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工作记忆:大脑也需要缓存|心理词条-心理学文章-每天学点心理学

  

工作记忆:大脑也需要缓存|心理词条-心理学文章-每天学点心理学

阐述定义


工作记忆是指我们大脑中用于暂时储存和处理信息的结构和过程。它是我们保持目前最需要的心理表征,以便于处理正在进行的认知任务的机制(Oberauer, 2019)。
工作记忆的意义不仅是为了储存我们所见所闻的信息,它还是我们保持和操纵思想的平台,是组织目标导向行为的基础,它让我们摆脱反射性输入-输出反应的基本功能,以获得对自己思想的控制。(Miller, Lundqvist, & Bastos, 2018)。
通过动物病变实验和人体成像技术,我们现在得知工作记忆涉及包括额叶皮层、顶叶皮层、前扣带回和部分基底神经节等大脑结构的多个部分(Miller, Lundqvist, & Bastos, 2018)。

背景/来源


工作记忆这个概念的使用最早可以追溯到20世纪60年代,在当时的理论背景中,人们会把大脑比作一台计算机,而工作记忆,以现在常用的理解方式来看,接近于计算机缓存的存在。早期的工作记忆也有不同的名称和叫法,比如初级记忆、即时记忆、操作性记忆、临时记忆等等(Fuster, 1980)。
工作记忆有时也会和另一个叫做短时记忆的概念联系起来。虽然两者的共通点都是储存容量较小、保存时间较短,但比起强调记忆容量和时长的短时记忆,工作记忆更加强调信息的处理和操控机制。

相关科普/案例分享


(一)工作记忆是如何运作的
有很多不同的理论和模型都在尝试解释工作记忆的运作机制,其中最为人熟知的包括多成分模型和嵌入式过程模型。
1. 多成分工作记忆模型
多成分模型是Baddeley和Hitch(1974)提出的一个工作记忆模型。该理论认为,与短时记忆提供短期信息存储的简单功能不同,工作记忆是一个多成分系统,它操纵信息存储以获得更大和更复杂的认知效用。
在最早的多成分模型中,工作记忆是由中央执行系统(涉及注意力控制)、语音回路(语言工作记忆)和视空间画板(视觉空间工作记忆)三个子系统组成。
中央执行系统发挥着「控制中心」的功能,监管信息的操作、回忆和处理,以实现有意义的功能,如决策或解决问题。
语音回路和视空间画板分别负责以声音为基础、以及以视觉和空间为基础的信息的储存、加工和控制(东华君, 2017)。
在该模型中,人们的中央执行系统负责对语音回路以及视空间画板功能的协调和整合、控制人们记忆编码和记忆提取的策略。
而在2000年,另一个被称为情景缓冲器的「组件」新加入到了该模型中(Baddeley, 2000)。情景缓冲器被认为是一个临时的存储系统,用于调节和整合不同的感觉信息。
在优化后的多成分模型中,情景缓冲器和语音回路、视空间画板一同受中央执行系统控制,并为语音回路、视空间画板和长时记忆之间提供一个暂时的信息整合平台。中央执行系统本身没有存储功能,但它可以将语音回路和视空间画板记录的信息整合成一个完整的情景,并暂时存放在情景缓冲器中,以此作为信息整合以及长时记忆存储和提取的连接和缓冲地带(东华君, 2017)。
我们或许可以这么理解。假设你拍了一个视频,并想将这个视频通过视频剪辑软件存到电脑硬盘中。在这个情景中,拍摄视频的摄像头和麦克风分别代表了视空间画板和语音回路,视频剪辑软件通过电脑运算能力(中央执行系统)将画面和声音整合成了一个完整的视频,这时视频缓存在视频软件中(情景缓冲器),而经过你进一步的保存操作,这个缓存视频会被保存在电脑硬盘(长时记忆)某个特定的文件夹中。
2. 工作记忆的嵌入式过程模型
除多成分模型外,另一个为人熟知的工作记忆模型是Cowan(1999)提出的嵌入式过程模型。该理论强调了长时记忆和注意力在促进工作记忆功能方面的作用。
在该模型中,工作记忆可以被概念化为一个容量有限的短期存储部件,它很大程度上依赖于注意力和其他利用存储信息或与长期记忆相互作用的中央执行过程(Cowan, 2006)。
更进一步说,我们可理解短时、长期和工作记忆之间的关系是以一种分层的方式呈现的。在长时记忆区,存在一个激活的长时记忆的中间子集,也就是一个短时存储的空间,其中的信息激活时间有限且很容易消失。如果这个子集被进一步激活进入注意焦点,那么这个信息就会变得更加突出,也就是工作记忆。
我们或许可以这么理解。还是假设你的长时记忆是电脑的硬盘,一个输入的信息是你下载到电脑桌面的文件。因为你有定期清理桌面的习惯,所以电脑桌面相当于是一个短时的存储空间。当你在清理桌面的过程中看到一些吸引你、你认为很重要、成为你注意力焦点的文件,你就会有一个把这些文件单独挑出来准备存入硬盘内其他文件夹的过程,这个过程或者机制便是工作记忆。
(二)工作记忆的容量
前面提到我们可以把工作记忆类比成缓存,但也正如电脑缓存能承载的信息有限一样,我们工作记忆能存储的信息也很有限。
早期的研究认为人们的工作记忆大概能容纳七个单位的信息(Miller, 1956),但更近期的研究则将这个数字缩小到了四(Cowan, 2001)。一旦超过四个单位的信息就会涉及到信息的整合和处理。
一个较为常用的例子就是记忆手机号码。曾经有个很热门的帖子,是大家在讨论自己怎么记忆11位的电话号码。大多数人并不是一次性将11位数全部记下来,而是拆成大概三个部分,每部分大概3-4个数字组成。比如123-1234-1234、或者1234-123-1234等。
大家用这种方式记手机号码其实就跟我们的工作记忆容量有关。因为我们只能一次性记住大概四个左右单位的信息,所以我们会将11位的手机号码拆开,将3-4个数字编码成一个「组块」,然后用不超过四个「组块」记住这个手机号码,将这个手机号码编码成一个「更高级的组块」。
而当我们需要将这个手机号码从记忆中提取出来时,便会先提取这个11位的「高级组块」,然后分拆成我们之前编码好的3-4个下一级的「组块」,再将每个这些组块中的3-4位数分拆出来。

个人见解


当我们长时间使用电脑或手机时总会遇到这么一种情况,设备运转速度下降、卡顿,需要清理缓存。
既然前面提到可以把工作记忆比作缓存,那么对人来说,是不是「优化缓存」也可以提高「运转速度」呢?
事实上有相关研究发现,经过一段时间的工作记忆训练可以增加人们的认知能力,提高智力测试分数(Klingberg, Forssberg, & Westerberg, 2002)。在此基础上我们可以认为,工作记忆是智力的基础,而提高一个人认知能力的表现可以通过改善或增强工作记忆能力来实现。
关于工作记忆的改善,一个潜在的方法是保持健康的生活方式(Moser et al., 2018)。更具体来说,工作记忆脑区活动与健康的生活方式之间存在强烈的正相关关系。而那些体重偏重、暴饮暴食、经常吸烟的人的工作记忆表现则往往并不理想。
因此,早睡早起、营养均衡的饮食、经常锻炼不但能给你健康的身体,也可能会给你更灵活的大脑。
当然,如果你不想那么佛系,想采取更主动的行为,你可以考虑一些特定的工作记忆游戏,比如N-back(Klemm, 2012)。
N-back游戏要求参与者不断对当前刺激物和前面第N个刺激物进行比较,刺激物通常是在特定位置出现的色块和一个播报的数字,如果当前位置色块和前面第N个色块相同,则点击「位置」按钮,如果当前播报数字和前面第N个数字相同,则点击「数字」按钮。
比如当N=1时,就要留意当前的色块位置和数字与上一个色块位置和数字是否相同,而当N=2时,就要留意当前色块和数字与上上个色块和数字是否相同。以此类推,N越大,难度越大。
当然,与此同时,也有一些声音质疑这些「智力游戏」究竟能在多大程度上真正地改善人们的认知能力。毕竟一时游戏成绩的进步可能无法说明人们在平时生活和工作中也能有更好的表现。
但不管怎样,作为一个有难度的消遣游戏至少在消磨时间上是个不错的选择。而且随着游戏的熟练和难度的增加,你对自己的记忆表现也会有更强的信心,这在增强自我效能感方面倒也有些益处。而且你还可以借此机会将游戏推荐给其他人,在别人艰难入门时展现自己高超的「游戏技术」,抛开真实效果不论,至少你可以「看起来」记忆惊人。
参考文献:
Baddeley, A. D., & Hitch, G. (1974). Working memory. In Psychology of learning and motivation (Vol. 8, pp. 47-89). Academic press.
Baddeley, A. (2000). The episodic buffer: a new component of working memory?. Trends in cognitive sciences4(11), 417-423.
Cowan, N. (1999). An embedded-processes model of working memory.
Miller, E. K., Lundqvist, M., & Bastos, A. M. (2018). Working Memory 2.0. Neuron100(2), 463-475.
Cowan, N. (2001). The magical number 4 in short-term memory: A reconsideration of mental storage capacity. Behavioral and brain sciences24(1), 87-114.
Cowan, N. (2006). Chapter 20 what are the differences between long-term, short-term, and working memory. Progress in brain research, 323-338.
东华君. (2017). 工作记忆的理论模型. Retrieved 24 July 2021, from https://zhuanlan.zhihu.com/p/24984452
Fuster, J. M. (1980). The prefrontal cortex: Anatomy. Physiology and neuropsychology of the frontal lobe.
Klemm, W. (2012). Training Working Memory: Why and How. Retrieved 29 July 2021, from https://www.psychologytoday.com/us/blog/memory-medic/201203/training-working-memory-why-and-how
Klingberg, T., Forssberg, H., & Westerberg, H. (2002). Training of working memory in children with ADHD. Journal of clinical and experimental neuropsychology24(6), 781-791.
Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. Psychological review63(2), 81.
Oberauer, K. (2019). Working memory and attention–A conceptual analysis and review. Journal of cognition2(1).
Moser, D. A., Doucet, G. E., Ing, A., Dima, D., Schumann, G., Bilder, R. M., & Frangou, S. (2018). An integrated brain–behavior model for working memory. Molecular psychiatry23(10), 1974-1980.



文:车轱辘