工作記憶是一種對信息進行暫時加工和貯存的容量有限的記憶系統，在許多複雜的認知活動中起重要作用。1974年，Baddeley和Hitch在模擬短時記憶障礙的實驗基礎上提出了工作記憶的三系統概念，用“工作記憶”（working memory，WM）替代原來的“短時記憶”（short-term memory， STM）概念。此後，工作記憶和短時記憶有了不同的意義和語境。
工作記憶是認知心理學提出的有關人腦中存貯的信息的活動方式。人作為一種信息加工系統，把接受到的外界信息，經過模式識別加工處理而放入長時記憶。以後，人在進行認知活動時，由於需要，長時記憶中的某些信息被調遣出來， 這些信息便處於活動狀態。它們只是暫時使用，用過後再返回長時記憶中。信息處於這種活動的狀態，就叫工作記憶。這種記憶易被抹去， 並隨時更換。
-- 中國學前教育百科全書·心理發展卷
基本介紹
- 中文名：工作記憶
- 外文名：Working memory
- 釋義：對信息暫時加工和貯存的記憶系統
- 領域：教育學、心理學
定義,主要內容,研究,
定義
工作記憶：是指信息暫時存貯及其與其它更為複雜任務的聯合運作。
工作記憶指的是一個容量有限的系統，用來暫時保持和存儲信息，是知覺、長時記憶和動作之間的接口，因此是思維過程的一個基礎支撐結構。（Baddeley,2003）
實際上，工作記憶也是指短時記憶，但它強調短時記憶與當前人從事的工作的聯繫。由於工作進行的需要，短時記憶的內容不斷變化並表現出一定的系統性。短時記憶隨時間而形成的一個連續系統也就是工作記憶或叫做活動記憶。
工作記憶其實是一種假設：
某種形式信息的暫時存貯對許多認知技能來說是必須的（如理解、學習和推理等都屬於需要信息額暫時存貯即工作記憶的認知技能）認知心理學提出的有關人腦的存貯的信息的活動方式。人作為一種信息加工系統，把接受到的外界信息，經過模式識別加工處理而放入長時記憶。以後，人在進行認知活動時，由於需要長時記憶中的信息處於這種活動的狀態，就叫工作記憶。它被認為與通常所說的意識覺察有關，即進入工作記憶中的信息就是人們自身意識中的內容。這種記憶易被抹去，並隨時更換。海馬損傷後這種記憶會發生困難。
所謂工作記憶，是指人們在完成認知任務的過程中將信息暫時儲存的系統。工作記憶可以被理解為一個臨時的心理“工作平台”，在這個工作平台上，人們對信息進行操作處理和組裝，以幫助我們理解語言、進行決策以及解決問題。可以將工作記憶理解為對必要成分的短時的、特殊的聚焦。
主要內容
工作記憶（working memory,WM）是指在執行認知任務過程中，用於信息的暫時儲存與加工的資源有限的系統[1]。WM被形容為人類的認知中樞，是當前認知心理學和認知神經科學中最活躍的研究領域之一。由於WM在人類高級認知活動中的突出重要性，Goldman-Rakic把它評價為“也許是人類心理進化中最重要的成就”[2]。目前針對WM的機制，國際上已經提出十幾個有影響的理論模型，其中最著名的是Baddeley的多成分模型[3]。該模型認為WM由語音迴路、視覺空間模板和中央執行系統組成。語音迴路負責以聲音為基礎的信息儲存與控制，視覺空間模板主要負責儲存和加工視覺信息，中央執行系統是WM的核心，負責各子系統之間以及它們與長時記憶的聯繫、注意資源的協調和策略的選擇與計畫等。圍繞該模型的驗證和完善的研究一直是WM研究的核心領域。
Baddeley提出的工作記憶包括三個部分：
包括注意控制系統——中樞執行系統，以及為其服務的兩個子系統“負責視覺材料暫時存貯和處理的視空初步加工系統” 和 “負責口語材料暫時存貯和處理的語音迴路”
1，基於語音的語音環。主要用於記住詞的順序，保持信息。
2，視空圖像處理器。主要用於加工視覺和空間信息。
3，類似於注意的中樞系統。主要用於分配注意資源，控制加工過程，這是工作記憶的關鍵成分。
然而，在對工作記憶的研究過程中，某些實驗研究並不能用Baddeley的三系統概念進行解釋。如，在實驗中被試只能記住5個左右的不相關的單詞，而卻可以記住16個左右有共通之處的單詞。在對原有工作記憶模型進行修改的基礎上，Baddeley提出了情景緩衝器概念，作為對三系統概念缺陷的補充。這是一種用於保存不同信息加工結果的次級記憶系統，在中樞執行系統的控制之下保持加工後的信息，支持後續的加工操作。
研究
WM的研究方法涵蓋了認知心理學和認知神經科學的各主要研究技術。其中事件相關電位（event-related potentials,ERPs）就是近年來在該領域套用日益增多的技術。該技術的突出特點是能以精確到毫秒級的時間解析度對特定認知事件引發的腦電位進行實時性測量。該技術還能在不需要被試做外顯行為反應的情況下檢測到內部心理過程的變化。這些優勢使ERP技術能對信息加工過程的不同階段進行明確的區分，而這種區分對建立科學的認知模型無疑具有重要價值。不過由於ERP指標對自變數和無關變數都比較敏感，因此以往主要被用於注意和感知覺等相對簡單的認知機制的研究。直到近些年隨著WM實驗範式得到不斷創新，ERP才越來越多地被用於WM核心領域的研究，取得了不少重要的成果。
工作記憶的P300效應
P300是指ERP晚成分中的第三個正波，由於最早發現的P3在刺激呈現後約300毫秒出現，所以叫做P300，現在P300已成為含有多種子成分的家族。許多研究表明P300與WM存在密切的關係。Donchin等考察了典型的WM任務中的ERP效應，發現可以把P300的波幅變化視為WM中情境更新的指標，WM任務複雜性越高，P300波幅越大。他們還發現P300的潛伏期受知覺複雜性和任務難度的影響，可視為刺激評估和分類時間的指標。Polich等也發現，在需要較多加工資源的任務中，如快速實現資源分配和信息保持的任務中，P300的潛伏期與認知能力之間呈現出穩定的關係。不過有關P300潛伏期的意義，也出現了一些不同的實驗結果，如複雜任務中的ERP研究表明，P300的波幅與認知能力之間存在密切聯繫，而P300的潛伏期與認知操作和認知能力卻沒有關係。在一項五選一的反應時任務中，WM閱讀廣度高的被試產生了波幅更大的P300；在一個n-back任務中，隨著WM負載增大，P300的波幅下降，且波幅與被試的韋氏智力測驗成績呈正相關[4]。而在這兩種任務中P300的潛伏期均與認知能力無關。此外，還有一些研究發現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。
工作記憶的N400效應。
N400是指峰潛伏期為400ms的負波,也是一個ERP家族的總115稱。典型的N400是人腦語言認知加工中最常見的ERP成分,通常在被試閱讀詞尾為歧義詞的句子時出現。不過N400的實質仍存在爭議。如它反映的僅僅是語言本身的性質,還是一般意義上的語義加工?是僅僅與語言相關的問題,還是與其他的中介因素有關?這些問題一直未得到很好的回答。
Gunter等在考察N400與高WM負載條件下的閱讀理解成績的關係時,發現N400很可能是WM容量和靈活性的直接指標,而與閱讀理解本身無關。該研究結果具有很大的顛覆性,對長期以來有關N400與閱讀理解的密切關係提出了挑戰。那么這種發現是否可靠呢?如果是可靠的話,那么N400與閱讀理解和WM之間到底是一種什麼關係呢?
Salisbury最近通過考察N400與語義記憶測驗、言語WM容量的關係,在上述問題的研究上取得了重要突破。該研究採用低WM負載條件下的同形異義詞歧義消解任務。實驗材料採用系表結構或主謂結構的短句:如“名詞是形容詞”或“名詞+不及物動詞”。名詞分為同形異義詞和詞義明確詞兩種;形容詞或動詞是對同形異義詞具有消解作用的詞,與詞義明確詞存在一致和不一致兩種情況。同形異義詞從屬含義的理解與語義記憶儲存和知識量有關。如果N400反映了辭彙通達,那么也應該與語義知識有關,因為這主要與晶體記憶有關,由大腦皮層的顳-頂迴路負責;如果N400反映了辭彙的整合,那么它應該與WM容量有關,因為這主要與液體記憶有關,由大腦皮層的前額葉負責;如果N400僅僅反映了WM的機制和容量,那么不但高WM容量組的被試在N400的波幅應該顯著大於低WM容量組被試,而且還應該與理解錯誤率和語義儲存無關。結果發現,N400與WM容量有關,而和語義知識無關,說明它主要反映了WM的一種晚期加工。WM容量越大,歧義消解詞引發N400也越大。實驗結果支持了第三種假設,因此N400是WM容量大小的一個指標,而不是通常所認為那樣是情境整合難度的指標。該研究有力地支持了Gunter等的發現,為N400實質的研究取得了突破性進展,同時為今後的WM研究提供了一個重要指標。
工作記憶的CNV效應
CNV(contingent negative variation)通常指在預備信號和命令信號之間觀察到的腦電的負向偏轉,是最早發現的純心理波之一。一般認為CNV的心理性質是在完成同一種任務時由期待、朝向反應、覺醒、注意和動機等多種心理因素綜合構成的心理負荷加重。
Casini等發現,當要求被試在WM中編碼或者生成有關時間長短的信息時,頭皮上可記錄到一種負慢波。他們發現這種負慢波就是CNV,其波幅隨著所需注意資源的增加而發生變化。Casini等還發現前額葉的CNV水平與時間信息加工之間存在密切關係。Monfort等最近進一步考察了ERP與時間信息在WM中的保持過程的關係。在實驗中他們記錄了時間信息編碼和保存過程中的ERP,並考察了WM負載對這些ERP成分的影響。負載通過記憶時間段的數量和對時間信息的加工程度進行控制。結果發現,編碼期間出現了典型的CNV效應。不同資源需求條件下CNV的波幅差異不顯著。在保持期間,額區多個電極位置的慢波出現了明顯的正向偏移,而頂枕區的慢波出現了負向偏移。額葉正慢波的幅度存在任務差異,資源需求較大的任務幅度更大。因此,該研究揭示了在時間信息的保存過程中,會出現一種正走向的ERP慢波,而且這種ERP成分的波幅與WM任務的資源需求有關。
ERP與視覺工作記憶研究
ERP在視覺WM研究中的典型套用是對視覺空間、視覺客體和言語WM的電生理機制的區分。如前所述，Baddeley的三成分模型把WM分成視覺空間WM和言語WM兩個附屬系統。視覺空間系統可能又可以分成視覺客體WM和空間WM。ERP技術為這兩種視覺系統內WM的區分以及它們與言語WM的區分提供了有力證據。
ERP與言語工作記憶研究
ERP技術在言語WM研究中的套用一方面體現在其特異性成分的探討上，如上文提及的Ruchkin等的研究；另一方面集中在言語WM的結構和機制方面的研究上。這裡側重介紹第二方面的研究。近年來有研究者提出言語WM也可以像視覺WM一樣可以進一步區分。如Caplan等指出，言語WM可分為解釋性WM(interpretative working memory）和後解釋性WM(post-interpretative working memory)[11]。前者負責言語模組化的自動加工，如句法的加工；後者負責言語中樞性的控制性加工，如對外部世界知識的探索。Caplan等通過PET技術為其言語WM的雙重結構提供了證據。 綜上所述，ERP技術在WM這一高級認知功能的研究中已經得到比較廣泛和深入的套用。ERP已經被套用到WM領域很多關鍵問題的研究上，並已取得顯著成果。這些研究為WM的內部過程提供了精確的時程信息,使研究者可以了解到不同類型的WM編碼、保存、更新和中央執行控制的起止時間和在腦區的大致分布，為WM理論模型的發展和完善提供了重要數據。不過當前WM的ERP研究還存在一些不足。一些ERP成分的WM內涵還不是很明確，不同研究結果之間的分歧比較大，有些問題的研究還不夠系統等。
ERP與中央執行系統研究
中央執行系統(central executive, CE)是WM模型研究中最重要但研究難度最大的領域。目前這方面的研究主要集中在CE更新功能和注意轉移功能的ERP效應上。
Donchin等指出,人類ERP中的P300成分是由WM內容的更新引起的,這是最早有關ERP和CE關係的研究。Donchin的這種情境更新假說後來得到了很多ERP研究的支持。Fabiani等發現,言語刺激呈現時引發的P300波幅與回憶成績相關顯著。但這種相關只有在被試使用機械記憶的方法時顯著,當被試使用了精加工策略等記憶策略時則相關不顯著。由於用機械記憶時,被試需要用目標項目的表征去更新WM的內容;而精加工策略涉及到其他的加工過程,回憶的成功與否主要決定於策略的有效性,而不是目標刺激的突顯性,從而消除了記憶更新對目標刺激屬性的影響,導致觀察不到P300與回憶之間的關係消失。因此該研究為P300與WM的更新的關係提供了支持。
然而,上述研究存在明顯的不足,因為它們所用的任務都不是典型的WM任務,而多是Sternberg的短時記憶掃描任務,而且有關記憶更新與P300的關係都是通過間接推導得到的。為此,Kiss等以Baddeley的模型為理論背景,通過引入精巧的實驗任務,直接考察了CE更新功能的ERP效應。該研究設定了與更新任務匹配的控制任務,在更新任務中,要求被試動態地更新WM儲存的內容;而對應的控制任務則不要求被試保存不斷變化的記憶刺激,但二者的刺激序列和反應模式完全相同。通過把更新任務中的ERP與控制任務中ERP的相減,可得到專門與WM更新有關的ERP模式。如在一個具體的實驗中,給被試依次呈現單個數字,刺激序列長度在2到5之間隨機變化,每個序列之後呈現一對數字,作為記憶目標。在更新條件下,這些數字對有一半與剛呈現過程的序列中的最後兩個數字順序和內容完全匹配,另一半不匹配,要求被試在發現匹配時按滑鼠右鍵,對所有單個數字和不匹配的數字對按滑鼠左鍵。在控制條件下,有一半的刺激對相當於更新條件下的非匹配刺激,另一半為兩個“*”號,要求被試對所有單個數字和“*”對按滑鼠左鍵,對數字對按滑鼠右鍵。在更新條件下被試需要在WM中對每個項目進行編碼、儲存並做上系列標記。當序列項目超出需要記憶的項目時,被試還需要對記憶內容進行動態更新。結果發現,這種更新過程引發了一個較寬的正走向的ERP差異波,如圖1所示。雖然更新條件和控制條件都涉及編碼、儲存和系列標記等WM過程,但是在差異波中這些因素的ERP效應已經被減掉。所以圖1中所示的正走向差異波就是一種與WM更新這一特定加工相對應的ERP成分。該研究開創性地直接揭示了與WM的中央執行功能相關的ERP效應。
