述评工作记忆中情景缓冲器诞生的必然性

高国娇 王晓丽

（西北师范大学心理学院 甘肃兰州 730000）

一、引言

“工作记忆”一词最初出现在Miller、Galanter和Pribram(1960)的经典著作《计划和行为结构》中，其后被用于计算机模拟理论(Newell&Simon,1972)和动物学习的研究(Olton,1979)中。认知心理学领域主要用工作记忆概念解释信息暂时存储和操作过程中涉及的系统，其中Baddeley和Hitch(1974)的观点最具代表性，他们认为工作记忆是一种由不同成分组成的系统，并且提出了三成分工作记忆模型，即包括中央执行系统、语音环和视觉空间模板三个成分。该模型是早期短时记忆模型（如Broadbent的短时记忆模型以及Atkinson和Shiffrin的短时记忆模型）的一种发展，但是却与短时记忆模型有两个主要的不同点：第一，放弃单一存储系统的概念而支持多成分系统；第二，强调多成分系统在复杂认知活动中的作用（操作功能）而不强调记忆本身的作用（存储功能）（Baddeley,2001）。

工作记忆模型自1974年被Baddeley等研究者提出以来一直广泛用于认知科学的许多领域，并且大量有关的行为科学和神经科学实验研究都证明该模型是科学的。然而随着对其研究的深入以及认识的发展，研究者发现一些现象难以用三成分模型解释。根据 Baddeley（1986；2000；2001；2003）的观点可知三成分工作记忆模型主要有以下几点不足之处。

二、工作记忆三成分模型的不足

首先，三成分模型假定中央执行系统在本质上是一个没有存储能力的注意控制系统，因此不能解释一些严重遗忘症患者对文章段落的即时回忆现象。一般来说严重遗忘症患者通常对文章段落的即时回忆和延迟回忆都非常糟糕，几乎为零，但是有少部分患者却表现出良好的即时回忆成绩（延迟回忆成绩仍然为零）。此类病人的智力和中央执行能力通常都是正常的(Baddeley&Wilson,2002)。由于三成分模型假定其各子成分容量有限并且中央执行系统是一个没有存储能力的纯粹的注意系统，因而难以解释该现象。此外，E·Tulving报道了一位患有严重失忆症的病人，他不仅能记住桥牌规则，而且在打牌的过程中能很好地记住他已经打出的牌而赢得了对手。显现这种现象也无法用三成分模型解释。

其次，三成分模型忽略了视觉空间模板与语音环间的相互作用。事实上，当某任务的完成可能涉及视觉空间过程和言语过程时，这两种过程似会以某种形式结合起来以提高成绩(Baddeley etal，2010)。例如Logieetal（2000）的研究表明即使是简单的言语广度也存在言语编码和视觉编码相结合的痕迹。聋人手语的研究(Rudner,Fransson,Ingvar,nyberg&Rnnberg,2007)进一步证明视觉空间系统与言语系统间存在相互作用。然而，根据三成分模型可知语音环和视觉空间模板是两个彼此分离的存储系统，那么信息是在哪里结合的，又是如何结合在一起的呢？在某种水平上是否可能存在一种共同的编码系统？Baddeley等人采用工作记忆模型解决意识觉察问题的研究中发现了一个相似的问题(Baddeley&Andrade,2000)。他们要求被试评定图像生动性的同时完成干扰工作记忆每个子系统的同时任务来解决这个问题。当被试对刚经历的一个新颖视觉排列或听觉排列形成一种图像时，两个子系统的作用就得到了很好的验证：语音抑制能降低被试对听觉图像生动性的评定，空间抑制能降低被试对视觉图像生动性的评定。然而要求被试对长时记忆中的知识（例如当地市场的一处景象或一段电话对话录音）形成图像时该模式就会改变，虽然两个子系统仍然起重要作用，但是长时记忆因素此刻变得更重要，因为图像生动性的评定依赖于这些因素，如该市场景象是积极的还是消极的，是常见的还是怪诞的。图像的生动性似乎依赖于可利用的准感觉知识的数量，而不管是基于长时记忆的知识还是基于短时记忆的知识 (Baddeley&Andrade,2000)。因此他们认为被试对图像生动性的正确判断反映了工作记忆与长时记忆因素间的某种连结，而三成分模型无法解释这种现象；并且不能简单地认为这种过程仅反映了长时记忆的一种检索，因为人类显然能以一种新颖的方式连接图像来生成他们先前不可能遇见的连接，例如生成天鹅去购物或者一只打冰棍球的大象的图像。

三成分工作记忆模型的第三个不足之处就是忽略了各子系统与长时记忆间的联系，因此难以解释个体对句子和无关词即时回忆的成绩存在差异等现象。如研究发现被试的单词广度约为5个单词而句子广度可能会高达16个(Baddeley,Vallar,&Wilson,1987)，这意味着多出来的10或11个单词可能来自长时记忆，因此可以推测短时记忆明确受损的病人的句子广度应该为10个单词左右，但事实上却只有5个单词 (Vallar&Baddeley,1984)。倘若记忆材料是有意义的，那么也可能存在即时记忆对语义相似性敏感的情况(Baddeley,in press)，甚至也可能存在无关词广度易受单词频率和单词意象性等因素影响的情况，这些因素反映的是长时记忆信息而不是语音环信息(Hulme,Roodenrys,Brown,&Mercer,1995)。总之，这些研究表明需要一种以主动维持和操作的方式整合来自工作记忆子系统和长时记忆的信息的装置。而三成分模型的各子系统都没有这种功能，因此需要修正该模型。

最后，三成分模型对中央执行系统具有存储功能假设的抛弃，使该模型难以解释工作记忆广度的个体差异。例如，Daneman和Carpenter发现被试的工作记忆广度成绩与他们的阅读理解能力相关，许多研究也都重复验证了这一结果(Daneman&Merikle,1996)。此外，工作记忆广度任务对范围广泛的其它认知任务（从记笔记到学习逻辑学，从获得计算机程序技能到完成智力测验）有相似的预测作用（Engle&Kane,2004）。

三、情景缓冲器的诞生——弥补三成分模型的不足

三成分工作记忆模型的主要缺陷反映了两个不同的而又有联系的问题。第一个问题主要关注工作记忆不同成分（每种成分都采用一种不同的编码方式）间相互整合的方式，第二个问题强调工作记忆与长时记忆的关系。虽然该模型没有并且无法回答这些问题，但是许多年来它确实为许多实验研究提供了一种有用的理论框架（Baddeley Allen&Hitch，2011)，因此 Baddeley没有抛弃该模型而是对其进行修正，提出工作记忆的修正模型。那么，修正模型与三成分模型主要有什么不同呢？笔者认为修正模型一直强调多成分属性并且拒绝工作记忆仅仅代表长时记忆激活部分的观点；同时它也拒绝阀门系统仅代表视觉或言语感知和产生过程中的激活的相关观点。虽然工作记忆与长时记忆以及知觉和运动功能密切相连，但是情景缓冲器仍然被认为是一个有它自己专门存储过程的分离系统，因此它的存在具有必然性和客观性。

（一）情景缓冲器的内涵

情景缓冲器是一个容量有限的暂时存储系统，在WM的两个阀门系统、长时记忆和CE间形成了一种交界面。它因能保持整合的情景或场景而被认为是情境性的，类似于Tulving的情景记忆概念却不同于情景记忆，例如情景长时记忆严重受损的重度失忆症病人的情景缓冲器却可能正常（Baddeley,2000)；又因它的一个主要功能是把不同来源的信息捆绑在一起以形成完整的组块，即允许不同编码子系统间存在相互作用而被认为是一个缓冲器。EB的容量受它所能容纳的情境或组块数量的限制，Baddeley（2011）认为它的容量约为4个组块或情境并且随不同的个体而不同。

情景缓冲器能完成Baddeley和Hitch(1974)内隐地指派给中央执行系统的一些功能，但是现在一致认为中央执行系统是一个纯粹的注意系统而情景缓冲器是一个具有存贮和整合功能的纯粹的记忆系统。情景缓冲器的整合作用被认为是意识最基本最主要的生物优势，不仅可以模拟环境，而且也能产生促进问题解决的新的认知表征。修正模型指出情景缓冲器中的信息既可以来自长时记忆又可以来自中央执行系统，但是视觉空间模板子系统和语音环子系统的信息并不直接进入情景缓冲器，如图1所示，两个阀门系统与情景缓冲器之间没有箭头把它们直接连接起来，体现了它们之间的转换主要依赖于中央执行系统的假设。Baddeley（2001）希望能验证这种假设并且在适当的时候添上这个箭头。

图1 The working memory model proposed by Baddeley(2000).

（二）情景缓冲器的生物学基础

虽然在神经生理学水平上人们普遍认同额叶在协调功能上起重要作用，但是Baddeley认为情景缓冲器不可能只有一个单一的解剖学位置。鉴于该成分既定的重要性，因此解剖学位置的某种重复使该系统更稳健上有其重要的生物学意义（Baddeley，2000）。最近Prabhakaranetal.（2000）在一个fMRI研究中比较了被试记忆以整合形式或非整合形式存储的言语信息和空间信息，结果发现整合信息的记忆激活大量的右前额区，而非整合信息的记忆则与先前言语工作记忆和空间工作记忆中激活的后额区一致。Prabhakaranetal.认为“目前的fMRI结果表明存在另一种缓冲器，即一个能暂时存储整合信息的缓冲器”。

（三）情景缓冲器的测量及研究方法

不管我们认为情景缓冲器是一种新的成分还是原有模型的中央执行系统成分的一种分解，显然它的诞生确实代表了工作记忆框架内的一种改变。那么如何在实验水平上验证情景缓冲器概念呢？Baddeley等人（2001）设计了一种能测量情景缓冲器容量的测验，即限定性句子广度（constrained sentencespan）测验。该测验通过重复使用数量有限的一组单词来增加句子长度，目的是最小化任何来自长时记忆表征的被动启动的作用。限定性句子广度测验的所有句子结构都是主—谓—宾形式，通过增加形容词和副词产生较长的句子。因此，Peter cleaned thenew car是一个含有四个单词的句子（除去功能词），而含八个单词的句子为John theangry lawyer instantly borrowed the redbook from Lucy.限定性句子广度的初步研究表明被试确实在这些测量条件下有不同的广度，范围通常在5—10个单词之间，并且这种测量在大量的验证试验中是相对稳定的 (Baddeley&Turk,2001)。要求被试在回忆长句子或单词的时执行分别扰乱语音环、视觉空间模板或中央执行系统的同时任务，结果发现限定性句子广度对同时的视觉空间任务非常为敏感，尤其是对扰乱中央执行系统的任务最为敏感；而无关词的回忆受语音抑制的强烈影响，表明执行过程对无关词回忆的作用不大。当然这仅仅是这条研究道路的开始。我们希望限定性句子广度测量或它的后续测量是一个和工作记忆广度一样好的个体差异测量，同时它能更好地控制实验材料并对其潜在过程进行一种更详尽的分析。相信这只是分析工作记忆整合不同来源信息的能力以及采用这种整合表征计划和控制未来行为能力的众多方法之一。

（四）情景缓冲器的研究现状

目前对情景缓冲器的研究主要集中在儿童时期视觉——语言信息的整合在工作记忆中的发展及其与语言、阅读能力的关系，其中也包括视觉——言语信息的整合在情景缓冲器中的发展。此外已有研究还关注情景缓冲器在句子回忆过程中的自动加工与控制加工（ElizabethJeferies.et.,al，2004）、工作记忆中视觉特征的捆绑是否需要中央执行系统注意资源的监控(Allen，Baddeley，and Hitch,2006)、视觉空间工作记忆中的对称性与捆绑（Rossi-arnaud,Pieronia,Baddeley,2006）、威廉姆症候群患者和中度学习障碍患者的视觉和空间短时记忆信息的捆绑 (Christopher Jarrold，Alan D Baddele,2007)中的作用等等。

（五）情景缓冲器引发的突出问题

工作记忆新成分的提出引起了哪些问题？首先是关于情景缓冲器的范畴问题，例如为什么不把所有的记忆都指定为情景缓冲器的功能呢？工作记忆分解的已有证据包括神经心理学以及神经放射学在内的证据都表明这种想法将是一种彻底地倒退过程（Baddeley，2010）。目前还不清楚是否有研究能证明工作记忆的两个阀门系统与情景缓冲器间存在一条明确的分界线。幸运地是已存在回答此类问题的工具——通过双任务干扰程序充分利用有特殊语音记忆缺陷或视觉空间记忆缺陷的神经心理学案例。虽然这种程序通常至少都含有一些中央执行系统成分，因而很难是纯粹的过程性的，但是用同样的次级任务研究视觉空间记忆和语音记忆，把每个阀门系统的具体作用同央执行成分的作用梳理清楚是可能的。

情景缓冲器从情景长时记忆中的分离又遇到了另一个问题，即与执行功能存在缺陷而长时记忆保存完好的纯粹失忆症病人为被试的研究相比，选择神经心理学病人为被试的研究可能更富有成效。神经放射成像技术可能会提供一种把个案研究与对长时记忆和工作记忆成分进行不同控制的实验条件相联系的有价值工具。

四、研究展望

工作记忆的早期方法主要关注分离不同的成分，而情景缓冲器则强调信息的整合。因此在今后的研究中我们需要更多地了解执行过程在组块中的作用，即要能区分正常知觉过程中发生的相对自动的捆绑属性和情景缓冲器起重要作用的更主动的、注意要求更高的整合过程。正如Prabhakaran阐述的那样，神经放射学测量技术具有研究奠定这种能力过程的巨大潜能，并且对大脑额叶受损的执行功能缺陷病人的研究也提供了一种颇有希望的研究思路。

Baddeley等研究者认为情景缓冲器为工作记忆与长时记忆间信息的交流提供了一种交界面，可以很好地解释文章段落与无关单词回忆成绩的差异等现象，但是情景缓冲器是如何从长时记忆中提取信息的，是受注意控制的提取过程还是自动化过程等问题仍然没有解决，此外，目前一致认为情景缓冲器是一个类似于电脑屏幕的多维被动存储系统，并且已有的大量研究考察了情景缓冲器对不同来源的信息的捆绑，但是多数研究只关注两个维度信息的捆绑问题（如颜色和形状的捆绑），并没有区分这种捆绑与知觉特征捆绑有何不同；同时这些研究都只关注感觉输人方面的信息捆绑,没有涉及长时记忆提取的信息和感觉输人信息之间的信息整合问题（袁婉秋，2010），这些问题都有待今后进行进一步深入研究。

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