工作記憶的研究綜述

管芳

[摘要]刷新功能是執行功能的重要組成部分，刷新功能與工作記憶任務密切相關，工作記憶以及刷新功能一直受到研究者的關注，本文從工作記憶的概念、模型提出與發展、研究范式以及腦機制等方面對工作記憶及刷新功能進行全面綜述。

[關鍵詞]工作記憶 執行功能 刷新功能

[中圖分類號]G44 [文獻標識碼]A [文章編號]1009-5349（2016）12-0134-02

一、工作記憶和執行功能的含義

在認知心理學中，1974年Bdadelye和Hithc等人對工作記憶進行了明確的界定，他們認為工作記憶是一種能量有限的系統，該系統對信息進行暫時性儲存、加工，并且工作記憶為言語理解、學習和推理等提供臨時的儲存空間和加工時所必需的信息。[1]研究表明，工作記憶與執行功能、抑制和液態智力等高級認知能力關系密切。執行功能是目前心理學家所關注的焦點，是工作記憶相關研究中最重要的部分，同時也是研究相對滯后的一部分。然而執行功能的含義其實相當廣泛，至今還沒有一個明確的定義，從整體上講，它指有機體對思想和行動進行有意識控制的心理過程，對認知過程有非常防范的影響，同時又具有非領域特異性的特點。目前研究較多的執行功能有：記憶更新、注意轉換、雙任務協調和抑制優勢反應。[2，3]其中，工作記憶刷新與工作記憶任務關系最為密切，并且它與工作記憶廣度任務相關顯著。

二、工作記憶模型的提出與發展

Baddelye在模擬短時記憶的實驗基礎上提出了工作記憶模型，認為工作記憶該模型包括中央執行系統、語音回路和視覺空間摸板[4]，如圖1所示。工作記憶可能存在多個系統，分別用于加工處理不同種類的信息。目前發現至少存在兩種類型的工作記憶系統，即負責處理語言信息的言語工作記憶和負責處理空間信息空間工作記憶。言語工作記憶對應于Baddeley提出的工作記憶中的語音環路，可以看成是言語信息的緩存區，而空間工作記憶則對應于視空模板中負責緩存空間信息的緩存區。根據Sternberg的觀點，工作記憶最主要的成分是中央執行系統，它負責工作記憶中的注意機制，調節有限的注意資源來完成心理任務；視覺空間模板關注視覺和空間材料，對其進行相關存貯；語音環路是關注言語和聽覺材料，并對其進行存貯。1986年，Logie使用雙分離任務證實了視覺和言語材料具有獨立的緩沖器，即證明了視覺空間模板的客觀存在。

Baddeley在2000年增加了工作記憶的第四個成分---情景緩沖器，對其三成分模型進行了修訂，即將三成分工作記憶模型發展為四成分工作記憶模型。Baddeley認為，來自工作記憶、長時記憶中的信息在情景緩沖器中進行暫時的儲存，即情景緩沖器是一個暫時性的儲存系統。[5]并且他將該四成分模型分為三層，最高層為中央執行系統，是最高級的控制過程；其次是信息臨時加工系統，包括視空模板、情節緩沖、語音環路三個子系統；最后一層為長時記憶系統，包括視覺語義、情節長時記憶和語言。該四成分模型注重各個輔助子系統信息整合的過程，以及長時記憶和工作記憶之間的聯系。如圖2。

三、研究工作記憶刷新功能常用的實驗范式

記憶刷新指的是根據任務的需要使工作記憶的內容不斷刷新，對其進行動態操作，從而使新進入工作記憶的信息與當前進行的任務相關。記憶刷新功能一般用動態記憶任務或n-back范式來研究。[6]動態記憶任務是Mirris和ohns設計的一種需要工作記憶儲備不斷刷新的任務，先在計算機屏幕中央以一秒一個的速度呈現一串輔音，要求被試記住該串輔音的最后幾個 （如3個），需要實時更新記憶集，直到呈現完畢，由于被試不知道該串音節何時呈現完畢，輔音串的長度與更新的難度成正比，長度越長，難度越大。[7]

Kirchner在1958年提出n-hack范式，該范式最早用于記憶年齡差異的研究，然而目前主要用于研究工作記憶的能力。這個任務可以操縱與工作記憶有關的相關因素，比如負荷。該任務的大多數經典變式要求被試監控一個呈現在中央的刺激系列（比如字母），當前呈現的刺激與前面呈現過的刺激一樣時做出反應，這邊的n是規定的前面間隔（通常是1、2、或3），就是說該任務要求被試將當前出現的刺激與前面第n個刺激進行有關比較，如比較是否為同一個字母或者刺激是否出現在同一個位置，通過控制當前刺激與目標刺激間隔的個數，來達到操縱工作記憶負荷高低的目的[8]，隨著n的增加，存儲的容量也逐漸增大，對工作記憶任務的要求也越高，被試者的行為表現也就越差。該任務范式要求被試同時進行幾種保持和控制有關的運算，因而要求將最大的需求放到工作記憶中最關鍵的過程中，從而考察工作記憶的加工機制。目前，大部分研究者采用n-back范式以及其各種各樣的變式來考察工作記憶的腦神經機制，根據編碼方式的不同，工作記憶可以分為言語和空間工作記憶兩種不同的記憶類型[9]，所以n-back范式就相應的有言語n-back和空間n-back范式兩種類型。

四、工作記憶的腦基礎

20世紀七八十年代初認知神經科學研究技術的迅速發展，涌現出正電子斷層發射掃描（PET）、功能性磁共振成像（fMRI）、事件相關電位（ERP）等技術[10]，但近些年來，越來越多的研究者運用事件相關電位（ERP）技術來研究工作記憶的神經機制。[11]ERP技術作為一種非損傷性、高時間分辨率、費用相對低、適用年齡范圍廣的電生理技術，可以幫助我們進一步精細的了解工作記憶各個加工過程所涉及的神經活動。P300是事件相關電位中潛伏期在300ms左右的晚期正向波，由Sutton于1965年發現，研究表明P300是與注意、決策、辨認、記憶等認知功能有關的ERP成分。根據Donchin的背景更新理論模型（Context update hypothesis），頂葉的P300與信息刷新功能密切相關，他認為P300的波幅反應的是工作記憶中表征的更新，而潛伏期反映的是對刺激物的評價或分類所需要的時間。[12， 13]ERP心理資源的研究中發現，P300是隨記憶負荷改變而改變的主要成分，任務越難，波幅下降[14， 15]，此外，刺激間隔（ISI）也會影響P300的波幅，ISI越大，P300波幅越大，但潛伏期無明顯變化，另有研究發現，P300的潛伏期還與認知加工的精細程度有關，Gevins在操縱n-back任務進行研究發現，工作記憶任務越難、負荷越大，P300的波幅越小，且波幅與被試的韋氏智力測驗成績呈正相關。此外也有研究發現P300的潛伏期與認知能力呈負相關，而P300的波幅與認知能力呈正相關。還有一些記憶的研究發現，只有在被試對死記硬背的言語進行表征時，P300被誘導出來，而當被試采取記憶策略后對言語進行表征時，則不能觀察到此成分。死記硬背的方式意味著對項目最初屬性在工作記憶里反復刷新，因此與此相關的P300被誘發。P300的潛伏期反映了認知加工的速度，波幅反應了心理資源的投入量，與所投入的心理資源量成正相關?？梢?，有關P300的潛伏期、波幅與工作記憶的關系盡管得存在很大分歧，對于P300的功能也沒有統一的定論，但是，我們普遍認為P300與個體在記憶方面的差異、注意加工和信息的加工有關。[13]P300的潛伏期與對刺激的評估有關。P300的潛伏期延長表明需要更多的時間對刺激做出評估，自從在不同認知功能受損的病人身上發現了潛伏期的延長現象，心理學界就把開始它作為檢測認知損傷的依據。因此，在FZ電極點發現P300潛伏期的延長是前額葉損傷的依據，前額葉的損傷則會影響大腦的認知功能。

目前較多的神經影像（fMRI）的相關研究表明，工作記憶的相關腦區主要集中在額葉部分，并且根據工作記憶的類型不同，其腦區也與不同的腦區相聯系，Jonides、Smiht、Esposito等人采用PTE、fMRI對工作記憶進行一系列的研究：言語工作記憶主要由大腦的左半球參與，后頂葉主要參與信息貯存；空間工作記憶主要由大腦右半球執行。大量神經生理、損傷和腦成像的證據表明前額葉對工作記憶起著關鍵作用。

五、結語

本文從工作記憶的概念，模型的提出與發展，工作記憶刷新功能的研究范式以及工作記憶的腦機制等方面來進行綜述，其中n-back范式是研究工作記憶刷新功能的最常用的范式。未來研究中，將采用言語和空間n-back任務對居住在高海拔地區的常住居民進行探討，以探討高海拔環境對常住居民工作記憶刷新功能的影響。

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責任編輯：彭海多