超普通心理學/記憶/工作記憶

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工作記憶是一種較短時間的記憶形式,是從長期記憶中提取出來的,存在一個分離的記憶結構。工作記憶具有加工處理信息和儲存信息的雙重功能,影響人的許多複雜認知活動。相對於短時記憶的簡單存儲功能,工作記憶實際上是一種執行系統,對於信息的編碼和存儲有著計劃和監控等諸多作用。在理察·阿特金斯和理察·謝弗林1968年所提出的記憶三階段模型中,工作記憶是短期記憶的另一個稱呼,後來的一些研究慢慢發現,工作記憶在人類高層次的認知作業中,如閱讀、理解和推理,扮演著重要的關鍵角色。

1974年,Baddeley 和 Hitch在模擬短時記憶障礙的實驗基礎上提出了記憶的三系統概念,用「工作記憶」替代原來的「短期記憶」概念。工作記憶通常與短期記憶同義使用,但一些理論家認為這兩種記憶形式是不同的,前提是工作記憶允許對存儲的信息進行操作,而短期記憶僅指信息的短期存儲。工作記憶是認知心理學,神經心理學和神經科學的核心理論概念。

組成原理[編輯]

貝得力(Baddeley)在1995提出工作記憶(working memory)的概念,他認為工作記憶包括三種特點:對接受的訊息不斷複誦、對接受的訊息轉化成視覺心像(心像,意即心理圖像,是指內心產生非常類似於經歷某些物體、事件或場景的知覺經驗。)、將訊息加以思考、推理並判斷。簡而言之,工作記憶要求對於接收到的訊息,不只短暫停留在腦海中,還對其進一步思考運作。它與短期記憶的差異在於,短期記憶是關於單純記憶的儲存,工作記憶則強調在訊息進入短期記憶以後再加以操作、修改修正。 其詳細分類:工作記憶分為執行中樞及其下的三個系統:

  1. 視覺空間模板(visuospatial sketchpad)負責暫存及處理視覺和空間影像的訊息
  2. 語音環(phonological loop)負責暫存及口說或心裡複誦語文訊息
  3. 情節緩衝(episodic buffer)在2000年Baddeley將情節緩衝加入工作記憶中,是一個有限容量的系統,負責把視覺、空間、聽覺、語音等各式各樣工作記憶中和長期記憶的訊息整合在一起,部分進行溝通,像電影情節一樣。

在Baddeley的工作記憶模型裡,每一個系統都分開不一樣的。語音迴路很容易被破壞,但是視覺空間模板,不會被語音迴路或複誦能力所影響。 執行中樞的最主要功能為調節、統整、處理其子系統的跨感官訊息,大致可分為四項:選擇與抑制注意力、分散注意力、轉移注意力以及激發觸接長期記憶。 工作記憶暫存我們複雜心智功能(分析、推理等)所須運用到的記憶項目。工作記憶暫存的內容包括剛學到的以及已存在記憶系統的項目。例如,我們在學數學時可以將剛學到的新定理與之前就學過的定理同時放入工作記憶區然後推敲新定理的應用。

中央執行系統[編輯]

中央執行系統是工作記憶模型的核心。它是能量有限的系統,負責協調、統整各子系統的訊息以及將它們與長期記憶聯繫起來,同時也負責操控注意力。舉例來說:假設要走路到朋友家,導航指示你一條走法,然而身旁的朋友則說另一條走法。此時兩條語音資訊都進入語音迴路,然後中央執行系統操控注意力,決定忽略導航,採用朋友的說法。當下你的腦海可能會浮現到朋友家的路線圖,而這張圖基本上是從長期記憶中取出來的。參考資料:你是怎麼分心的?先聽聽記憶如何多工處理

中央執行系統可以在工作記憶的各子系統中擔任協調者,也可以在一些處理中與其餘子系統分開,獨立發揮作用。它可以像一個指揮機構一樣運作,選擇策略,還能整合多方面的訊息。基於中央執行系統的這些特點,Alzheimer 症病人常被認為工作記憶的中央執行系統功能存在缺陷。在一項研究中,要求正常的老年受試者、青年受試者與Alzheimer症病人操作兩項記憶作業:一項是視覺的追蹤作業,另一項是言語記憶作業。並且對每項作業的難度進行調整,使得 Alzheimer 症病人的錯誤率與控制組一樣。當要求受試者同時操作兩項作業時,老年組與青年組無顯著差異,但 Alzheimer 症病人組表現出明顯的缺陷。而且隨著病情的發展,病人在單獨的追蹤與記憶作業上仍保持原狀,但同時的雙作業操作迅速惡化,這可能是由於病人的中央執行系統的功能損壞得更加嚴重所致。這樣就從另一個層面反映了中央執行系統的協調整合功能。

語音迴路[編輯]

語音迴路(phonological loop)是可以儲存與運算語音訊息的系統。語音迴路是記憶廣度的基礎,其中儲存的容量與訊息消退速率和複誦程度有關。另外,語音迴路對言語理解、詞彙獲得和語言學習還具有輔助作用。此系統由兩部分組成,分別是「語音儲存」與「發音控制歷程」。

  1. 語音儲存:能以語音方式保存訊息。
  2. 發音控制歷程(articulatory control process):透過不斷的複誦,來減緩語音訊息記憶的衰退。此機制還可以將書面文字轉為語音形式儲存。這種轉換過程已經在發音抑制對視覺和聽覺記憶造成不同影響的實驗中得到證明。若訊息是以視覺呈現的,則發音抑制程序可以清除語音相似效應;若訊息是以聽覺形式呈現的,則語音相似效應依舊(Baddeley et al. 1982)。 這就證明視覺輸入的訊息要依賴內在口語複誦(subvocal rehearsal)才能在語音迴路中儲存。

語音迴路的存在可以由「語音相似效應」、「無關言語效應」與「語詞長度效應」來證明。

  1. 語音相似效應(phonological similarity effect):指由 Conrad 在 1964 年的實驗發現的混淆現象。該結果發現,受試者在記憶字串時最常犯的錯誤,通常是「語音轉換」上的錯誤,如 F 和 S,而不是錯在字型比較像的字母,如 F 和 E。語音相似效應可以用語音儲存中語音特徵的衰退來解釋,因為語音迴路系統是依賴語音進行編碼,因此當訊息之間發音相似,則兩者之間語音特徵差異較少,便容易混淆和遺忘。
  2. 無關言語效應(irrelevant speech effect):是指由於聽覺訊息會強制進入語音儲存,因此向受試者呈現無關言語訊息時,此訊息會強制進入語音儲存,從而干擾訊息儲存(Collect al., 1976; Salamé & Baddeley, 1982)。對無關言語效應的進一步研究顯示,無關言語效應的大小和語意無關,影響的主要因素是語音。而且另一項研究顯示,噪音並不會影響操作,所以無關言語效應也不能簡單歸因於干擾。這些實驗結果顯示,無關言語效應的產生可以歸因於語音迴路結構中的語音儲存。
  3. 語詞長度效應(word length effect):是指當組成的單詞長度增加時,記憶廣度下降的一種現象。根據工作記憶模型,一個單詞愈長,發音就愈長,複誦也就需占用更長的時間。這樣在既定的時間內,複誦次數就會減少,那麼回憶時記憶衰退的可能性就會更大(Baddeley et al., 1975; Cowan, 1984)。由此可見,發音控制歷程是語音迴路系統中重要機制之一。許多實驗證明如果抑制複誦(articulatory suppression),那麼語詞長度效應就會消失(Baddeley et al. 1975; ELis & Homely, 1980; Vallar & Baddeley, 1982)。

Baddeley 認為心理機制和過程是一種內在口語複誦,是一種特殊的發音行為,雖不執行發音動作,但與控制和促發那些發音的抽象導向結構相對應。神經心理學方面的研究也為此提供了證據,Baddeley 和 Wilson(1985)研究了病人 GB 的短期記憶技能。雖然 GB 在 19 歲時因腦傷完全喪失了控制發音肌肉來產生語音的能力(apraxia of speech),但他在視覺、聽覺的即時回憶中出現了語詞長度效應。根據工作記憶的模型,這種現象表示他仍能進行複誦,所以內在口語複誦與外部發音活動無關。他雖不能發音,但他可以在腦中建構抽象發音。由此可知,內在口語複誦和語言規劃(speech planning)有關。Waters(1992)的一項研究證明,外部發音正常而語言規劃能力受損的病人沒有內在口語複誦。由此可見內在口語複誦和抽象指令與語言肌肉組織有關。在語音迴路中,內在口語複誦作為一種策略性的發音控制歷程,提高了語音迴路的功能,並且透過不斷更新語音儲存中的表徵來維持語音訊息。

雖然語音迴路與外部言語活動無關,但是它在語言學習中扮演重要角色。在一項研究中,讓一位純語音記憶缺失的病人學習母語中的配對詞(如 house-dog),結果受試者在母語配對學習中表現正常,而在外語這種需要新語音學習的任務中表現出學習困難。後來進一步的研究結果顯示,若對正常受試者進行發音抑制,結果不影響正常人母語的配對學習,但影響了他們的外語學習。

視覺空間模板[編輯]

視覺空間模板主要處理視覺空間訊息,且它本身有自己的儲存區,就像語音迴路一樣,訊息可以直接進入視覺空間模板,也可以間接地進入該模板。例如:當人觀看一隻狗時,訊息就直接進入了工作記憶的視覺空間模板;如果人們從記憶中產生一個狗的表象,那麼此時訊息間接地進入了視覺空間模板。視覺空間模板子系統對空間作業的計畫和在地理環境中定向具有重要的意義。

此項作業操作的研究結果顯示,工作記憶中確實存在這樣一個獨立的子系統。若要求受試者用言語編碼或者用視覺空間編碼來辨識、記憶材料,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系統。例如,給實驗組傳授以空間位置為基礎的視象記憶術,結果他們對詞表的記憶優於僅僅採用複誦程序的控制組受試者。但是當要求兩組受試者均用探棒追蹤一個運動的光點時,兩組受試者記憶成績上的差異消失了(Baddelery & Liebernan, 1980),由此證明了工作記憶中視覺空間模板的存在。

視覺空間模板可能包含兩個元素,一個是視覺元素,與顏色形狀有關;另一個是空間元素,與位置有關。來自神經心理學的證據證明,視編碼與空間編碼之間出現了分離,雙側枕骨(bilateral occipital)更與編碼的視覺方面有關,而空間表徵更依賴於外周區域和額葉成分。但是也有相反的證據,例如Jonides 等人(1993) PET 掃描結果顯示,所有這些部位都與視覺工作記憶有關,這就對視覺和空間元素的分離提出了質疑。

值得注意的是,研究者們為了證明視解空間模板子系統的獨立性而採用的干擾典範(interference paradigm),為後來人們在工作記憶領域的研究提供了一種良好的研究工具。干擾典範是雙作業操作的一種發展,主要比較受試者在沒有干擾與有不同類型干擾條件下,在主作業操作上的差異。 一般來說,受試者會表現出領域特異性干擾(domain-specific interference)。

當次級作業是言語作業時,它選擇性地干擾言語記憶而不干擾空間記憶;當次級作業是空間作業時,它選擇性地干擾空間記憶而不影響言語記憶。更為關鍵的是,由於干擾作業的次級作業是選擇性的,那麼次級作業就不僅僅是潛在地干擾主作業的編碼工作,而且激發了受試者對主作業訊息的自動編碼,這就比以前雙作業範典更具有說服力(Hale et al., 1996)。Logie、 Zucco 和 Baddeley (1990)正是利用這種特異性干擾效應為工作記憶中的兩個獨立成分的存在提供了強有力的證據。現在,此研究範典也被用於工作記憶其他方面的研究,如工作記憶中央執行系統資源的分離等。

長期工作記憶概述[編輯]

繼Baddeley和Hitch於1974年提出工作記憶模型之後,許多研究者開展了有關工作記憶系統的研究。然而,這些研究中大部分是針對該模型的兩個子系統的作用而進行的。直到最近,人們才開始重視對中央執行系統的研究,特別是對訊息處理中長期記憶中訊息提取和儲存動態特性的研究。長期以來,工作記憶一直被看成是對認知處理中任何一個環節上的訊息進行的暫時儲存。但是Ericsson和Kintch指出,如果用這種定義和相應的機制來解釋所有的工作記憶現象,就會出現兩個問題:

  1. 目前的各種工作記憶容量的測量方法是否能夠用來解釋專家,或人們從事非常熟悉的認知活動時所表現出的非常廣的工作記憶容量?
  2. 短暫儲存的工作記憶是否能夠解釋非常熟悉的認知活動被中斷以後,無須很大的努力就可以迅速恢復的現象?

他們指出,工作記憶是認知處理過程中隨訊息的不斷變化而形成的一種連續的工作狀態,其中除了暫時儲存訊息的短期工作記憶(short-term working memory,ST-WM)外,還存在另外一種機制,即基於長期記憶的、操作者可以熟練使用的長期工作記憶(long-term working,LT-WM)。長期工作繼中的訊息可以穩定地、較長期地保留,同時又可以透過短期工作記憶中的提取線索,建立一個短暫的提取通路。因此,長期工作記憶中的訊息可以進行快速地、動態地更新,而不是像傳統理論那樣,假定長期記憶中的訊息都是相對固定的,提取和儲存的速度較緩慢。但是長期工作記憶和短期工作記憶是有區別的,他們所提供的持續時間和為了訪問儲存在長期記憶中的訊息所需的線索均不同。 先前的記憶理論多以短期記憶和長期記憶的差別為基礎,可以在特定的領域和活動中使用長期記憶作為短期記憶的有效延伸。在Chase和Ericsson的熟練記憶理論基礎上,人們發現,專家和熟練操作者可以克服相似訊息的前攝抑制。根據長期工作記憶的概念,個體依賴特定的控制處理用可提取的形式來編碼長期記憶中被注意的訊息,特別是由獲得知識和提取線索所組成的提取結構。根據這個概念,可以方便地解釋熟練操作者在他們已獲得知識和特殊記憶技能的活動中擴充工作記憶的能力。而且,訊息在長期工作記憶中的訊息儲存意味著:工作記憶中可訪問訊息的多種形式在熟練活動被中斷以後仍然保留在長期記憶中,所以若再次激活必要的提取線索,就可以容易的恢復。這種熟練操作者可以獲得長期記憶有效儲存和提取策略的架設與以往的工作記憶模型相矛盾。

操作廣度(operation span)[編輯]

操作廣度(縮寫:OSpan)為使用最廣泛的工作記憶測量方法之一。以語文操作廣度作業為例,受試者需判斷算式是否正確,再記住運算的結果。由運算正確率及記憶運算結果次數可推出受試者的工作記憶容量。另外,此研究發現工作記憶容量與其他認知任務的表現高度相關,這些認知任務索引諸如抽象推理、注意力定向、一般流體智力、語言理解等更高水平的能力和解決問題,推測是因為這些活動也需要個人同時存儲和在心理上處理信息。

工作記憶與創造力之關聯[編輯]

林曉昀《工作記憶廣度與創造力表現之關聯》 過去對工作記憶之研究,認為創造力認知歷程與工作記憶應該具有某種相關性。透過探究創造力的認知結構及處理的相關機制,邱發忠(2005)認為創造力是個體認知結構與認知處理的交互歷程。認知結構意指創造是在長期記憶知識系統、工作記憶知識系統及後設認知系統等認知結構裡運作;而處理則意謂創造的認知處理包含了刺激的登錄、激發與抑制、提取、 轉換、遠距聯結等的處理。而認知結構之一的工作記憶是現今很重要的研究議題。Koestler(1964)認為創造力是概念連結的能力—把先前已經存在但毫無關聯的「參照架構」(frames of reference)連在一起。基本上創造力只是運用平常的認知歷程產生優異產品。研究發現參與者運用傳統的認知歷程(如類比的轉化),將記憶中已具備的知識再生利用,就能產生頓悟。這些處理的歷程都可能涉及工作記憶系統裡的運作。

佛光大學心理學系碩士林曉昀於2013年4月在創造學刊上發表《工作記憶廣度與創造力表現之關聯》,實驗分成兩個部分,第一部分為「工作記憶廣度與創造力表現之相關程度」,第二部分為「干擾工作記憶對頓悟性思考表現之影響」。

第一部分的實驗「工作記憶廣度與創造力表現之相關程度」,目的有二:一為探討工作記憶作業表現與創造力作業(擴散性思考作業與頓悟性問題作業)有無關聯;二為從工作記憶之語音環廣度、視覺空間廣度與創造力作業之語文、圖形表現的相關程度,探討工作記憶為一般化或特定化系統。由第一部分實驗結果觀察工作記憶廣度作業總分與不同創造力作業總分的相關程度,創造思考測驗語文和圖形部份與工作記憶廣度不同作業皆無相關,而頓悟性問題測驗語文和圖形部份與工作記憶廣度不同作業有達相關,之後將從工作記憶廣度與頓悟性問題測驗表現的相關來探討工作記憶為一般化或特定化的假設。頓悟性問題測驗的語文或圖形表現優劣與工作記憶的語音環或視覺空間廣度大小彼此的關聯程度沒有差異,因此,從本實驗一結果顯示工作記憶為一般化而非特定化。

第二部分的實驗「干擾工作記憶對頓悟性思考表現之影響」,目的為檢驗工作記憶表現與頓悟問題表現之關聯性是否來自於工作記憶的影響,而非其他因素。此外,也再次檢驗工作記憶為一般化或特定化的假設。由於實驗一結果顯示新編創造思考測驗得分與工作記憶作業表現無關聯,因此在實驗二就僅檢驗頓悟性問題測驗來進行相關假設考驗。第一部分實驗是讓參與者直接進行工作記憶廣度作業與創造力作業,以瞭解兩種作業表現之關聯程度;第二部分實驗則是讓參與者在進行創造力作業時,同時進行工作記憶干擾,以瞭解干擾工作記憶後,個體進行創造力作業時的表現是否不同於未乾擾時的創造力作業表現,並再次檢驗工作記憶是一般化或特殊化的假設。第一部分與第二部分實驗的頓悟性問題測驗語文部份總分達顯著差異;第一部分與第二部分實驗的頓悟性問題測驗圖形部份總分則未達顯著差異。由此可知,實驗二使用的干擾作業會影響個體進行頓悟性問題測驗的表現,且是語文部份受到影響。研究結果顯示,頓悟問題(語文或圖形)表現的好壞,並未能推論是特定來自於工作記憶的語音環或視覺空間廣度大小的助益。在實驗二裡仍同實驗一顯示工作記憶為一般化而非特定化。