关于工作记忆的综述
孙磊 学号2007511931
摘 要 1974年，Baddeley和Hitch在模拟短时记忆障碍的实验基础上提出了工作记忆的三系统概念，用“工作记忆”（working
memory，WM）替代原来的“短时记忆”（short-term memory，
STM）概念。工作记忆是一种对信息进行暂时加工和贮存的能量有限的记忆系统，在许多复杂的认知活动中起重要作用。
关键词 工作记忆，ERP研究，中央执行系统。
1、工作记忆的概述
工作记忆(working memory,WM)是指在执行认知任务过程中,用于信息的暂时储存与加工的资源有限的系统[1]。WM被形容为人类的认知中枢,是当前认知心理学和认知神经科学中最活跃的研究领域之一。由于WM在人类高级认知活动中的突出重要性,Goldman-Rakic把它评价为“也许是人类心理进化中最重要的成就”[2]。目前针对WM的机制,国际上已经提出十几个有影响的理论模型,其中最著名的是Baddeley的多成分模型[3]。该模型认为WM由语音回路、视觉空间模板和中央执行系统组成。语音回路负责以声音为基础的信息储存与控制,视觉空间模板主要负责储存和加工视觉信息,中央执行系统是WM的核心,负责各子系统之间以及它们与长时记忆的联系、注意资源的协调和策略的选择与计划等。围绕该模型的验证和完善的研究一直是WM研究的核心领域。
2、工作记忆的研究
工作记忆的ERP研究
WM的研究方法涵盖了认知心理学和认知神经科学的各主要研究技术。其中事件相关电位(event-related
potentials,ERPs)就是近年来在该领域应用日益增多的技术。该技术的突出特点是能以精确到毫秒级的时间分辨率对特定认知事件引发的脑电位进行实时性测量。该技术还能在不需要被试做外显行为反应的情况下检测到内部心理过程的变化。这些优势使ERP技术能对信息加工过程的不同阶段进行明确的区分,而这种区分对建立科学的认知模型无疑具有重要价值。不过由于ERP指标对自变量和无关变量都比较敏感,因此以往主要被用于注意和感知觉等相对简单的认知机制的研究。直到近些年随着WM实验范式得到不断创新,ERP才越来越多地被用于WM核心领域的研究,取得了不少重要的成果。
(一) 工作记忆的P300效应。P300是指ERP晚成分中的第三个正波,由于最早发现的P3在刺激呈现后约300毫秒出现,所以叫做P300,现在P300已成为含有多种子成分的家族。许多研究表明P300与WM存在密切的关系。Donchin等考察了典型的WM任务中的ERP效应,发现可以把P300的波幅变化视为WM中情境更新的指标,WM任务复杂性越高,P300波幅越大。他们还发现P300的潜伏期受知觉复杂性和任务难度
的影响,可视为刺激评估和分类时间的指标。Polich等也发现,在需要较多加工资源的任务中,如快速实现资源分配和信息保持的任务中,P300的潜伏期与认知能力之间呈现出稳定的关系。不过有关P300潜伏期的意义,也出现了一些不同的实验结果,如复杂任务中的ERP研究表明,P300的波幅与认知能力之间存在密切联系,而P300的潜伏期与认知操作和认知能力却没有关系。在一项五选一的反应时任务中,WM阅读广度高的被试产生了波幅更大的P300;在一个n-back任务中,随着WM负载增大,P300的波幅下降,且波幅与被试的韦氏智力测验成绩呈正相关[4]。而在这两种任务中P300的潜伏期均与认知能力无关。此外,还有一些研究发现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。
(二)ERP与视觉工作记忆研究。ERP在视觉WM研究中的典型应用是对视觉空间、视觉客体和言语WM的电生理机制的区分。如前所述,Baddeley的三成分模型把WM分成视觉空间WM和言语WM两个附属系统。视觉空间系统可能又可以分成视觉客体WM和空间WM。ERP技术为这两种视觉系统内WM的区分以及它们与言语WM的区分提供了有力证据。
(三)ERP与言语工作记忆研究。ERP技术在言语WM研究中的应用一方面体现在其特异性成分的探讨上,如上文提及的Ruchkin等的研究;另一方面集中在言语WM的结构和机制方面的研究上。这里侧重介绍第二方面的研究。近年来有研
究者提出言语WM也可以像视觉WM一样可以进一步区分。如Caplan等指出,言语WM可分为解释性WM(interpretative
working memory)和后解释性WM(post-interpretative
working memory)[11]。前者负责言语模块化的自动加工,如句法的加工;后者负责言语中枢性的控制性加工,如对外部世界知识的探索。Caplan等通过PET技术为其言语WM的双重结构提供了证据。
综上所述,ERP技术在WM这一高级认知功能的研究中已经得到比较广泛和深入的应用。ERP已经被应用到WM领域很多关键问题的研究上,并已取得显著成果。这些研究为WM的内部过程提供了精确的时程信息,使研究者可以了解到不同类型的WM编码、保存、更新和中央执行控制的起止时间和在脑区的大致分布,为WM理论模型的发展和完善提供了重要数据。不过当前WM的ERP研究还存在一些不足。一些ERP成分的WM内涵还不是很明确,不同研究结果之间的分歧比较大,有些问题的研究还不够系统等。
2.2关于中央执行功能的研究
中央执行功能的研究要少于Baddeley模型中的其他成分，主要因为它很难与工作记忆的其他功能相分离。然而，Mirris和Johns设计了一种需要工作记忆储备不断刷新的任务，在屏幕中央逐个呈现一列字母，数字等，列的长度是从4到10随机的。每一列结束，被试要报告此列的最后4个项
目。假定：在每一次列的长度超出4个项目时，被试就要更新一次他们的语音环路，那么，当列长为4时，就没有更新；当列长为10，就更新6次。实验中的一部分列被试只需认真进行记忆刷新，另一部分列被试在进行记忆刷新时还要完成无关材料的阅读以实现对语音环路复述加工的干扰，结果发现列的长度和处理情况对回忆效果有明显的主效应，但两者之间没有交互作用。其结论是：由于对语音环路的干扰并没有影响到被试语音环路的更新，因此这种更新体现的是中央执行功能。这种实验范式被称作运转记忆任务（running
memory task），已被普遍用来研究工作记忆的中央执行功能。Kiss等[23]采用此范式记录视觉ERP，试图找出与中央执行功能相关的特定成分。实验条件要求被试记住每一列的后3个数字（自动更新记忆储备），而在控制条件下被试只需记住当前的数字（为了利用统一的刺激序列和反应模式）。结果显示，在实验条件下，广泛存在一个正走向的波（late positive
component，LPC），其波幅随刷新次数的增加而增大。研究者考察在列中每个位置上，实验条件减控制条件的差异波发现：位置1和位置2差异波波幅最小，于基线上下，表明此波对序列的编码和贮存并不敏感。当位置超出3时，需要更新机制加入，差异波开始出现正向偏移（即差异正波），由此可见差异正波反映了工作记忆的更新功能而非贮存功能。然而差异正波（positive difference，Pd）的波幅随位置增长而增
大则提示Pd不但与更新机制有关还与中央执行器的其他功能有关。研究者认为重复地更新不能带来Pd波幅的增大，因此Pd可能还反映了对前摄干扰的抑制，而且序列越长前摄干扰就越强，对其的抑制效应也就越强。也就是说这种实验范式反应了两种中央执行功能，分别是记忆的刷新以及对前摄干扰的抑制。之后，Kiss将数字刺激从听觉通道传入，采用运转记忆任务和经典Oddball任务对照研究，但只有前者得到了与刷新有关的差异正波，进一步证明Pd能够体现工作记忆的中央执行功能。
Kusak等认为Kiss用实验条件减控制条件得出的差异波不光包含中央执行功能，还包含对储备记忆的一些加工。因此，同样以运转记忆任务为基础，Kusak的实验与Kiss的实验最大差别在于，前者使用的是一种回忆任务（要求被试自述出最后3个项目），后者使用的是相对容易的再认任务（屏幕上给出最后3个项目被试判断正确与否）；在结果处理上，Kusak用实验条件减控制条件得出差异波后，又将位置4到7的差异波做总平均，理由是它们都需要更新机制的参与，再将此总差异波与位置3的差异波相减，因为位置3没有更新机制，最后得了特异的、与中央执行功能相关的波。此波在前额中央区最大，这一结果不但为Baddeley模型中贮存与中央执行功的分离提供了证据，还支持了以往神经影像学的研究，即大脑前额叶在工作记忆的执行功能中发挥着重要作用。
参考文献
参考文献:
[1] Baddeley A D.Is working memory still working[J]?American
Psychologist,2001,(11):851-864.
[2] Goldman-Rakie P S.Working memory and the
mind[J].Scientific American,1992,(267):110-117.
[3] Miyake A,Shah P.Models of working memory:mechanisms of
active maintenance and executive control[M].New
York:Cambridge University Press,1999.
[4] Gevins A,Smith M E.Neurophysiological measures of
working memory and individual differences in cognitive
ability and
cognitive style[J].Cerebral Cortex,2000,(10):829-839.
[5] Beydagi H,Ozesmi C,Yilmaz A,et al.The relation between
event-related potential and working memory in healthy
subjects[J].International Journal of
Neuroscience,2000,(105):77-85.
[6] Wright M J,Luciano M,Hansell N,et al.Genetic sources of
covariation among P3(00)and online performance vari2
ables in a delayed response working memory task[J].Biological
Psychology,2002,(61):183-202.
[7] Salisbury D F.Semantic memory and verbal working memory