小学生双N-Back训练任务对工作记忆的影响：一项干预研究

摘 要 现有对工作记忆训练的双N-Back研究范式多用于对成年人工作记忆的提升，本研究采用选取四到六年级的小学生进行为期一个月的干预研究，从而对该任务的适应人群进行进一步验证与拓展。结果发现：（1）双N-Back训练任务对于小学生的工作记忆有显著提升作用;（2）双N-Back训练任务对小学生的一般智力也有显著提升作用，表明了工作记忆训练在学习中具有溢出效应，也揭示了工作记忆和个体智力间的密切相关。该研究有助于教师在日常教学活动中融入工作记忆的训练，对实际教育工作积极开展、提高学生学习效率有指导作用。

关键词 小学生;工作记忆;干预;N-Back任务

分类号 B844.1

DOI： 10.16842/j.cnki.issn2095-5588.2021.11.006

1 引言

工作记忆（working memory）一直以来是认知心理学家研究的热点，它是个体可以对记忆同时进行储存与加工的一个心理机制，并参与许多的认知过程（Swanson & Fung， 2016）。工作记忆对个体的重要性已经得到了先前研究者深入的验证，它不仅可以影响个体的生活、工作活动（López Zunini et al.， 2016），还影响个体对当前问题解决等相关活动（赵鑫， 周仁来， 2010）。换句话说，工作记忆的缺陷对个体活动有很多不良后果，很多研究表明，工作记忆低下会导致诸如学习困难、注意力缺陷等问题（Titz & Karbach， 2014）。

工作记忆是一个独立的记忆系统，且容量有限（Shipstead， Redick， & Engle， 2012），因此对于提升工作记忆的训练，从而改善个体各方面的行为活动也逐渐成为研究者的关注点。事实上，工作记忆训练不仅可以有效改善正常人的行为活动，如问题解决，阅读理解等（连浩敏， 贾广珍， 常慧红， 李寿欣， 2020; 朱祖德， 段懿行， 王穗苹， 2017），对本身注意力缺陷的特殊人群的问题行为也有一定程度的改善（余雪， 2020; Holmes et al.， 2010）。工作记忆的训练方法多种多样，且都有较好的效果，其中比较常用的方法包括Stroop任务、N-Back任务、Go/No-go任务等，但这些任务大多用于成年人，尤其是N-Back任务的变式双N-Back任务，不仅要对被试进行视觉刺激，还要呈现听觉刺激（Jaeggi et al.， 2010），两种刺激呈现同时进行且相互独立，这就需要被试的双重执行控制，这对被试准确完成任务提出了更高的要求，但同时也比普通的单N-Back任务有更好的训练效果（潘东旎， 王道湍， 李雪冰， 2018）。较少

研究者将双N-Back任务应用于小学生群体，而本研究欲弥补这一研究的空缺，探究双N-Back训练任务在改善小学生工作记忆中的效果。故提出H1：与控制组相比，进行双N-Back训练的小学生工作记忆会有显著提高。

溢出效应（spillover effect）指某刺激不仅对其所属领域的行为反应有影响，对其他无关领域的行为反应也会或多或少产生影响。大多数研究者已经证实工作记忆训练对于工作记忆的提升具有较为理想的效果，但同时发现工作记忆训练可以有效改善个体执行功能、注意力等（Course-Choi， Saville， & Derakshan， 2017），即出现了溢出效应。 但研究者在N-back训练对于诸如数学计算，一般智力的溢出效果上具有分歧（Melby-Lervg， Redick， & Hulme， 2016）。其中对于一般智力来说，有研究发现工作记忆训练与一般智力的提升密切相关（Jaeggi et al.， 2010; Rudebeck et al.， 2012）， 但同时也有研究并未发现工作记忆训练可以提升一般智力 （Owen et al.， 2010; Shipstead et al.， 2012），而这种结果上的矛盾可能和被试群体选取以及工作记忆训练范式选择不同有关（Anna， Jan， Linda， Benny， & Matti， 2017）。鉴于以往研究都关注工作记忆训练对于成年人流体智力的影响，而儿童的大脑比成年人显示出更强的可塑性，且通过长期训练可以也使得大脑结构的可塑性出现（May， 2011）。因此本研究欲探讨双N-Back训练对于小学生群体一般智力的溢出效应，认为该工作训练任务可以在小學生群体一般智力提升中表现出良好的效果，即H2：与控制组相比，进行双N-Back训练的小学生智力测验分数会有显著提高。

2 方法

2.1 被试

根据G*power 3.0进行效应量计算，当f2=0.4时，需要52名被试达到0.8的统计检验力。从开封市某小学4～6年级随机选取视听水平均正常的小学生共80名，其中一半为实验组，即进行双N-Back训练，另一半则为控制组，不进行任何训练。最后剔除前测后测缺项、中途退出的被试共25人，最后有效数据为55人，其中实验组28人（男生14人），控制组27人（男生14人）。

2.2 材料

2.2.1 仪器

双N-Back训练任务使用Brain Workshop 4.8.4，该程序专门用于个体进行双N-Back训练;工作记忆测量任务则采用C++程序进行编写，这两个任务均在学校的计算机教室的电脑上运行，电脑配置均为Window 7系统，17寸显示屏幕。

2.2.2 双N-Back训练任务

采用Jaeggi等人在2008年的研究中所用的双N-Back训练范式（Jaeggi， Buschkuehl， Jonides， & Perrig， 2008），被试首先坐于电脑前，在呈现视觉刺激的同时呈现听觉刺激，被试需根据呈现的听觉和视觉刺激，来判断当前刺激与先前第N个刺激是否位于同一特定位置。当一组任务完成后，根据正确率决定被试是否可以进行下一级别的训练。当正确率为80%以上时，N-Back水平增加;当正确率为50%至79%时，N-Back水平不变;当正确率低于50%时，N-Back水平降低，且在每次被试反应结束后，程序均自动给予被试反馈。

2.2.3 工作记忆测量任务

选自王恩国等人在2008年的研究中使用工作记忆测量方法（王恩国， 刘昌， 2008），具体包括：数字记忆任务、字母记忆任务、距离估计任务、木块变换任务、点矩阵任务、圆点比较任务共六个任务，得分越高，则代表工作记忆水平越高。

2.2.4 瑞文推理智力测验

瑞文推理智力测验（SPM）由张厚粲等人修订， 是一种非文字测验，不受年龄和教育水平的影响（张厚粲， 王晓平， 1989），本研究选用该测验来测量小学生的一般智力水平，测验百分位数结果通过标准分数转化为IQ分数。

2.3 实验过程

实验组与控制组在第一天均进行工作记忆和瑞文智力测验的测量，随后实验组开始双N-Back训练，每天训练30分钟，每周训练5天，休息2天，共持续4周;而控制组不做任何干预训练。4周后，对实验组和控制组重新进行工作记忆以及瑞文推理测验水平的施测。

3 结果

本研究使用SPSS 21.0和Jamovi 1.8.2进行数据分析，首先将训练组和控制组的工作记忆测验、智力测验前测分数进行独立样本t检验，发现工作记忆和智力水平在两组间均无显著差异（t=-0.43，p=0.67;t=0.04，p=0.97），因此可进行下一步干预效果分析。

随后分别比较训练组和控制组工作记忆测验和智力测验的后测分数，结果发现训练组的工作记忆分数、智力测验分数均显著高于控制组（t=2.65，p<0.05;t=2.40，p<0.05）。同样的，在增值分数上，训练组的工作记忆和智力分数得分增值幅度均显著高于控制组（t=3.27， p<0.01; t=3.67，p<0.01），如表1及图1所示。

最后根据按照年龄为组别变量进行单因素方差分析，发现在工作记忆测验和智力测验的前测分数、后测分数、以及增值分数上没有显著性差异（p>0.05），这说明了训练组的工作记忆、一般智力的增长并非由于年龄增长因素，而是由于干预引起的。

4 讨论

本研究通过双N-Back任务进行为期一个月的干预，旨在通过训练提高小学生的工作记忆，结果发现训练组的小学生工作记忆相比于控制组有了明显的提高。根据以往研究，研究者探究双N-Back任务对成年人工作记忆的影响，发现双N-Back任务对成年人工作记忆有显著提升效果（Course-Choi et al.， 2017; Jaeggi et al.， 2008; Jaeggi et al.， 2010），而且这一训练方法同样有效于老年人（Stepankova et al.， 2014），这些研究均与本实验结论一致，即双N-Back任务应用在小学生群体中仍有效果，可以显著提升小学生群体的工作记忆水平。这可能是因为我们所使用的双N-back材料属于自适应程序，当训练不断重复当前最大工作记忆负载时，原本需要努力才能达到的负载变成可以相对容易地达到，即这种难度自适应的方式进行工作记忆训练，不断地更新最大负载从而最终提升了工作记忆的容量。

此外，本研究还关注了双N-Back任务的溢出效应，主要关注该任务对于小学生一般智力的提升作用，结果发现，训练组的小学生通过一个月的干预，一般智力水平显著高于控制组，这说明了干预的有效性，这一结果证实了N-Back任务对于一般智力的溢出效应，支持了以往相关研究结果（彭君 等， 2014; Zhao， Wang， & Liu， 2011），并把这一结果扩展到了小学生群体。虽然工作记忆和一般智力看似差异很大，但事实上两者存在一些内部加工机制的相似性。在双N-back范式中，个体需要经历一系列心理过程，包括抑制无关刺激、监控当前行为、同时操作两个任务、更新记忆中的信息表征等（Jaeggi et al.， 2008），而个体的注意控制是进行推理等认知的基础，这些心理过程的训练恰好可以使得个体在智力测验的推理任务中有效保存信息并完成推理（赵后雨， 屠志浩， 瞿靖芮， 沈兴华， 2019）。

研究通过干预发现N-Back任务训练对于小学生的工作记忆的提升作用，以及对于一般智力的远迁移效果，这不但说明了训练程序的有效性，也说明小学生的认知可塑性。事实上，研究表明小学生仍处于大脑不断发育的阶段，其神经系统在微观和宏观方面均显示出了可塑性的特点（卢英俊， 2010）。Lvdén等人认为当个体自身能力无法满足环境提出的要求时， 可塑性便出现了（Lvdén， Bckman， Lindenberger， Schaefer， & Schmiedek， 2010）。正如在本研究中，当被试每次达到N-Back任务80%正确率的标准，N就会增加，于是被试往往处于一种自身能力与任务难度不匹配的状态，因此被试不断改进自己工作记忆加工效率来努力达到匹配的状态，同样的，一般智力的提升也经历着相似的过程，随着工作记忆效率的提升而不断提升，而最新的脑研究也提供了一些证据，认为这可能是工作记忆训练后大脑内神经网络活性发生变化的结果（Necka et al.， 2021）。

综上所述，双N-Back训练任务不但可以顯著提升小学生的工作记忆水平，而且可以对小学生的一般智力水平有显著的提升作用。这意味着未来教师应将工作记忆训练（如本研究中所使用的双N-Back训练任务）融入教育活动，尤其是应该通过多通道的训练（视觉、听觉等）来提高学生的工作记忆，从而进一步改善学生的学习效率及其溢出效果。

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The Effect of Double N-Back Training Task on Working Memory

in Elementary School Students： An Intervention Study

PAN Chao

（Department of Psychology， Henan University， Kaifeng 475000）

Abstract

The existing double N-Back research for working memory training is mostly used to improve working memory in adults， while in this study elementary school students in grades 4 to 6 were selected for a one-month intervention study to further verify and expand the population adapted to this task. The results showed that （1） the double N-Back training task has a significant improvement effect on the working memory of elementary school students; （2） the double N-Back training task also has a significant improvement effect on the general intelligence of elementary school students， indicating that working memory training has a significant spillover effect in learning， and revealing the close relationship between working memory and individual intelligence. The research will help teachers integrate working memory training in daily teaching activities， and guide the active development of actual education work and improve students learning efficiency.

Key words： elementary school students; working memory; intervention; N-back task

通訊作者： 潘超，  E-mail： panchaohenu@163.com