加工速度理論

加工速度是一種理論性的心理結構,它表征個體執行多種不同認知操作的快慢程度。研究結果表明,許多速度測量的年齡相關變異(age-related variance)存在中等程度至大部分的重迭,為加工速度的結構假設提供了實證依據。

基本介紹

• 中文名：加工速度理論
• 外文名：processing speed theory
• 其他簡稱：PST

一、基本內容

T. A. Salthouse是美國喬治亞理工學院潛心研究認知老化的心理學家,近20年來一直積極探索加工速度與認知老化的關係.經過一系列創造性的實驗與分析,於1996年提出了認知老化的加工速度理論(processing-speed theory, PST). PST的基本內容是:成人的認知操作速度隨年齡增長而減慢是液態認知功能發生老化的主要原因.也就是說,認知老化的PST是用加工速度的慢化(slowing)來解釋認知老化現象,即成人認知成績的年齡差異問題的.

早期的成人心理測驗已經揭示出年齡與認知之間存在負性相關,稍後的心理測量和神經心理測驗也顯示出類似的結果.但應指出,認知老化的PST試圖解釋的是認知老化研究領域已被公認的發現,即正常成人的記憶、推理、空間能力等液態認知(fluid cognition)存在可靠的年齡差異.不過, PST的目的不是說明決定認知功能衰退的一切因素,而是解釋與成年階段相關的認知功能的差異,也即認知成績中的年齡相關變異.具體地說, PST可分為兩個基本假設和兩個基本機制.

1　基本假設

PST認為,除具體加工效能(processing efficiency)發生變化和個體的知識局限外,許多認知任務都受少數一般加工限制(general processing constraint)的制約,從而影響認知任務的成績.據此推論,與年齡相關的加工慢化是一種廣泛現象,而不單純是由特殊加工缺陷造成的.所以,許多加工速度不僅與具體任務有關,而且與年齡增長有關.是故,不同速度測量中的年齡相關效應不會是獨立的,應當存在相當程度的共同變異,從而可以利用一般速度測量的年齡差異預測特定速度測量的年齡差異.一方面, Salthouse運用統計控制程式來檢驗多種速度測量中年齡相關效應是否彼此獨立.簡單而言,所謂統計控制就是選定年齡相關的指標變數(criterion variable,CriV)和年齡相關的控制變數(control variable, ConV),以逐步回歸和相關分析為基礎計算CriV和ConV共有的變異,該部分變異表示CriV和ConV受共同因素影響的程度. Salthouse先後以不同的樣本計算各種任務加工速度的年齡相關性共同變異.例如,對11種速度測量的分析結果表明,它們有平均85%的年齡相關變異是重迭的;對另14項速度測量進行考察,發現其年齡相關變異的均值是62%.這就證明了不同速度測量中的年齡相關效應不是彼此獨立的.另一方面, Salthous運用系統關係分析檢驗可否由一般速度測量的年齡差異關係去預測特定速度測量的年齡差異.認知老化研究中的系統關係分析是,將兩年齡組的成績均值對照描點,同時表示準確性及反應速度的關係.這種分析能夠估計年齡相關的一般與特殊影響的相對作用. Salthouse蒐集的資料及其本人的實驗研究結果一致顯示,年輕人和老年人的平均反應速度的系統關係中存在年齡相關的一般性衰退因素,該因素能夠預測特定速度測量的年齡差異.為避免對一般慢化因素產生誤解, Salthouse指出: ①一般速度因素的影響不是絕對的,有些測量可能未顯示出年齡相關的加工速度慢化現象; ②由於存在隨機影響因素,不同速度測量的年齡差異不一定是相同的; ③速度因素不一定是單一的,可能存在幾個一般因素.

2　基本假論

PST認為,加工速度是一個與年齡增長相關的關鍵性一般加工限制.顯然,個體執行某一認知活動的速度既受該活動所需加工數量的制約,又受個體完成多種類型活動能力的限定,所以還不能肯定執行諸多認知操作的加工速度是年齡相關差異的根源,但可認為隨著年齡的增長,許多認知操作執行速度的慢化是大多數成人認知測量成績中年齡差異的主要原因.也就是說,加工速度是年齡與認知成績之間關係的重要中介因素,它對許多認知操作速度及操作結果均有影響.假設加工速度是年齡與認知之間關係的中介則意味著:如果消除中介變異,與年齡相關的效應將會大大減少. Salthouse認為,研究加工速度的中介作用的最佳辦法是統計控制程式,使假定為中介因素的變異保持恆定,只要中介因素與年齡和指標變數都相關,統計控制程式就將減少指標變數中與年齡相關的效應.如果中介因素只與年齡相關,控制對指標變數就無效應;如果中介因素只與指標變數相關,那么控制對年齡與指標變數之間的關係就無效應.研究結果表明,如果將多種記憶測量作為指標認知變數,當控制相對簡單的加工速度測量,年齡相關的變異就有實質性降低.例如,控制反應的速度因素後,所有記憶測量的年齡相關變異平均減少了77.6%,控制紙筆知覺速度因素後,這些變異就平均減少了85.1%. Salthouse總結說,大量的記憶與認知研究結果表明,有平均75%或更多的年齡相關變異與加工速度測量重迭,即,年齡和認知成績之間的關係是以加工速度為中介的.

3　限時機制

限時機制(limited time mechanism)系指一項任務中相關認知的操作太慢就不能在有限時間內順利完成.也就是說,如果當前操作占用了後面操作可用時間的大部分,那么後面的操作就要大受限制.檢驗這一機制的方法是操縱加工刺激信息的時間.儘管刺激呈現時間的變化不會影響內部加工操作的速度,但是,這種操縱所提供的認知成績與加工時間的結果可描成時間-準確性圖象.以縱軸代表準確性,橫軸代表時間,這樣,縱軸比較能反映特定時間的準確性水平,橫軸比較可反映達到特定準確性水平所需要的時間. Salthouse以連續聯想記憶為實驗任務,考查年輕組和老年組記憶成績與刺激呈現時距的關係,結果發現隨著呈現時距的增長,兩年齡組的記憶正確率都不斷提高,但老年組的成績在任一呈現時距條件下都比年輕組的成績差.反過來說,要達到同等的記憶正確率,老年組比年輕組需要更長的呈現時距,即老年人在限定時間內完成的加工數量更少或/和質量更差,記憶成績的老化現象可部分地由限時機制來解釋.

4　同時機制

同時機制(simultaneity mechanism)系指一項任務中相關操作的慢速加工將使較高水平加工同時所需的有用信息減少.也就是說,當加工速度較慢時,前面加工的結果可能會在後面加工需要時已經丟失或畸變.同時機制的基本原則是許多複雜活動需要該活動的各部分任務同步進行,在相關加工操作能夠快速執行時,同步進行比較容易.當信息失真的時間過程與諸如編碼、推敲、搜尋、複述、提取、整合及抽象等關鍵操作的速度之間出現矛盾時,即相關信息在需要時無法提供,則相關信息在後續加工操作執行過程中已愈加模糊或枯竭,從而更易無用,無法保障加工順暢地進行下去,結果傾向於產生加工缺陷.並且,不管可資利用的加工時間有多少,都將出現這種情況,因為關鍵限制在於內部機能,而不是外部條件.同時機制也不能只歸於遺忘,某些任務因素會影響有關的輸入能否同步得到加工,也有可能改變同時可得信息的數量和質量.由於並非所有相關信息在需要時均能以可用的形式得到,所以加工系統(如工作記憶)的動態容量會受到影響,比較高級的加工(如抽象、推敲、整合)易出現損傷.這些加工的衰退將造成關鍵加工操作的錯誤增多或耗時性無效重複.工作記憶是說明同時激活信息總量的另一種方式, Salthouse就用工作記憶來檢驗同時機制.相關的大量研究結果表明,工作記憶成績存在年齡相關性下降,而對速度指標進行統計控制後可顯著減少工作記憶測量中的年齡相關差異.

二、與其他認知老化理論的比較

任何有價值的認知老化理論或假設,都必須能夠較為準確地表征廣泛的實證研究發現,能夠在一般及特殊水平,較為準確地預測成人認知的成績會否出現年齡相關衰退準此而言,這裡主要比較文獻中頗有影響的認知老化理論與加工速度理論的異同。首先,認知老化的PST把加工速度當作認知操作的核心結構.這類似於Birren的觀點,即許多認知操作速度的變化將引起無數行為結果的變化.所不同的是,前者提出具體原理(限時機制和同時機制)來解釋速度與認知的關係,多種分析程式的實證依據也支持該理論的預測;後者則是籠統的論述,基本屬於假設構想.其次, PST與Cerella, Myerson等的假設有相似之處,

1　基本假論

PST認為,加工速度是一個與年齡增長相關的關鍵性一般加工限制.顯然,個體執行某一認知活動的速度既受該活動所需加工數量的制約,又受個體完成多種類型活動能力的限定,所以還不能肯定執行諸多認知操作的加工速度是年齡相關差異的根源,但可認為隨著年齡的增長,許多認知操作執行速度的慢化是大多數成人認知測量成績中年齡差異的主要原因.也就是說,加工速度是年齡與認知成績之間關係的重要中介因素,它對許多認知操作速度及操作結果均有影響.假設加工速度是年齡與認知之間關係的中介則意味著:如果消除中介變異,與年齡相關的效應將會大大減少. Salthouse認為,研究加工速度的中介作用的最佳辦法是統計控制程式,使假定為中介因素的變異保持恆定,只要中介因素與年齡和指標變數都相關,統計控制程式就將減少指標變數中與年齡相關的效應.如果中介因素只與年齡相關,控制對指標變數就無效應;如果中介因素只與指標變數相關,那么控制對年齡與指標變數之間的關係就無效應.研究結果表明,如果將多種記憶測量作為指標認知變數,當控制相對簡單的加工速度測量,年齡相關的變異就有實質性降低.例如,控制反應的速度因素後,所有記憶測量的年齡相關變異平均減少了77.6%,控制紙筆知覺速度因素後,這些變異就平均減少了85.1%. Salthouse總結說,大量的記憶與認知研究結果表明,有平均即都強調一般速度因素在年齡相關慢化過程中的重要作用.它們的區別在於: Cerella,Myerson等的假設旨在闡釋年齡與速度的關係,以系統關係分析作為一般慢化假設的證據來源,而PST偏重於解釋年齡與認知之間的關係.可見, PST是在前者的基礎上前進了一大步,把速度作為認知與年齡關係的中介變數.第三, PST與加工資源理論和注意抑制理論所試圖說明的問題是一致的,均要解釋年齡與認知之間關係的[2,3].但是, PST的核心結構是可以檢驗的,統計控制、系統關係分析的大量證據也表明加工速度對年齡與認知的關係有重要的中介作用.相反,無論是加工資源還是注意抑制都存在概念不清、難以控制的缺陷.不難看出, PST比認知老化的其他主要理論顯得更有價值。所以,不管理論家是否接受如下解釋:至少某些認知機能測量中的年齡相關衰退可歸因於執行相關加工操作的較慢速度,都不應該莫視簡單速度測量與複雜認知測量共有大部分年齡相關變異的事實,這對於理解老化與認知關係的本質具有不可低估的啟示意義.也就是說,幾乎所有理論,甚至那些將年齡相關差異歸於具體認知加工損傷或某種認知策略缺陷的假設,都應考慮到與基本加工效能有關的因素,否則就難免囿於僅僅關注老化現象的另一表現,而無法觸及認知老化的本質.

2　PST的其他優點

由於基本加工速度隨著年齡增長而逐漸減慢常常伴有諸多適應現象,加工速度慢化的結果往往難以預測.而隨著個體年齡的增大,其加工系統不僅速度逐漸變慢,並且效能也愈加降低,這就將加工速度慢化的一切原因及結果變得更為複雜.但是,用PST的限時機制與同時機制來解釋加工速度卻顯得非常簡單,即加工速度較快時,就有較多的機會同時完成較多的加工,而較多的同時加工通常導致較好的成績;相反,加工速度較慢時,由於只能同時完成較少的相關加工,結果造成較差的認知成績.此外,從理論上講,在認知老化研究中以加工速度結構為核心進行探索還有兩個突出優點: ①對於關注認知老化現象遠端決定因素的研究來說,加工速度是個便利的心理結構,即由於速度在許多年齡相關的認知差異中起核心作用,所以研究發生於個體生活早期而又對應著速度中年齡相關慢化的因素,將可能解釋多種認知機能測量中年齡差異的大部分變異. ②加工速度可以作為行為研究和神經生理學研究之間的連線結構,這是因為加工速度是以時間來刻劃的概念.時間是一個客觀且絕對的維度,而不是一個標準參照量尺,所以它在各種學科里都應具有通用的意義,從而有希望將不同學科的概念聯繫起來,使認知老化的跨學科研究成為可能.

3　需要進一步研究的問題

雖然PST與其他認知老化理論相比有不少優點,但是它也存在許多尚未解決的難題,這些也正是值得將來進一步深入研究的內容.例如,為什麼隨著成人年齡的增長,認知操作速度會減慢?限時機制與同時機制是如何將較慢的加工速度與較差的認知成績聯繫起來的?儘管年齡、速度對工作記憶影響的證據與認知老化PST的預測一致,然而,限時機制和同時機制決非得無懈可擊.譬如,工作記憶是不是評估同時可得信息的最好方式?成績是否深受策略、知識及其他因素的影響?激活信息的較慢速度是不是同時可得信息減少的原因?信息歷時衰變的速度是否還有其他情況?特別重要的是應該進行神經心理學研究,探索年齡相關慢化的神經基礎,尋求加工速度反映的到底是什麼結構.顯然,這需要多學科的協同研究,因為僅靠行為觀測是無法解決上述問題的.