工作记忆的容量
2016/6/11 中科院之声
什么是“工作记忆”呢？
人在学习和工作中，必须在较短时间内保存和处理已知的和新的信息，大脑处理这个过程形成了一套系统，就是“工作记忆”。它是学习和记忆更新、进而推理和理解过程中的重要环节。通常认为工作记忆具有有限的容量，这个工作记忆容量的限制有多大呢？对此最早的定量是由 Miller 在1956年提出来的“特别的数字7”。 Miller 认为年轻人同时处理信息的容量大概是7个“块”，每个“块”的元素可以是数字、字母，也可以是词语或其他形式。之后的研究表明工作记忆容量的数值取决于“块”的类型，例如，如果是数字那么通常为7，如果是字母则大约为6，若是词语约为5。同时也更取决于“块”的特征，例如，长的词汇其记忆容量要比短词汇的容量小。整体说来，象数字，字母，词汇这样的语音型内容，其记忆容量与大声说出这些内容所需要的时间有很大的关系，同时也取决于这些内容的语义学状态，即记忆者是否了解这一内容的含义。对一个人记忆容量进行测量涉及到很多因素，因此很难确定这些短期记忆或工作记忆容量究竟具体到多少“块”。尽管如此， Cowan 还是提出年轻人的工作记忆容量大约是4“块”，而儿童和年纪较大的人容量更小一些。
“块”式记忆
尽管大多数成年人可以正确的按顺序重复大约7个数字，只有少数人可以展现出令人惊叹的数字记忆容量，甚至可以达到80个。这一能力或许可以通过反复训练获得，主要运用了将若干个连续数字(通常3个到5个)编码为一组的策略，这样的编码组在记忆中只占用了一“块”的容量。要使这种方法有效，进行记忆的人必须能识别出各个数字串所组成的编码组。例如 Ericsson 和同事曾经研究过一个人，这个人深入掌握体育竞技史上的比赛数据，并将其用于“块”的编码；若干个这样的“块”又可以组成一个更高层级的“块”，从而形成“块”的阶层。在这种情况下，只有一些最高级的“块”保留在工作记忆中，而在回忆时这些“块”再逐级递次展开。即，工作记忆中的“块”只作为回忆其展开后所代表的数字的线索。 Ericsson 和 Kintsch 提出的观点认为，练习这样的记忆技巧并不能真正的扩大工作记忆的容量，其实只是增强了从长期记忆中回忆信息的能力。当面对不同的内容时，可以记住80个数字的人在记忆词汇时则与其他人的记忆水平差不多。
工作记忆容量
有很多种任务可以用于测试工作记忆的容量。常用的一种被称作“双重任务”范式，有时也称为“复合容量”，是序列记忆同时进行信息处理的任务。 Daneman 和 Carpenter 在1980年最先发明了这一类任务的形式，被称作“阅读容量”。被试需要阅读若干句话，通常为2到6句，并试图记住每句话的最后一个词。即他们既需要读完所有的句子，之后又需要以正确的顺序复述记住的词。同时有些任务没有这样“双重任务”的特征，但也可以有效的衡量工作记忆容量。目前，科学研究的主题之一就是要确认究竟一个任务需要哪些要素才能成为测量工作记忆的可靠手段。
工作记忆容量的水平与其他复杂认知任务的表现紧密相关，例如阅读理解，问题解决，以及智商的测定。一些研究人员认为工作记忆容量体现了认知调控的水平，特别是在具有不相关的干扰信息的环境中维持多个任务相关线索的能力。因此类似的任务体现了集中和保持注意力的能力的个体差异，特别是当周围的事件引人注目时。而这似乎是大脑额叶的功能。
注意力缺陷-多动综合症与工作记忆的关系
有一些研究者认为 ADHD (注意力缺陷-多动综合症)即由发生在认知调控领域(如工作记忆、行为抑制等)内的根本缺陷所导致，或者源于整体认知调控能力较弱。一组综合分析引述了在数个研究项目中发现， ADHD 组在空间和语言工作记忆任务以及其他几个认知调控任务中成绩显著较差。一些神经递质，例如多巴胺或谷氨酸可能参与了 ADHD 和工作记忆的调节。两者都和额叶、以及自我引导和自我控制相关联，然而目前并不确定其中的因果关系，因此不清楚是工作记忆的缺陷引起了 ADHD 症状，还是 ADHD 的注意力分散导致了工作记忆功能的下降，或者二者之间有其他形式的关联。
工作记忆与认知功能的关联
工作记忆容量在童年逐渐增长，而在老年时逐渐衰退。从儿童期到青春期，对工作记忆的测试的成绩会连续不断的提升，而工作记忆和其他认知功能测试成绩的相关性基本保持不变。一些研究人员(特别是 Neo-Piagentian 学派)认为工作记忆容量的增长是认知功能发育的主要驱动力。这一假说得到了实验的证实。工作记忆的容量被证明是预测童年认知功能的有效途径。一个特别有力的证据来自于一项长期的研究，该期间发现早年的工作记忆容量可以预测若干年后的推理能力。认知任务的复杂程度可以表示为解决问题时必须同时考虑的项目和项目间关系的数量。而在一系列认知任务测试中，儿童掌握类似复杂程度任务的年龄也基本相同，这提示工作记忆容量决定了低龄儿童能掌握的认知任务的复杂程度。
工作记忆是老年时最容易受影响的认知功能之一。对于这一功能衰退有若干种解释。例如 Tim Salthouse 认为这是由于年龄增长后认知处理的速度变慢导致。根据年纪更大的人认知处理速度通常更慢这一现象， Salthouse 提出较慢的信息处理则需要更长的时间，这使工作记忆的内容更加难以维持，因此有效的容量也减少了。然而工作记忆容量的衰减并不能完全归因于信息处理速度变慢，因为随着年龄增长，工作记忆容量的衰减比信息处理速度衰减更快。另一种解释由 Lynn Hasher 和 Rose Zacks 提出，称为抑制假说。这一理论认为，随着年龄增加，抑制无关的、或不再有关的信息的能力通常会变差。因此，工作记忆中会充斥着无关的内容，而减少了有意义的信息的存储容量。这一理论得到了一些实验支持，但目前还不能确定抑制能力的衰减是否足以解释工作记忆容量的降低。也有人提出工作记忆、以及其他一些认知功能非常依赖前额叶皮层，而前额叶皮层在年纪增长时缺损退化较其它区域更加严重。
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作者张晓醒，系中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所博士
来源：中国科学院上海生命科学研究院
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