理的執(zhí)行性控制系統(tǒng),一個分別儲存不同信息的存儲系統(tǒng)。在Baddeley的工作記憶模型中,注意主要與執(zhí)行性控制有關(guān),而與存儲無關(guān),存儲被認(rèn)為是一個自動起作用的過程。Baddeley工作記憶模型的一個明顯特征就是注意控制的性質(zhì),這實際上也是工作記憶容量有限的理論基礎(chǔ)。Baddeley的注意術(shù)語如同工作記憶文獻中許多研究者所指的那樣,都是寬泛地指一種努力性的加工,包括從簡單的復(fù)述到復(fù)雜的執(zhí)行功能,如計劃、組織及控制等認(rèn)知活動,因此Baddeley的執(zhí)行性控制也常被看作是注意控制的同義語。Engle(2002)等人做的潛變量研究分析表明,工作記憶容量反映的是個體注意控制的能力,更多地涉及了在控制過程和自動化過程中的差異而不是在存儲容量方面的差異,這也是導(dǎo)致工作記憶容量的個體差異與高級認(rèn)知能力,如語言理解、推理、一般流體智力相關(guān)的根本原因。鑒于此,Cowan、Eillot和Saults等(2005)指出,要澄清兩個緯度的注意:一是注意控制,一是注意范圍。注意控制強調(diào)的是工作記憶與認(rèn)知加工過程相結(jié)合來控制與調(diào)節(jié)認(rèn)知活動的功能系統(tǒng),在本質(zhì)上并不是“記憶”。一般說來,我們認(rèn)為注意控制是一種領(lǐng)域普遍性的加工,它在干擾、分心和競爭性反應(yīng)存在的情況下能更為有效地使處于注意焦點之外的刺激和目標(biāo)具有可通達性。而注意范圍,就是所謂的注意焦點,則是為了進行當(dāng)前的認(rèn)知加工而把從記憶的激活部分提取出來的信息組塊加以保持的一個容量有限系統(tǒng),處于注意焦點中的要素即當(dāng)前正在被加工的要素,因此對注意范圍的測量實際上就是對能夠被抽取出來并一次性保持在注意焦點中的目標(biāo)或組塊的數(shù)量的測量。他們認(rèn)為,過去關(guān)于工作記憶與注意之間關(guān)系的研究文獻主要集中于注意控制,而忽視了對注意焦點或范圍的測量。顯而易見,人一次能加工的信息量是有限的,并且在很多情況下,最近加工的結(jié)果都被積極地保持在注意焦點中也是不可能的。一旦信息超過注意焦點的容量,就需要有執(zhí)行性控制系統(tǒng)把信息在注意焦點與記憶中加以區(qū)分,因此考察注意焦點的容量以及注意焦點是如何與不同記憶系統(tǒng)相銜接的是理解復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)和工作記憶容量關(guān)系的基礎(chǔ)。2用于研究內(nèi)存容量2.1東南角的公司“存在”早在1956年,Miller就提出了神奇的數(shù)字7,認(rèn)為人類的短時記憶的平均廣度為7±2。而且雖然不同任務(wù)的機制可能不同,但卻得到相同的容量范圍。當(dāng)然Miller的神奇數(shù)字7是指7個獨立的信息組塊(chunk),只不過Miller并沒有對組塊做出明確的說明。盡管如此,Miller的觀點還是被廣為接受,而且被寫入教科書中。Baddeley和Hitch于1974年提出的工作記憶模型是一個廣為接受的模型,得到了廣泛的實驗支持,認(rèn)為工作記憶容量是有限的,在加工時只有小量的表征要素,即所謂的組塊,能同時被保持在一個高度的可通達狀態(tài)中,這引發(fā)了對工作記憶容量的深入研究。2.2注意焦點容量2001年,Cowan在總結(jié)了自己和他人的研究的基礎(chǔ)上發(fā)表論文《神奇的數(shù)字4:心理存儲能力的再認(rèn)識》,重新考察了短時記憶的存儲容量,形成了一個關(guān)于工作記憶容量的框架,這一框架的核心概念就是,在一般成年人中,工作記憶的存儲容量可達3-5個獨立的信息組塊或信息單元。并且指出這種特殊形式的存儲限制可能就是注意焦點容量,即注意焦點是一個大約4個要素的有限容量,這些要素是一個人隨時可以意識到的那些表征,不同于長時記憶中被激活的表征。Daneman和Carpenter(1980)采用閱讀廣度作業(yè),對工作記憶容量的個體差異進行了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在大學(xué)生中句子閱讀廣度的變化幅度一般為2—5.5個。2003年,北京大學(xué)心理系認(rèn)知實驗室進行了有關(guān)注意與工作記憶關(guān)系的研究,結(jié)果也支持短時記憶容量為4的說法。Cowan(2004)還測量了在組塊被允許的情況下,記憶的容量是否依舊保持恒定。他在實驗中運用了一個訓(xùn)練程序來操縱詞對之間的聯(lián)系強度,結(jié)果發(fā)現(xiàn),盡管在詞之間建立的聯(lián)系增加了兩詞組塊的數(shù)目,但整個組塊廣度依舊保持恒定。當(dāng)然,這一實驗結(jié)果主要是對在直接序列回憶任務(wù)中的記憶容量恒定的檢驗,在復(fù)雜廣度工作記憶任務(wù)中,當(dāng)注意需要同時指向于存儲與加工的時候,容量恒定的假設(shè)是否成立還有待進一步證明。2.3在注意焦點的測試中的應(yīng)用其他研究則表明,工作記憶中的注意焦點只限于一個要素。在這里注意焦點的作用不是要保持一系列記憶要素以被通達,而只是要保持當(dāng)前加工的目標(biāo)。對之的證據(jù)主要來自于兩大類發(fā)現(xiàn):一類來自于直接再認(rèn)范式的研究,McElree和Dosher(1989)通過實驗發(fā)現(xiàn)把探測刺激與最后項目做比較的速度要比與先前呈現(xiàn)項目做比較要快,McElree和Dosher對此的解釋就是記憶表的最后一個項目還被保持在注意焦點之中,因此具有特別快的可通達性。McElree(2001)后來又進行了一個3-back排除和包含任務(wù)的實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在3-back排除實驗中表現(xiàn)出明顯的提取優(yōu)勢,這就有助于支持3-back項目保持在注意焦點中的最大可能性是1個項目而不是3個項目。第二類發(fā)現(xiàn)則來自于Garavan(1998)進行的記憶更新范式的實驗。他要求被試對屏幕上隨機順序呈現(xiàn)的三角形和方形進行分別計數(shù),這需要被試不得不同時記住并不斷更新兩列不斷變化的計數(shù),如當(dāng)屏幕上再出現(xiàn)一個三角形的時候就要更新前面關(guān)于三角形的計數(shù)而保持關(guān)于方形的計數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)從一個圖形的計數(shù)轉(zhuǎn)換到另一個圖形的計數(shù)的時候,所用反應(yīng)時比連續(xù)呈現(xiàn)同一類圖形的計數(shù)所用反應(yīng)時要長大約300ms,這被稱之為對象轉(zhuǎn)換效應(yīng),這種對象轉(zhuǎn)換效應(yīng)后來也被Oberauer(2003)在心算任務(wù)中發(fā)現(xiàn)。對此結(jié)果的一個可能的解釋就是在認(rèn)知加工的每一步,注意焦點只能保持一個在當(dāng)前加工時必須被更新的成分,因此在認(rèn)知加工中要轉(zhuǎn)換到另一個對象的時候就需要時間。3注意焦點的理解3.1注意焦點的彈性沒有分層次的差異Cowan(1999)主張把工作記憶分為注意焦點和長時記憶激活部分兩個成分。注意焦點是一個容量有限的成分,只能保持很少部分的激活表征——介于1-4個獨立要素;而長時記憶的激活部分則由基線水平上的當(dāng)前被激活的所有表征組成,雖然沒有容量限制,但卻會隨時間而逐漸消退。Cowan進一步指出,激活限制不同于注意限制,激活限制主要受時間長短的影響,而注意限制則主要受組塊大小的影響。McElree(2001)早已經(jīng)通過實驗證明,提取速度的測量是區(qū)分表征狀態(tài)的最直接的手段。當(dāng)然提取速度也會受到記憶強度的影響,為此,McElree采取了反應(yīng)-信號的速度準(zhǔn)確性權(quán)衡程序,來描述精確性(可獲得性)以及通達性是如何隨著提取時間而發(fā)生變化的,結(jié)果發(fā)現(xiàn)了雙重分離的時間進程模式,即對于所有長度的詞表而言,在學(xué)習(xí)和測量間插入的項目和時間越多,記憶表征的精確性(可獲得性)越下降,出現(xiàn)一個漸近線;而提取速度即通達性則表現(xiàn)出一個雙重分離的模式,最后一個項目的提取速度比其他位置的項目要快,而且除最后一個項目的所有其他項目的通達速度都同樣地慢,表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性,從而認(rèn)為工作記憶可以分為兩個部分。為了進一步說明注意焦點容量差異問題,Cowan(2005)提出了注意的彈性焦點的觀點(aflexiblefocus),認(rèn)為注意焦點具有彈性、可調(diào)整的特點,可以窄到只容納一個成分,也可以擴展到最大可以容納四個成分。他把注意焦點分為廣焦點(widefocus)和窄焦點(narrowfocus),兩者是屬于同一機制,只是注意的不同彈性狀態(tài)而已。當(dāng)面對干擾的時候,注意焦點可以縮至對目標(biāo)的關(guān)注上,這時候注意焦點的容量是最小的,而當(dāng)沒有干擾、任務(wù)相對而言又比較熟練的時候,注意焦點可能會擴大至更多的項目,當(dāng)然注意焦點是不可能無限夸大的,而只限于3-5個信息組塊。顯而易見,Cowan的注意焦點的可調(diào)整觀認(rèn)為是注意控制在調(diào)整注意焦點的擴大與縮小。Verhaeghen等(2004)則提出更為詳盡的說明,認(rèn)為注意焦點可以通過練習(xí)從1個要素擴展為4個要素,他們使用了一個修正的n-back任務(wù),要求被試記住一個20多個數(shù)字系列的最后1到5個數(shù)字。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在練習(xí)之初從n=1到n=2之間反應(yīng)時會發(fā)生實質(zhì)性的增加,但在10個階段的訓(xùn)練后,反應(yīng)時模式成為n的函數(shù),表現(xiàn)為從n=1到n=4的線性增加,而在從n=4到n=5之間表現(xiàn)出較大的增加,這說明通過訓(xùn)練注意焦點擴大了,從最初的1個數(shù)字能夠達到保持4個數(shù)字,反應(yīng)時的線性增加可以解釋為焦點的容量限制,這樣在有更多的要素被保持時,加工就會變慢。然而在n大于4時,就不是所有的要素都能進入到注意焦點之中了,因此反應(yīng)時會出現(xiàn)較大幅度的增加。3.2目標(biāo)轉(zhuǎn)換代價Oberauer(2002)等則認(rèn)為工作記憶是由三個內(nèi)嵌的成分組成的,即長時記憶激活部分、直接通達區(qū)(direct-accessregion)和注意焦點。即他把Cowan的注意焦點又細分為直接通達區(qū)和注意焦點兩個部分。長時記憶的激活部分可用于存儲一些信息以備日后回憶,而直接通達區(qū)則是一個容量有限的成分,能夠保持著少量的表征要素以進行迅速直接的通達;而注意焦點則是一個狹窄的中心,它隨時保持著一個組塊,這一個組塊實際上是從直接通達區(qū)的內(nèi)容中選擇出來作為認(rèn)知操作的目標(biāo)。鑒于這樣的劃分,Oberauer認(rèn)為工作記憶的內(nèi)容同時處于三種不同的機能狀態(tài)中,他(2002,2005)通過修正的Sternberg任務(wù)范式(themodifiedSternbergparadigm)和算術(shù)記憶通達范式(theArithmeticmemory-accessparadigm)進行了研究。盡管這兩個研究范式在許多方面各不相同,但得出了較為一致的結(jié)論:即當(dāng)工作記憶中一個特別要素需要進行加工而被通達時,如果這個目標(biāo)本身不是一個先前加工操作已通達的目標(biāo),就要比同一目標(biāo)再次被通達時的反應(yīng)時要長的多,這就是所謂的目標(biāo)—轉(zhuǎn)換代價(object-switchcosts),表明了應(yīng)該在注意焦點與直接通達區(qū)之間進行區(qū)分。另外,Oberauer認(rèn)為長時記憶的激活部分以兩種方式服務(wù)于工作記憶的保持功能,一是長時記憶表征的激活,二是在激活表征之中建立新聯(lián)系,并且有足夠的強度可以支持后續(xù)的精確回憶。Oberauer(2006)針對Verhaeghen等(2004)的實驗提出質(zhì)疑,認(rèn)為在Verhaeghen的實驗中混淆了目標(biāo)轉(zhuǎn)換效應(yīng)與詞表大小效應(yīng),從而導(dǎo)致了實驗結(jié)果的污染。Oberauer設(shè)計了三個實驗清除了詞表長度與目標(biāo)轉(zhuǎn)換之間的混淆來考察注意焦點是否可以通過訓(xùn)練而提高。結(jié)果三個實驗都強烈地反對了注意焦點可以通過10個小時或者不到10個小時的訓(xùn)練而從1個項目擴大到4個項目的結(jié)論,從而認(rèn)為注意焦點與直接通達區(qū)是兩個不同的成分,在注意焦點中只能同時保持一個目標(biāo)或者組塊。4存在的問題4.1我們還需要進一步加強工作記憶的定義和測量手段的研究盡管工作記憶的研究已經(jīng)做了相當(dāng)多,但關(guān)于工作記憶的界定、工作記憶測量的手段以及為什么這些測量手段起作用這些問題上還并沒有達成一致。4.2“組塊”的量化限制從操作的角度說,很難確切地弄清楚組塊怎樣被使用以及因此會有多少組塊被回憶,所以如果不能真正的鑒別“組塊”,就無法根據(jù)“組塊”來量化容量限制。另外,時間因素也會混雜到對組塊的測量中來,從而影響對容量的估計。所以如果能夠找到一些方法,進一步控制組塊形成和時間因素對工作記憶容量限制的影響,將十分有利于研究的深入。4.3情境緩沖器:一種計算模型工作記憶容量有限性的保持機制目前尚不清楚,注意焦點和Baddeley在2000年新增加的工作記憶成分——情境緩沖器是兩種可能的解釋,但尚需要進一步構(gòu)建更為明確的容量有限的理論模型。4.4注意控制的領(lǐng)域普遍性和特殊性關(guān)于注意控制的界定各不相同,諸如控制性加工、執(zhí)行性功能、自上而下的控制、