工作記憶理論

工作記憶理論主要由巴德利提出，主張用工作記憶的概念擴展短時記憶的概念，在不斷地發展過程中逐漸套用到其他廣泛的領域。工作記憶理論模型的發展主要經歷三個階段，分別是工作記憶三種成分模型（又稱早期工作記憶模型）、工作記憶的嵌套加工模型、工作記憶的同心圓模型和晚期工作記憶模型。

基本介紹

• 中文名：工作記憶理論
• 外文名：Working memory theory
• 提出者：巴德利
• 提出時間：20世紀七八十年代
• 類屬範疇：記憶
• 套用：認知活動

定律定義

工作記憶是指信息加工過程中，對信息進行暫時存儲和加工的、容量有限的記憶系統。例如，完成口算任務2×4×5×6，你必須首先記住2×4等於8這個結果；其次還必須記住8×5等於40，才能順利進行下一步的計算，這裡8和40就存儲在工作記憶中。假如工作記憶出了問題，記不住8和40 ，就不可能完成上述任務了。從這個例子可以看出，工作記憶是一種當前工作狀態的記憶，它短暫地存儲當前信息，還要對這些信息進行加工。

巴德利等人認為，工作記憶並不是一個單一的成分，而是由多個成分組成的加工系統，它包括語音環路、視覺空間模板、情景緩衝器和中央執行系統四個成分，不同成分具有不同功能。

理論模型

早期工作記憶模型

早期工作記憶模型，指的是巴德利等人最初提出的工作記憶模型。它是一個相對概念，他們將工作記憶模型分成三部分：視覺空間模板、語音環和中央執行系統。

圖1

語音環負責以聲音為基礎的信息的儲存與控制，包含語音儲存和發音控制兩個部分。一部分是語音儲存，能保持語音信息1至2s，其中的項目均由語音結構來表征；另一部分是發聲控制，類似於內部語言，能通過默讀重新激活消退著的語音表征，防比衰退，而且發音控制加工還可以將書面語言轉換為語音代碼存在“語音儲存”中。語音環的結構可以由語音相似效應和詞長效應來證明。語音環是記憶廣度的基礎，其中保留的項目數是記憶痕跡消退速率和由默讀複述重新激活速率的聯合函式。另外，語音環對言語理解、辭彙獲得和語言學習還具有輔助作用。有證據表明，語音環路的容量大小能很好地預示兒童和成人習得第二語言能力的高低。

中央執行系統是工作記憶最為重要但又研究最少的系統。它是一個能量有限的系統，其功能是負責各子系統之間以及它們與長時記憶的聯繫，也負責注意資源和策略的選擇與計畫。為了說明中央執行系統的性質，巴德利在工作記憶模型中結合了Norman關於注意控制的模型。在這個模型中，許多認知加工由現行的圖示啟動，而這些圖示的激活又依賴於內部建立的優先等級和環境中的線索。一旦這兩者均滿足條件，圖示就自動激活。

視覺空間模板主要處理視覺空間信息。像語音環一樣，信息可以直接進入視覺空間模板，也可以間接地進入該模板。視覺空間模板子系統對空間任務的計畫和在地理環境中的定向具有重要的意義。一些雙任務操作的研究結果顯示，工作記憶中確實存在這樣一個子系統。若要求被試用言語編碼或者用視覺空間編碼來識別材料，就會發現同時進行的發音或言語活動干擾了其中一個系統，而視覺或空間活動干擾了另一個子系統。視覺空間模板可能包含兩個元素，一個視覺元素，與顏色形狀有關;另一個是空間元素，與位置有關。腦成像研究發現視覺客體信息和視覺空間信息的工作記憶激活了各自獨立的特殊腦區。這些研究表明，視覺工作記憶又可分為視覺客體工作記憶和視覺空間工作記憶。

工作記憶的嵌套加工模型

嵌套加工模型是由Nelson Cowan於1999年在他早期研究的基礎上正式提出的。其主要目的是為了在同一個結構中對注意和工作記憶領域內的一系列觀察結果進行解釋說明。與早期工作記憶模型不同的是，Cowan認為工作記憶需要的是在長時記憶中對表象進行激活，而不是對一個獨立的記憶系統進行操作。他還進一步強調，工作記憶中信息的保持既可通過複述來獲得，也可通過一個可供選擇的、獨立於材料的內隱加工來獲得。雖然這個模型與早期工作記憶模型有共同之處，但它們之間還是有一些本質的區別。這些區別包括：嵌套加工模型把工作記憶看作長時記憶的一個子系統，而不是一個專門的暫時儲存系統；對不同類型刺激的短時儲存是在一個共同的存儲媒介(長時記憶)中進行的，而不是像三成分模型那樣在儲存具體材料的子系統中進行;除了基於言語的複述之外，策略性加工也對重新激活已儲存的信息起重要作用。

圖2

從圖2可以看出，嵌套加工模型僅有一個儲存基地，這一儲存區就相當於長時記憶系統，而且它還被假定為對一系列相關特徵的表征進行儲存(或稱為特徵整合)。尤其重要的是，信息更容易以兩種方式中的任何一種進入這個系統(也就是工作記憶)。首先，在長時儲存區，一個”嵌套的“信息子集可以被放入一個突出的臨時激活狀態中，這種激活的時間有限而且容易消失。其次，這個被激活的信息子集可被進一步激活而進入注意的焦點，這就使得這些信息更為突出明顯。這個注意焦點的容量是有限的，而且它一次只能容納少量的信息。

工作記憶的同心圓模型

同心圓模型指的是Oberauer於2002年提出的一種新的工作記憶模型。他在探索“注意焦點”的基礎上對進入工作記憶的信息操作劃分為三個功能區域。如圖3所示，A區為長時記憶的激活部分，可以在短暫的時間內記住信息以用於以後的回憶。B區為直接存儲區，保持一些有限的組塊以用於正在進行的認知加工。C區為注意焦點，在任何時刻只保持一個組塊，這個組塊實際上被選擇為一次認知操作的客體。實際上，同心圓模型是將工作記憶視為一個有組織的表徵集，其特點是3個功能區對認知處理的易得性依次增加。屬於工作記憶內容的表征可以依據它們的存取地位來區分。

圖3

晚期工作記憶模型

也叫工作記憶多成分模型，2000年，Baddeley等人修正了工作記憶的經典模型，修正後的新模型增加了一個成分，即情景緩衝器。新模型分為三個層次：第一層是中央執行系統，負責最高級的認知控制過程；第二層包含視覺空間模板、語音環路和情景緩衝器在內的三個輔助子系統，負責對三個輔助子系統獲得的三類信息的臨時加工；第三層是長時記憶系統，包括視覺語義、語言和情景長時記憶。第一、二層屬於流體系統，第三層屬於晶體系統。該模型強調工作記憶和長時記憶之間的聯繫以及各子系統信息整合的加工過程。

中央執行系統是一個注意資源有限的控制系統，是工作記憶中最重要的成分，它的功能主要有：協調語音迴路和視覺空間模板活動；注意資源的分配與控制；選擇性的注意以及轉換策略。

圖4

視覺—空間模板用於處理視覺的和空間的信息。信息可以直接進入視覺空間模板，也可以以表象的方式進入空間模板。例如，看到牆上的一幅風景畫，這幅畫就直接進入了視覺空間模板。如果你閉上眼睛，從記憶中產生畫的表象，那么這一信息是間接進入空間模板的。

語音環路用於處理以語音為基礎的信息。例如閱讀課文，聽他人講話等都會涉及語音環路。語音環路又由兩個部分組成，分別為語音存儲和發音複述過程。語音存儲保存語音的信息，保持的時間非常的短暫，大約兩秒之後就會衰退。發音複述有助於不斷加強要消退的記憶痕跡，使語音信息保持下來；也有助於把視覺形式的信息轉化為聽覺形式的語音信息，從而使其進入語音存儲。

情景緩衝器就是一個用來整合視覺、空間和言語信息的一個成分。它是一個容量有限的空間，用於整合來自語音環路和視覺空間模板的信息。情景緩衝器與長時記憶相連。

理論套用

工作記憶與學習能力的關係

近年來，隨著對工作記憶研究的深入，人們開始意識到學生學習成績上的差異，不僅與知識水平有關，而且與工作記憶有關。工作記憶對學習能力的影響，是工作記憶研究套用最多的一個領域。曾守錘，吳華清對學習不良兒童的工作記憶的研究認為：閱讀障礙兒童和數學學習不良兒童在言語工作記憶和執行性功能上存在缺陷；數學學習不良兒童在視一空工作記憶上也存在一定的缺陷。王明怡，陳英和對工作記憶的各個成分與兒童算術認知之間的關係進行了廣泛的探索。同語音環和視空間模板相比，中央執行在兒童算術認知加工中的作用顯得更為關鍵。王恩國的研究發現，工作記憶通過閱讀理解、寫作和數學問題解決而影響學生的學習能力。語音迴路對閱讀的影響更多地體現在複雜句子結構的理解上，中央執行功能在語言意義的加工過程中起著更大的作用，寫作能力的逐步完善與工作記憶能力的增長密不可分，工作記憶的三個成分對簡單和複雜數學問題解決都產生重要影響。王恩國，沈德立等在對語文學習困難兒童的短時記憶、工作記憶和加工速度的研究中發現語文學習困難兒童的缺陷在於工作記憶能力的下降。工作記憶的缺陷在於言語工作記憶的不足，與視空間工作記憶能力無關，語文學習困難與特定的工作記憶(言語工作記憶)能力的不足有關。工作記憶缺陷的原因在於存儲能力的不足，而不是加工效率的缺陷造成的。

工作記憶與思維的關係

思維涉及範圍很廣，就其中的高級認知活動而言，包括心算、推理、問題解決等。唐慧琳運用言語類比推理和圖形類比推理任務研究類比推理與工作記憶的關係，結果發現：在圖形類比推理中，有視空間模板中的空間成分，語音迴路中的發音成分以及中央執行器的參與;在言語類比推理中，則是視空間模板中的空間成分起主要作用。白學軍等人採用眼動記錄法，探討了工作記憶、兩個前提的關係以及表達方式對線性三段論推理的影響。結果表明線上性三段論推理過程中的語言表征過程和空間關係的建立都受到工作記憶容量的影響，被試的工作記憶容量越高，就越容易建立語言表征和空間的關係。閻國利等人採用眼動記錄法，考察了被試對歧義短語的語義加工過程。結果發現工作記憶高有利於句子的理解，但對歧義短語的兩種意思的提取和保持的作用不顯著。大量研究表明，工作記憶與思維之間存在密切的關係。