（基础心理学专业论文）一种工作记忆实验性测量技术的可行性研究.pdf

论文摘要 工作记忆是人类智能的核心，是当今认知心理学和认知神经科学研究的热点 之一。工作记忆是一个允许同时贮存和处理临时信息过程的有限容量系统。在控 制注意的能力上的个体差异是导致工作记忆上个体差异的主要因素。b a d d e l e y ( 2 0 0 1 ) 指出，上述个体差异，在现今北美心理学界对工作记忆的研究中，被作为 最重要的特征。 目前，对工作记忆的个体差异研究的很多，但还没有形成一套普遍公认的测 量方法。本论文希望在工具设计和流程上能有所探究。基于以上考虑，本实验研 究设计出一套计算机任务，以动态实验的方式测量工作记忆能力。实验包含运算 广度任务、n - b a c k 任务、s t r o o p 任务和心算任务。这四种任务都被证明了是测量 工作记忆能力的经典任务。对于每个任务，本研究依次增加难度，力求找到最能 衡量个体差异的任务范围。通过记录反应时和正确率这两个主要指标，综合四个 任务，本研究把被试区分成能力高、中、低组。并且划分出对于这三个水平组各 自指标的得分范围。 实验结果表明：每个子任务的绩效，基本不受年龄、性别和学科差异的影响， 可以作为1 8 2 4 岁年龄大学在校生以上学历人群工作记忆的测量手段；在运算 广度任务中，把呈现的刺激改成单个汉字，也能很好的检验出工作记忆的个体差 异；在听觉的心算任务中，当运算式达到6 7 个运算符的时候，平均反应时和 正确率出现一个明显的变化。 本论文的目的是建立一个测试工作记忆能力的工具，那么测试的时间和效率 是我们必须要考虑的方面，本论文考察了每个任务最佳的测试方案，结果表明； 运算广度任务在5 - - 8 个广度；n - b a c k k ：务在3 一n a c k 和4 b a c k ；s t r o o p 任务可完成 2 和4 子任务；心算任务，对于听觉而言，在4 7 个运算式，对于视觉而言，在5 9 个运算式。 关键词：工作记忆，个体差异，测量工具 a b s t r a c t w o r k i n gm e m o r y ( w m ) i st h ec e n t r a lp a r to fh u m a ni n t e l l i g e n c e ，a n di ti sah o t s t u d yo fc o g n i t i v ep s y c h o l o g ya n dc o g n i t i v en e u r o s c i e n c e w mi sal i m i t e d r e s o u r c es y s t e mt h a th a ss i m u l t a n e o u ss t o r a g ea n dp r o c e s s i n g i n d i v i d u a l d i f f e f e n c ei nt h ea b i l i t yt oc o n t r o ia t t e n t i o ni st h em a j o rc o n t r i b u t o rt oi n d v i d u a i d i f f e r e n c e si nw m b a d d e l e y ( 2 0 0 1 ) r e f e r r e dt os u c hi n d i v i d u a ld i f f e r e n c e sa s “t h em o s tp r o m i n e n tf e a t u r ei nr e s e a r c ho nt h et o p i c ( o fw o r k i n gm e m o 忉n n o r t ha m e r i c a ” n o w a d a y s t h e r ea r em a n ys t u d i e sa b o u ti n d i v i d u a id i f f e r e n c eo fw m b u t s t a n d a r dm e a s u r e m e n t so fw ma r en o td e s i g n t h i sp a p e rw i s h e st oj n n o v a t e o nd e s i g na n dw o r k f l o wo fw o r k i n gm e m o b a s e do na b o v e ，t h i sp a p e r d e s i g n sc o m p u t e rt a s k si no r d e rt om e a s u r ew m w i t had y n a m i ce x p e r i m e n t e x p e r i m e n ti n c l u d e sw ms p a nt a s k n - b a c i t a s k s t r o o pt a s ka n dm e n t a l a r i t h m e t i ct a s k t h e s ef o u rt a s k sa l ia r ec l a s s i cm e a s u r e m e n t so fw m t h e p a p e rw i s h e st of i n dt h eb e s tm e a s u r es c o p eo fe v e r yt a s k m e a n w h i l e ，t h e p a p e rd i v i d e ss u b j e c t si n t o3l e v e l s h i g h 。m e d i u ma n dl o w - a n dg e t st h es c o p e o fe v e r yi e v e it h r o u g hr e c o r d i n gr ta n dc o r r e c td a t ao ft h ef o u rt a s k s e x p e r i m e n ts h o wt h a t ，t h ep e r f o r m a n c eo fe v e r yt a s kc a n tb ea f f e c t e db ya g e s e xa n dm a j o r ；t h ef o u rt a s k sc o u l db em e a s u r e m e n t so fc o l l a g es t u d e n t s w h i c ha g eb e t w e e n18 2 4o l d ；t h ep e r f o r m a n c ei sa l s og r e a tb yc h a n g i n gt h e s t i m u l u si n t oc h i n e s ew o r d si nw m s p a nt a s k ；i nt h ea u d i om e n t a la r i t h m e t i c t a s k ，t h er ta n dc o r r e c th a v ea ni n t e n s ec h a n g ew h e nr e a c h i n g6 - 7a r i t h m e t i c o n eg o a lo ft h i sp a p e ri st ob u i l dam e a s u r e m e n tt o o lo fw m ，e x p e r i m e n tt i m e a n de f f i c i e n c ys h o u l db et h o u g h ta b o u t t h i sp a p e rs t u d i e st h eb e s ts c o p eo f e v e r yt a s k t h er e s u l ti s5 - 8s c o p eo fw ms p a nt a s k ，3 - 4s c o p eo fn - b a c kt a s k ， t h e2 喇a n d4 t hs u b t a s k so f s t r o o pt a s k ，4 - 7a r i t h m e t i co fa u d i o m e n t a l a r i t h m e t i ct a s ka n d5 9a m h m e t i co fv i s u a im e n t a la r t h m e t i ct a s k k e yw o r d ：w o r km e m o r y , i n d i v i d u a ld i f f e r e n c e ，m e a s u r e m e n t 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名： 当星日期：趋z ：l 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在 解密后适用本规定 学位论文作者签名：唧孚 导师签名： 魄竖 第一章相关研究回顾及本实验研究目的 1 1 工作记忆的提出和含义 工作记忆( w o r k i n gm e m o r y ，w m ) 是e 自b a d d e l e y 和h i t c h ( 1 9 7 4 ) 在短时记忆 基础上提出的一个记忆系统。他们利用双任务范式就短时记忆在复杂认知活动 ( 推理、理解和自由回忆) 中的作用进行了系统深入的实验研究结果发现，即 使是在6 个数字的高记忆负荷下( 已接近正常人的记忆广度) ，各种认知任务所 受的影响也不大。这一结果提示，短时存储成分在复杂的认知活动中所起的作用 是有限的，起重要作用的是一个具有通用加工器( g e n e r a l p u r p o s ep r o c e s s o r ) 性质的中央执行部分。在模拟了一系列短时记忆障碍的实验后，b a d d e l e y 和h i t c h 提出了工作记忆具有三个子系统概念，b e d d e l e y ( 2 0 0 2 ) 又加入了情景缓冲区这个 子系统，用“工作记忆”代替了原来“短时记忆”概念。这三个子系统分别是一 个中央执行( c e n t r a le x e c u t i v e ) 控制机制，以及两个从属的子系统：负责言语材料 暂时存储和处理的语音环路( p h o n o l o g i c a ll o o p ) 和负责视觉材料暂时存储和处理 的视空间缓冲i 又( v i s u o s p a t i a ls k e t c h p a d ) 。w m 为复杂的认知任务( 如学习、理解 和推理等) 提供临时的存储空间和加工信息，被心理学家视为认知功能的枢纽。 在此后的十几年中，对工作记忆的研究重点一直放在语音环路和视空间缓冲 区这两个子系统。一直到最近十年来，工作记忆的核心部分一中央执行子系统 才慢慢的被得到重视。中央执行子系统被认为是工作记忆的核心，同时也是人类 智能的核心。执行控制和工作记忆在认知能力( m i y a k e & s h a h 。1 9 9 9 ) 、认知发展 ( b a d d e l e y ，1 9 8 6 ；e n g l e ，1 9 9 6 ；e n g l e & k a n e 2 0 0 4 ) 的许多方面都起了核心的 作用。注意的动态特征，把认知和认知控制联系了起来。成为当前认知心理学和 认知神经科学中最热点的课题之一。 执行功能是人类的高级认知功能，一般是指个体在实现某一特定目标时，以 灵活、优化的方式控制多种认知加工过程协同操作的认知神经机带l j ( f u n a b a s h i 2 0 0 1 ) 。它的本质就是对一般认知过程进行控制和调节。执行功能对人们许多高 级认知活动均有影响。例如推理、问题解决和言语理解。言语理解包括一系列符 号的处理，感知和产出。对话的双方，都要在工作记忆中，对对话内容的中介产 出和最终产出进行存储，同时需要对连续呈现的每个词进行建构和整合，才能理 解整句话的意思。除了存储的角色之外，工作记忆还被看作是一个容纳操作性资 源的容器，它能进行符号的计算并且产出中介和最终产物。 越来越多的研究者倾向如下观点，工作记忆的性质和工作机制应从功能和内 2 容角度来理解工作记忆( b a 盯e f f 。t u g a d e e n g l e ，2 0 0 4 ) 。从功能来看，工作记忆是 与认知加工过程捆绑在一起工作的过程，它本质上并不是“记忆”，而是控制与调 节认知活动的功能系统。从内容来看，工作记忆是长时记忆中的激活部分。对工 作记忆性质认识上的变化，导致了工作记忆研究重心的转移。 1 n o r m a n 和s h a l l i c e ( 1 9 8 6 ) 提出了注意模型中的监控注意系统( s a s ) 。一般认 为，控制人类的行为主要是由以环境为线索的大量的图式系列或习惯，即外 界线索输入知觉系统( p e r c e p t u a ls y s t e m ) ，激活触发数据库( t n g g e r d a t a - - b a s e ) 中的已有图式，图式运行，产生动作。因此人们对于已经很熟悉 的过程，是不需要控制的。但是n o r m a n 和s h a l l i c e 提出当遇到新异或者复杂 的刺激对，这对s a s 就开始发挥作用，它能利用当前的刺激，结合长时记忆 中的信息，设计新的解决方案，并保证计划正常进行。而额叶损伤的病人因 为s a s 受损表现出许多注意问题，如这种病人在威斯康星卡片分类测验 ( w i s c o n s i nc a r ds o r t i n gt e s t ，h e a t o n 1 9 8 1 ) 只能掌握第一条规则，不能转化 学习后面的规则，表现为持续性言语( p e r s e v e r a t i o n s ) 。 2 。d a n e m a n 和c a r p e n t e r ( 1 9 8 0 ，1 9 8 3 ) 认为在工作记忆系统内，加工和贮存是两 个相互矛盾的过程，在资源有限的情况下个体用于加工的资源多。剩下给贮存 的资源就少；相反，个体用于加工的资源少，剩下给贮存的资源就多。他们采 用双任务( 加工和储存同时进行) 实验范式，开发了阅读广度测验和听力广度 测验，统称为工作记忆广度测验，用来测量个体的工作记忆容量。该测验的基 本假设是个体在工作记忆广度任务上的成绩反映了个体在完成加工任务后剩 余的资源量。如果个体在加工任务上拥有熟练的技能，他所消耗的加工资源量 相对就会较少，剩余给贮存的资源量会增加，所以个体的工作记忆容量是依存 于个体在特定领域的加工技能的。 3 b a d d e l e y ( 1 9 7 4 ) 把中央执行看作是注意控制。其功能和s a s 十分接近，都是 用来协调和监控某些相关行为，同时抑制不相关的行为。b a d d e l e y ( 1 9 9 6 ) 进 一步拓展了这方面的研究，认为中央执行是整个工作记忆的核心。它有四个 主要功能： 协调另外两个子系统的活动。 在激活的处理中互相切换。 选择性注意；指把注意资源有选择的分配给某些任务，而不分配给其 他某些任务。 激活长时记忆中的信息。 b a d d e l e y ( 1 9 8 6 ) 强调工作记忆是当前状态下认知( o n l i n ec o g n i t i o n ) 的一些 功能性成分这些功能性成分可以保证人类对短暂的环境信息进行心理表征和理 3 解，并将这些短时间内体验到的信息保留在记忆中，以支持新知识的获得、解决 问题、形成原理、建立联系，并按照当前的目标行动。 4 m i y a k e 和s h a p ( 1 9 9 9 ) 使用潜变量分析，考察执行功能在多大程度上可以被认 为是整合的或是分离的。验证性因素分析表明，三种常见的执行功能转换、 刷新和抑制之间有中等程度的相关，并非完全独立，但却是可分离的。同时， 结构方程模型表明，这三种功能在复杂的执行任务中分别起作用，而双任务 协调能力则与这三种执行功能不同。c o l l e t t e 和l i n d e n ( 2 0 0 2 ) 采用神经成像的 方法将执行功能分解为四种基本成分：抑常l j ( i n h i b i t i o n ) 、转换过程( s h i f t i n g p r o c e s s ) 、刷新( u p d a t i n g ) 以及双任务协调( d u a l - t a s kc o o r d i n a t i o n ) 。 5 e n g l e 和k a n e ( 2 0 0 4 ) 提出认知控制的双因素理论。他们认为工作记忆是一个 区别于短时记忆的系统，这个系统是一种以超出激活阈限的长时记忆痕迹的 形式而存在的贮存，它是获得和维持激活的过程，是一种控制性注意。控制性 注意表现为三种形式：通过控制性提取来保证长时记忆痕迹激活；通过 各种手段维持这种激活以满足注意要求；通过对分心物的抑制来组织某些 激活或克服干扰。 工作记忆作为一种理论构想已有3 0 多年的研究历史，但在“工作记忆是什 么? ”这一最基本的理论问题上还没有达成共识。但是对于工作记忆的一些特征， 研究者对于如下方面得出了一致的看法。 1 工作记忆是有多个组成部分，包括中央处理控制器，和两个子系统( 语音回 路和视觉空间) 。 2 工作记忆不仅仅包括存储，也包括处理。而短时记忆只考虑了存储能力。 3 中央执行功能是对工作记忆的控制处理，是人类的高级认知功能。例如言语 理解、心算、推理、动态的感知一动作任务，这些复杂的任务，都需要中央 执行功能进行调节。 4 长时记忆中与当前任务有关的内容，被激活并保持在工作记忆中。 5 中央执行功能包括抑锘l j ( i n h i b i t i o n ) 、转换过程( s h i f t i n gp r o c e s s ) 、刷新 ( u p d a t i n g ) 以及双任务协调( d u a l - t a s kc o o r d i n a t i o n ) 等功能。 6 中央执行系统和注意的关系十分密切。我们甚至可以把其称之为工作注意， 对当下正在进行的活动进行控制性注意。注意资源的有限性，导致了中央执 行系统的资源，或者说工作记忆的资源是有限的。 7 中央执行系统，作为一种通用的资源，随着年龄的变化而变化。一般而言， 个体年轻的时候，中央执行能力最强，随着年龄的增长，能力慢慢下降。 4 1 2 工作记忆容量 w m c 是指工作记忆容量。注意资源的有限性，导致了中央执行系统的资源 是有限的工作记忆容量不仅是指执行方面的有限性，也包括存储方面的有限性。 资源的有限性必定导致了个体差异。即个体在工作记忆容量方面存在着差异。从 人类特征的本性来看，这点是无容置疑的。 w m c 的操作定义是：在复杂的工作记忆任务中，项目的回忆数量。复杂的 工作记忆任务同时包括存储( 维持信息在激活状态，以便在之后进行回忆) 和处 理( 操作信息用于当前运算) 部分( d a n e m a n & c a r p e n t e r 。1 9 8 0 ) 。很多研究已经 找到了一些特征来描述工作记忆上的个体差异( j u s t & c a r p e n t e r 。1 9 9 2 ；b u f f e r s i z e ，c o w a n 2 0 0 1 ；p r o c e s s i n gc a p a c i t y ，h a r d w i l s o n & p h i l i p s ，1 9 9 8 ) 。这些文 献表明，在复杂的工作记忆任务中，控制注意的能力( 尤其是在有竞争需求的背 景中) 是工作记忆个体差异的主要决定因素( e n g l e ，2 0 0 2 ；k a n e b l e c k e y ， c o n w a y 。& e n g l e ，2 0 0 1 ) 。这和工作记忆的计算模型视角( a d d e r s o nt 9 8 3 ) ，及神 经生理学的理论( m i l l e r & c o h e n 。2 0 0 1 ) 是一致的。在某种程度上，w m c 反映了个 体在控制注意上的差异，w m c 在双任务中所起的关键作用也日益受到重视了。 b a d d e l e y ( 2 0 0 1 ) 指出，w m c 的个体差异，在现今北美心理学界对此( 工作记忆) 的研究中，被作为最重要的特征。 w m c 的个体差异，在有干扰或者分心的情景中，或者是在新异的或者时间 压力的情况下。影莉着个体表征通达性的管理和行为表达的控制的好坏程度。 w m c 的概念受到测量它的任务的约束。这些任务，被称作为复杂广度任务，包 括了工作记忆的执行功能，因为被试需要维持信息在激活状态并且能快速获取， 当周期性地切换他们的注意到一些其他的处理任务中。在典型的复杂广度范式 中，记忆广度测试被包含在次要的处理任务中，被试需要事后回忆一些信息( 例 如：单词、数字、空间方位) ，在每个项耳呈现的间隔，被试必须执行一些需要 注意资源的计算任务( 例如：理解句子、解决简单的算术问题、计数、心里旋转 等) ，这些是作为对记忆任务的干扰。 从前关于w m c 的看法是资源分享框架，它作为一个有限的认知资源，能够 根据当前任务的需要，灵活的分配资源( d a n e m a n & c a r p e n t e r1 9 8 0 。1 9 8 3 ) 。根 据这个观点，一个对于计算任务( 例如算术任务) 很熟练的人，能够把更多的注 意资源放在任务的存储部分，因此可以记住更多的单词，从而得到高的工作记忆 广度得分；而他对于其他不同的计算任务( 例如理解句子) 并不熟悉时，其只能 留出少的注意放在存储任务上，因此记住很少的单词。另外一个相似的观点从 w m c 的领域特殊性的视角( h i t c h 等人，2 0 0 1 ) ，主张对于不同模块或者表征( 例如 空间v s 言语) ，存在分离的工作记忆系统。虽然w m c 的资源分享和领域特殊化 的观点在传统意义上是分开讨论的，但是它们预测了如下联系时得到了类似的结 果：在复杂广度任务的计算和存储任务中，当计算任务不一样时，被试的绩效也 不一样。例如，一个在言语方面是专家，但并不精于空间方面的个体，在空间任 务时，只有很少的注意资源分配给存储记忆，但在言语任务时，有更多的注意资 源分配。那么他在言语任务中w m c 得分更高。 总的来说，现存的研究结果表明，虽然在复杂广度任务中的绩效受到领域特 殊性的计算部分的影响，但是这些任务在测量与领域无关的控制注意的能力上是 共同的。w m c 中预测和解释个体差异的计算模型也和控制处理的通用资源的观 点相一致。 1 3 工作记忆容量的功能研究 注意控制对于表征的激活、维持和提高，对于无关表征的抑制，都是必不可 少的。w m c 反映了个体在控制注意资源方面的差异，特别是在环境中有干扰和 分心的时候。下面是几种研究的比较多的中央执行功能： 1 双任务协调 对同时进行的两个加工任务进行协调是一种重要的执行功能，在工作记忆中 主要体现在对两个存储子系统的协调( b a d d e l e y ，1 9 9 6 ) 。这种协调能力通常是用 双任务范式来研究的，并且两项任务分属不同的感觉导通的认知加工。这类任务 在工作记忆研究中，主要体现为w m 广度任务，例如计数广度、操作广度和阅 读广度，都是来自于b a d d e l e y 和h i t c h ( 1 9 7 4 ) 提出的w m 理论，强调即时记忆 系统的功能的重要性：这个系统能储存有限数量的信息，服务于持续的心理活动。 w m 系统并不可能进化成单一的目的，允许有机体储存或者复述信息( 例如电话 号码) 而其他什么都不做。一个更适应的系统是，允许有机体保持任务相关的信 息在激活状态，并且在处理复杂认知任务时，能够访问记忆。因此w m c 的测量， 不仅仅需要信息储存和复述，而且需要同时处理额外的信息。这些w m 广度任 务插入到需要记住的目标刺激表征( 例如数字、字母) 之中，作为需求的表征， 次要处理任务，例如理解句子、判断等式或者枚举一列图形。 2 抑制功能 工作记忆中的抑制主要强调对优势反应积极的、有意识的抑制，是个体对认 知过程或内容的压抑过程，是一种内源性的行为抑制( s a l t h o u s e & m e i n z 1 9 9 5 ) 。 通常认为抑制控制分为三类：制止已激活但与任务无关的信息的通达；压抑不适 宜的优势反应；压制不再相关的信息的激活。抑制过程研究的任务有很多：s 仃o o p 6 范式，f l a n k e r s ：务，s i m o n 任务，l u r i a 手游戏，负启动范式，指导性遗忘，h a y l i n g 任务，t o h 等。由于数量加工的特殊性，在这一领域中研究抑制控制多采用经典 的s t r o o p 范式( k a n e e n g l e2 0 0 3 ) 。在s t r o o p 任务中，高w m c 组在不一致的情况 下犯更少的单词命名错误。 抑制在整个执行功能中占据非常重要的地位。可以说，在几乎所有执行功能 的任务中，都有抑制过程的参与。m i y a k e 等人( 2 0 0 0 ) 的验证性因素分析表明，抑 制、转换和刷新这三种执行功能之间的非独立成份，主要由抑制功能贡献。也就 是说，这些执行功能都包含了一些抑制过程。 3 注意转换 注意转换也是执行控制的一个重要方面，在工作记忆中体现为对两项竞争同 一认知资源的任务之间相互转换的控制过程。注意转换是在任务切换过程中选择 性地停止一项任务而开始进行另一项任务时所具有的重要能力。这种能力可以用 转换代价来表示，即用转换和不转换实验项目的反应时相减求得。作为执行功能 的注意转换是一种在指导语引导下的内源性注意控制机制。这些能力在同时执行 两个任务时是必要的。由于中央执行系统的容量有限，在其控制下进行的任务转 换能力极可能是对工作记忆广度的一个重要的影响因素( r o g e r s m o n s e l l1 9 9 5 ) 。 通常采用任务转换范式来研究转换加工。 任何快速的反应任务都必须以法则、以哪个反应或者活动与刺激或事件相联 系来表示其特征。当法则第一次使用时，装载或者激活它们似乎是要花时间的。 所花的时间和在计算机上装载程序或者从一个程序转到另一个程序一样多。法则 装载被认为是中枢的执行控制功能。举例：任务先是遵守识别高位数和低位数的 法则反应，然后突然转到一个不同的法则，例如奇偶的识别。例；2 1 3 4 和2 9 0 1 。 转换后的第一个r t 长于后面的r t , 这反应了执行控制的转换代价。尽管在未预 料到这种转换时所花的代价更大，但即使在预先考虑到新任务时仍需花一些时 间。 4 记忆刷新 记忆刷新是根据任务的需要使得工作记忆的内容不断更新，纳入有关的新信 息，抛弃无用的旧信息。对于刷新功能的研究常采用活动记忆范式( r u n n i n g m e m o r yp a r a d i g m ) 、n - b a c k 范式。 在活动记忆任务中，被试要保持一个激活的项目串，在该项目序列的长度大 于需要反应的项目序列长度时，每呈现一个新的项目，被试要消除掉记忆中位于 项目序列位置最前面的那个项目，并把新呈现的项目加到末端。 m i y a k e 等人( 1 9 9 9 ) 使用潜变量分析，考察执行功能在多大程度上可以被认为 是整合的或是分离的。验证性因素分析表明，三种常见的执行功能( 转换、刷新 和抑制) 之间有中等程度的相关，并非完全独立。但却是可分离的。同时，结构 7 方程模型表明，这三种功能在复杂的执行任务中分别起作用，而双任务协调能力 则与这三种执行功能不同。证据表明，删c 和很多重要的处理能力都有密切的联 系。 在心理学中，w m 的讨论在学科的各个分支都十分普遍，包括认知、临床、 社会、发展和教育心理学( s m i t h ，d e c o s t e r2 0 0 0 ) 。例如，临床研究表明w m 和 抑郁( d e p r e s s i o n ) 和处理生活事件的压力的能力有关，并且它受到酒精消费的 影响。社会心理学发现，学生在遭受某一类型的攻击后，w m c 会下降，在标准 化测试中，w m c 会调和某一类型的攻击的效果。w m c 作为一种资源，最终会 耗尽。在神经心理学上，w m c 的缺陷可能是早期a l z h e i m e r 疾病发作的元凶。 发展心理学研究发现，儿童时期w m c 的发展是普遍认知能力发展的核心，w m c 的降低是衰老的原因之一，在产生认知衰老效应的核心问题。 1 4 本实验的研究内容和目的 以上是对工作记忆相关理论和实验研究进行的回顾。以往的实验研究偏重于 工作记忆的理论研究，重点是探究工作记忆的机制和功能对工作记忆的个体差异 研究的很多，但还没有形成一套普遍公认的测量方法。我们在此不准备讨论工作 记忆的理论是否正确，我们在此承认那些得到公认的事实。例如工作记忆包括存 储和执行两个部分，执行系统是人类智能的核心，它的功能至少包括抑制、转换 和刷新等等。基于这些公认的事实，本论文初步尝试建立一套工作记忆的测量平 台，希望在多个功能维度上有所探索，在工具设计、流程能有所突破。测量平台 的建立： 1 可以使得测量标准化，方便不同实验之间的结果进行比较。 2 产生一套评定个体差异的工具，可以作为其他智力量表的补充。 3 在有大量数据的前提下，可以反过来，评定认知任务的难度，以设计出更符 合人类认知能力的机器。 基于以上分析，本实验研究的主要目的如下： 1 尝试建立中文的工作记忆测量任务。 2 观察在任务难度动态变化时，工作记忆能力相应的变化。 3 经典工作记忆测量任务的规范化、流程化，使其符合在实际场合下的使用。 4 尝试测量工作记忆的新任务。 5 建立一个可实际使用的计算机测量平台。 s 1 5 本实验的主要实验任务 1 运算广度任务 运算广度任务，属于w m 广度任务，同计数广度、操作广度和阅读广度一样， 都是来自于b a d d e l e y 和h i t c h ( 1 9 7 4 ，1 9 9 6 ，2 0 0 2 ) 的w m 理论。运算广度任务是 把w m 存储和处理功能相结合。t u m e r 和e n g l e ( 1 9 8 9 ) 在d a n e m a n 和 c a r p e n t e r ( 1 9 8 0 ) 的阅读广度任务的基础上，开发了运算广度任务，要求被试在 解决数学运算的同时，设法记住单词。在任务的第一版本中，1 2 个项目呈现，3 个项目一组，分别对应2 ，3 ，4 ，5 操作一单词的组合，升序排列。先呈现数学 运算，随后呈现要记住的单词( 4 6 个字母组成) ，其标准和t u r n e r 和e n g l e l 9 8 9 版本的阅读广度任务相同。当运算字符串呈现时，被试大声阅读字符串，并且判 断运算是否正确。所有的计算都只能心算，而不能用笔和纸。e n g l e 等人( 1 9 9 2 ) 发展出在当前实验室里使用的操作广度任务，主要的差别在于，是原先的那些版 本是控制顺序的，从少到多的。而在1 9 9 2 版中，呈现的顺序是随机化。在大多 数的英文运算广度版本中，项目长度2 5 或者2 6 。运算广度有着很好的信度。 利用c o e 仟l c i e n ta l p h a s 和s p l i t - - h a l f 相关，评估内在一致性，一般在0 7 0 9 之 间。在k a n e ( 2 0 0 4 ) 的研究中，有2 3 6 个样本，c o e f f i c i e n ta l p h a s ，阅读广度为 o 7 8 ，运算广度为0 8 0 ，计数广度为0 7 7 。这表明，被试在某个任务中回答正 确，在另一个任务中回答也是正确的。在跨时间的稳定性上，w m 广度任务也是 可靠的。例如，对成年人进行跨时间的测试一再测试任务，发现运算广度和阅读 广度之间存在0 7 - 0 8 的相关。 在效度方面，w m 广度任务的绩效，和许多高级排序认知任务相关。例如在 与阅读理解和听力理解，言语理解的研究中表明，好的理解者的工作记忆容量显 著高于困难阅读理解者的工作记忆容量。大量的研究表明成年人的工作记忆容量 和推理能力的相关在0 8 0 一o 9 0 之间。工作记忆能有效的鉴别学习障碍和非学习 障碍儿童，与学业成就有很高的相关，达到0 7 2 0 9 0 之间。 在本研究中，主要是用来测量双任务协调能力。 2 n - b a c k 任务 有研究者采用n b a c k 范式对工作记忆负荷进行了大量的研究。n - b a c k 范式要 求被试将刚刚出现过的刺激与前面第n 个刺激相比较，通过控制当前刺激与目标 刺激间隔的刺激个数来操纵负荷( m o o r e 。r o s e1 9 6 3 ) 。该范式的优点在于将任务 设计成在工作记忆上施加一个连续的、参数可变的负荷，而其它任务需求保持恒 定( k a n e ，e n g l e2 0 0 2 ) 。 n - b a c k ( m o o r e ，r o s e1 9 6 3 ) 表征一列项目，被试必须持续报告，出现的项 9 目是否和n 个( 典型的n 从1 - 4 ) 之前的那个项目一致。在2 - - b a c k 任务中， 被试必须持续维持2 个项目，更新记忆保持最新的两个。 n - - b a c k 任务是当前认知神经科学6 p w m c 黄金标准测量，在测量工作记忆 神经性损伤方面应用极为广泛。( 例如，c a l l i c o t t 等人2 0 0 0 ；c a l l i c o t t ，e g a n 等人。 2 0 0 3 ) 。 在本研究中，主要是用来测量记忆刷新、抑制的能力。 3 s t r o o p 任务 s t r o o p 测验是研究执行功能的典范之一，它是s t r o o p ( 1 9 3 5 ) 仓j 造的。s t r o o p 测验可看作是注意和抑制功能的一个经典例子。给被试呈现一些以不同颜色印刷 的颜色名称，要求说出这些字的印刷颜色，当印刷颜色与颜色名称不一致时，被 试说出该字印刷色所需的反应时比当印刷颜色与颜色名称一致时明显要长。这种 现象是由于字意加工与字体颜色感觉加工出现冲突而引起的，准确地完成这一任 务要求将注意集中于相关任务加工并且抑制不相关任务。 在本实验中，扩展t s t r o o p 任务，加入了规则的切换，即有对颜色的反应， 也有对颜色名字的反应。 在本研究中，主要用来测量抑制和转换的能力。 4 心算任务 心算( m e n t a la r i t h m e t i c ) 是在没有外在辅助工具的情况下进行的算术运算加 工。个体一方面需要进行运算，另一方面有需要在工作记忆中保留中间运算过程。 心算任务涉及到抑制、刷新、转换、双任务协调等等工作记忆的功能。所以可以 把心算看作总体衡量工作记忆能力的测量任务。a d a m s 和h i t c h ( 1 9 9 7 ) 研究发现 心算加工所需要的时间与工作记忆广度存在明显负相关。这就是说，工作记忆广 度越大，d 算加工所需时间越少。 1 0 第二章实验研究 2 1 实验设计 本实验全部在计算机上进行操作，联想笔记本电脑，i n t e lp e n t i u m1 6 0 g h z 处理器，2 5 6 m 内存，w i n d o wx p 操作系统。实验程序由v b 6 0 编写，后台数据库 使用a c c e s s 。屏幕分辨率1 0 2 4 7 6 8 。由于需要设计成一个工作记忆测量的平台， 所以平台需要保持足够的灵活性和可配置性。实验的流程和实验内容设计成可分 离。例如任务的指导语，任务的实验内容都可以根据实验的具体要求，而进行方 便的修改。使用a c c e s s 数据库可以方便的大量记录被试的数据，以便后续的数据 分析。 由于对时间记录的精度较高，所以没有采用v b 中的时间控件，而是通过调 用w m d o w sa p i 函数，得到精度为毫秒级的计时。 实验在隔音实验室中进行。开日光灯，保证正常的照明。笔记本电脑后面放 置黑色屏风，以保证不会受到笔记本电脑后面背景的影响。保持适宜的室温。 实验共有四个子任务组成，分别是：运算广度任务、n - - b a c k 任务、s t r o o p 任务和心算任务。心算任务又分为视觉心算任务和听觉心算任务。每个任务正式 开始之前安排被试进行练习任务，以熟悉该任务的流程和操作方式。 实验约1 个小时。为防止被试产生疲劳，在每个任务之间，都允许被试进行 休息，等到被试自己认为得到足够的休息后，再进行下一个任务。被试一般在每 个任务之间休息的时间约2 3 分钟。 任务的操作，全部在电脑上完成。对于选择任务，只需判断正误；对于输入 任务，只需输入数字键，以保证输入操作尽可能的简单。 实验程序以全屏的方式进行。在进行实验程序的时候，尽可能关闭w i n d o w s 系统中其他无用的程序，以保证实验程序最佳的运行环境。实验程序的底色为黑 色，呈现刺激如无特殊说明，都为白色呈现。以保证最佳的对比颜色。 实验由3 2 个被试组成。根据年龄，文理科和性别，三个变量进行组合，共有 8 组，每组4 个被试。年龄分为大学一年级组和研究生一年级组。文理科分为文科 和理工科。性别有男和女。被试均为自愿参加实验，无色盲、色弱现象。 2 2 实验1 ( 运算广度任务) 经典的运算广度任务，都是记忆英文单词的。在本实验中，相应的改成汉字。 基本的元素不进行改变。在刺激呈现的左边是简单的运算式，右边呈现汉字。运 算式由一个乘除运算和一个加减运算组成。乘除和加减各一半。运算的数字和结 果，都在2 0 之内。运算式一半是正确的，一半是错误的。汉字全部选用常用字。 例如：3 x 6 - 1 2 = 4读 1 0 + 2 + 6 = 1 1 族 每一个运算式和汉字，组成一个单位。几个单位组成一个广度。被试要求在 刺激呈现的时候，判断运算式的正确与否。在该广度刺激全都结束后，顺序回忆 每个单位中出现的汉字，写在答题纸上。在此选用答题纸，而不是让被试直接输 入在计算机中，是基于这样的考虑，即利用中文输入，会根据输入的拼音，出现 多的备选汉字，产生再认效应。 在任务中，广度中包含的单位从3 9 个不等，记做广度卜广度9 。例如 广度包含5 个单位，那么呈现5 次单位刺激，被试需要判断5 个运算式是否正确， 在5 个刺激全部呈现完之后，顺序回忆5 个汉字。广度顺序从小到大呈现。 每个广度需要进行3 次，称为组。例如，呈现广度5 ，需要进行3 组广度5 的 任务。被试3 次各判断5 个运算式的正确与否，3 次各顺序回忆汉字。 任务要求在保证正确率的情况下，尽可能快反应。即优先考虑正确率，再考 虑反应时。 2 2 1 实验流程 任务开始后，在每个单元呈现之前，先在中央呈现预备刺激_ ，5 0 0 m s 后，呈现单元刺激，由被试判断左边运算式的正误。正确按z ”键，错误按吵键。 如果被试在4 0 0 0 m s 之内，没有进行判断，则认为被试判断错误，程序自动进行 下一个单元。4 0 0 0 m s 的设置，可以有效的防止被试在判断运算式之后，利用剩 余的时间，进行汉字回忆的复述。经过多次的预实验发现4 0 0 0 m s 是一个比较合 适的刺激呈现设置。 2 2 2 实验记录 被试对每个运算式的反应时，对每个运算式的正误，正确的记为1 ，错误的 记为睢由电脑自动记录。被试顺序回忆的汉字填写在答题纸上，事后由 主试输入电脑。 1 2 2 3 实验2 ( n - - b a c k 任务) n - - b a c k 任务在神经科学中，是经典的测量工作记忆个体差异的方法。n b a c k 主要考察工作记忆中，记忆刷新能力的大小差异。被试能够即快又正确的 判断刺激是否相同者，则其记忆刷新能力强。 使用如下图2 1 显示的6 个简单图形，作为刺激。刺激的颜色是白色，背景色 是黑色。图形的大小是7 5 x 7 5 像素。 图2 1n - b a c k 任务刺激 难度分为四个等级，分为是2 b a c k ，3 b a c k ，4 b a c k 和5 b a c k 。2 b a c k 是指让 被试对相邻两个图像是否相同作判断，3 b a c k 是指让被试对第n 个图形和第n + 2 个图形是否相同作判断。4 一b a c k 和5 b a c k 依此类推。 为了保证呈现刺激对所有被试一致，先对每个子任务进行一个随机化，然后 对所有被试呈现该随机化后的序列。 每个子任务，让被试判断的刺激次数是1 4 次，即被试需要做1 4 次刺激是否 相同的判断。每个子任务都有指导语和相应的练习，保证被试理解任务的流程。 由于程序设计成可配置，所以刺激内容的呈现和刺激次数的多少都可修改。换句 话说，可以不局限于上述6 种图形，可以修改成其他图形，或者字母，数字等刺 激，刺激次数也可以大于1 4 次，这都是可以根据具体研究任务而设定。 ”键设置为判断刺激相同，甲键设置为判断刺激不同。任务要求在保证正 确率的情况下，尽可能快反应。即优先考虑正确率，再考虑反应时。 2 3 1 实验流程 ( 以2 - b a c k 予任务为例，其他类似) 任务开始后，5 0 0 m s 后，在屏幕中央呈现第一个刺激，刺激停留5 0 0 m s 后， 呈现第二个刺激。此时由被试判断是否相同。被试不做判断