工作记忆的研究综述

管芳

[摘要]刷新功能是执行功能的重要组成部分，刷新功能与工作记忆任务密切相关，工作记忆以及刷新功能一直受到研究者的关注，本文从工作记忆的概念、模型提出与发展、研究范式以及脑机制等方面对工作记忆及刷新功能进行全面综述。

[关键词]工作记忆 执行功能 刷新功能

[中图分类号]G44 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2016）12-0134-02

一、工作记忆和执行功能的含义

在认知心理学中，1974年Bdadelye和Hithc等人对工作记忆进行了明确的界定，他们认为工作记忆是一种能量有限的系统，该系统对信息进行暂时性储存、加工，并且工作记忆为言语理解、学习和推理等提供临时的储存空间和加工时所必需的信息。[1]研究表明，工作记忆与执行功能、抑制和液态智力等高级认知能力关系密切。执行功能是目前心理学家所关注的焦点，是工作记忆相关研究中最重要的部分，同时也是研究相对滞后的一部分。然而执行功能的含义其实相当广泛，至今还没有一个明确的定义，从整体上讲，它指有机体对思想和行动进行有意识控制的心理过程，对认知过程有非常防范的影响，同时又具有非领域特异性的特点。目前研究较多的执行功能有：记忆更新、注意转换、双任务协调和抑制优势反应。[2，3]其中，工作记忆刷新与工作记忆任务关系最为密切，并且它与工作记忆广度任务相关显著。

二、工作记忆模型的提出与发展

Baddelye在模拟短时记忆的实验基础上提出了工作记忆模型，认为工作记忆该模型包括中央执行系统、语音回路和视觉空间摸板[4]，如图1所示。工作记忆可能存在多个系统，分别用于加工处理不同种类的信息。目前发现至少存在两种类型的工作记忆系统，即负责处理语言信息的言语工作记忆和负责处理空间信息空间工作记忆。言语工作记忆对应于Baddeley提出的工作记忆中的语音环路，可以看成是言语信息的缓存区，而空间工作记忆则对应于视空模板中负责缓存空间信息的缓存区。根据Sternberg的观点，工作记忆最主要的成分是中央执行系统，它负责工作记忆中的注意机制，调节有限的注意资源来完成心理任务；视觉空间模板关注视觉和空间材料，对其进行相关存贮；语音环路是关注言语和听觉材料，并对其进行存贮。1986年，Logie使用双分离任务证实了视觉和言语材料具有独立的缓冲器，即证明了视觉空间模板的客观存在。

Baddeley在2000年增加了工作记忆的第四个成分---情景缓冲器，对其三成分模型进行了修订，即将三成分工作记忆模型发展为四成分工作记忆模型。Baddeley认为，来自工作记忆、长时记忆中的信息在情景缓冲器中进行暂时的储存，即情景缓冲器是一个暂时性的储存系统。[5]并且他将该四成分模型分为三层，最高层为中央执行系统，是最高级的控制过程；其次是信息临时加工系统，包括视空模板、情节缓冲、语音环路三个子系统；最后一层为长时记忆系统，包括视觉语义、情节长时记忆和语言。该四成分模型注重各个辅助子系统信息整合的过程，以及长时记忆和工作记忆之间的联系。如图2。

三、研究工作记忆刷新功能常用的实验范式

记忆刷新指的是根据任务的需要使工作记忆的内容不断刷新，对其进行动态操作，从而使新进入工作记忆的信息与当前进行的任务相关。记忆刷新功能一般用动态记忆任务或n-back范式来研究。[6]动态记忆任务是Mirris和ohns设计的一种需要工作记忆储备不断刷新的任务，先在计算机屏幕中央以一秒一个的速度呈现一串辅音，要求被试记住该串辅音的最后几个 （如3个），需要实时更新记忆集，直到呈现完毕，由于被试不知道该串音节何时呈现完毕，辅音串的长度与更新的难度成正比，长度越长，难度越大。[7]

Kirchner在1958年提出n-hack范式，该范式最早用于记忆年龄差异的研究，然而目前主要用于研究工作记忆的能力。这个任务可以操纵与工作记忆有关的相关因素，比如负荷。该任务的大多数经典变式要求被试监控一个呈现在中央的刺激系列（比如字母），当前呈现的刺激与前面呈现过的刺激一样时做出反应，这边的n是规定的前面间隔（通常是1、2、或3），就是说该任务要求被试将当前出现的刺激与前面第n个刺激进行有关比较，如比较是否为同一个字母或者刺激是否出现在同一个位置，通过控制当前刺激与目标刺激间隔的个数，来达到操纵工作记忆负荷高低的目的[8]，随着n的增加，存储的容量也逐渐增大，对工作记忆任务的要求也越高，被试者的行为表现也就越差。该任务范式要求被试同时进行几种保持和控制有关的运算，因而要求将最大的需求放到工作记忆中最关键的过程中，从而考察工作记忆的加工机制。目前，大部分研究者采用n-back范式以及其各种各样的变式来考察工作记忆的脑神经机制，根据编码方式的不同，工作记忆可以分为言语和空间工作记忆两种不同的记忆类型[9]，所以n-back范式就相应的有言语n-back和空间n-back范式两种类型。

四、工作记忆的脑基础

20世纪七八十年代初认知神经科学研究技术的迅速发展，涌现出正电子断层发射扫描（PET）、功能性磁共振成像（fMRI）、事件相关电位（ERP）等技术[10]，但近些年来，越来越多的研究者运用事件相关电位（ERP）技术来研究工作记忆的神经机制。[11]ERP技术作为一种非损伤性、高时间分辨率、费用相对低、适用年龄范围广的电生理技术，可以帮助我们进一步精细的了解工作记忆各个加工过程所涉及的神经活动。P300是事件相关电位中潜伏期在300ms左右的晚期正向波，由Sutton于1965年发现，研究表明P300是与注意、决策、辨认、记忆等认知功能有关的ERP成分。根据Donchin的背景更新理论模型（Context update hypothesis），顶叶的P300与信息刷新功能密切相关，他认为P300的波幅反应的是工作记忆中表征的更新，而潜伏期反映的是对刺激物的评价或分类所需要的时间。[12， 13]ERP心理资源的研究中发现，P300是随记忆负荷改变而改变的主要成分，任务越难，波幅下降[14， 15]，此外，刺激间隔（ISI）也会影响P300的波幅，ISI越大，P300波幅越大，但潜伏期无明显变化，另有研究发现，P300的潜伏期还与认知加工的精细程度有关，Gevins在操纵n-back任务进行研究发现，工作记忆任务越难、负荷越大，P300的波幅越小，且波幅与被试的韦氏智力测验成绩呈正相关。此外也有研究发现P300的潜伏期与认知能力呈负相关，而P300的波幅与认知能力呈正相关。还有一些记忆的研究发现，只有在被试对死记硬背的言语进行表征时，P300被诱导出来，而当被试采取记忆策略后对言语进行表征时，则不能观察到此成分。死记硬背的方式意味着对项目最初属性在工作记忆里反复刷新，因此与此相关的P300被诱发。P300的潜伏期反映了认知加工的速度，波幅反应了心理资源的投入量，与所投入的心理资源量成正相关。可见，有关P300的潜伏期、波幅与工作记忆的关系尽管得存在很大分歧，对于P300的功能也没有统一的定论，但是，我们普遍认为P300与个体在记忆方面的差异、注意加工和信息的加工有关。[13]P300的潜伏期与对刺激的评估有关。P300的潜伏期延长表明需要更多的时间对刺激做出评估，自从在不同认知功能受损的病人身上发现了潜伏期的延长现象，心理学界就把开始它作为检测认知损伤的依据。因此，在FZ电极点发现P300潜伏期的延长是前额叶损伤的依据，前额叶的损伤则会影响大脑的认知功能。

目前较多的神经影像（fMRI）的相关研究表明，工作记忆的相关脑区主要集中在额叶部分，并且根据工作记忆的类型不同，其脑区也与不同的脑区相联系，Jonides、Smiht、Esposito等人采用PTE、fMRI对工作记忆进行一系列的研究：言语工作记忆主要由大脑的左半球参与，后顶叶主要参与信息贮存；空间工作记忆主要由大脑右半球执行。大量神经生理、损伤和脑成像的证据表明前额叶对工作记忆起着关键作用。

五、结语

本文从工作记忆的概念，模型的提出与发展，工作记忆刷新功能的研究范式以及工作记忆的脑机制等方面来进行综述，其中n-back范式是研究工作记忆刷新功能的最常用的范式。未来研究中，将采用言语和空间n-back任务对居住在高海拔地区的常住居民进行探讨，以探讨高海拔环境对常住居民工作记忆刷新功能的影响。

【参考文献】

[1]Baddeley， A.D.and G.Hitch， Working memory.The psychology of learning and motivation， 1974.8： p：47-89.

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[4]Baddeley， A.， et al.， Dementia and working memory. The Quarterly Journal of Experimental Psychology，1986.38（4）： p：603-618.

[5]Baddeley， A.，The episodic buffer： a new component of working memory？ Trends in cognitive sciences，2000.4（11）：p：417-423.

[6]杜新，陈天勇，老年执行功能的认知可塑性和神经可塑性.心理科学进展，2010（9）： p：1471-1480.

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[9]宋宏珂.N-back范式的演变与应用.西南大学学报：社会科学版，2011（S1）：p：81-82.

[10]马妍妍，李寿欣.个体智力差异的脑电生理学基础——来自EEG和ERP的证据.心理科学进展，2007.15（6）： p. 872-877.

[11]卢焕华，王岩，郭春彦，从ERP研究看前瞻记忆的神经基础和认知加工机制.心理科学进展，2010（3）： p：426-431.

[12]Donchin，E.，Surprise！…surprise？ Psychophysiology，1981. 18（5）： p：493-513.

[13]Donchin，E.and M.G.Coles，Is the P300 component a manifestation of context updating.Behavioral and brain sciences， 1988.11（3）：p：357-427.

[14]Kok，A.，Event-related-potential （ERP） reflections of mental resources：a review and synthesis. Biological psychology，1997.45（1）： p：19-56.

[15]孙长安，韦洪涛，岳丽娟，音乐对工作记忆影响及机制的ERP研究.心理与行为研究，2013.11（2）：p：195-199.

责任编辑：彭海多