（发展与教育心理学专业论文）工作记忆广度有限性的认知机制研究.pdf

i ：作记忆广度有限性的认知机制研究 摘要 内容摘要：为了探讨工作记忆广度有限性的认知机制，作者以大学生 和研究生为被试，设计两个实验进行了研究。实验1 检验了工作记忆 厂度有限性的资源限制、记忆消退和转换机制三种假说。首先，为检 验资源限制假晚，作者对加工成分的认知负荷( 以下简称为加工负荷) 进行了控制，设计了难度不同的两种工作记忆广度任务，连续运算广 度任务和d e d e d e 广度任务。在连续运算广度任务中，要求被试在记 忆英语辅音字母的同时进行简单的算术运算；在d e d e d e 广度任务中， 要求被试在记忆相同英语字母的同时阅读连续呈现的音节d e 。其次， 为检验记忆消退假说，实验对保持时间也进行了控制，这是通过变化 连续运算广度任务中的符号一数字对数量和d e d e d e 广度任务中音节 d e 的数量来实现的。最后，为检验转换机制假说，所有被试在完成工 作记忆广度任务之前先进行一项转换效率任务。实验采用完全随机设 计，8 0 名大学生和研究生被随机分配到四种实验条件中。对工作记忆 j 1 度进行的二因素( 加工负荷x 保持时间) 方差分析发现，加工负荷 的生效应显著，d e d e d e 广度明显高于连续运算广度：保持时间的主 效应不显著；两者的交互作用也不显著。对转换耗费与工作记忆广度 进行的相关分析发现，两者没有显著性相关。 在实验2 中，研究者设计了阅读数字广度任务与阅读字母广度任 务考察了加工负荷、记忆负荷( 指储存成分的认知负荷) 以及加工 刺激与储存刺激的相似性对工作记忆广度的影响。加工负荷的控制是 通过要求被试阅读数字或字母来实现的，记忆负荷的控制是通过要求 被试记忆数字或字母来实现的，加工刺激与储存刺激相似性的控制是 通过让被试在记忆数字或字母的同时阅读数字或字母来实现的。实验 采用混合因素设计，加工任务为被试问因素，记忆任务为被试内因素， 4 2 名大学生和研究生被随机分配到两种工作记忆广度任务中。对工作 记忆广度进行的重复测量( 加工负荷记忆负荷) 方差分析发现：加 工负荷的主效应不显著：记忆负荷的主效应显著，记忆负荷高的记忆 工作记忆广度有限性的认知机制研究 字母时的工作记忆广度明显低于记忆负荷低的记忆数字时的工作记忆 广度；两者的交互作用显著。简单效应检验发现：在记忆数字的条件 下，阅读字母时的工作记忆广度明显高于阅读数字时的工作记忆广度： 在记忆字母的条件下，阅读数字时的工作记忆广度明显高于阅读字母 时的工作记忆广度。 这些结果表明：( 1 ) 只控制加工负荷时，加工负荷对工作记忆广度 具有重要影响：( 2 ) 记忆消退与转换效率对工作记忆广度没有影响；( 3 ) 当同时控制加工与记忆负荷时，成人的工作记忆广度只受记忆负荷而 不受加工负荷的影响；( 4 ) 加工刺激与储存刺激的相似性对工作记忆 ，“度具有重要影响。 关键词：加工负荷：记忆负荷；刺激相似性；工作记忆广度 a b s t r a c t c o n t e n t ：t oi n v e s t i g a t et h ec o g n i t i v em e c h a n i s m su n d e r l y i n gt h el i m i t a t i o n so f w o r k i n gm e m o r ys p a n ，t h ea u t h o rd e s i g n e dt w oe x p e r i m e n t st oc a r r yo u tt h er e , 辩a r c h , w i t hu n d e r g r a d u a t ea n dg r a d u a t eb e i n gt h es u b j e c t s e x p e r i m e n t1w a sd o n et o e x a m i n et h er e s o u r c ec o n s t r a i n th y p o t h e s i s ，m e m o r yd e c a yh y p o t h e s i sa n ds w i t c h i n g m e c h a n i s mh y p o t h e s i sc o n c e r n i n gt h el i m i t a t i o n so fw o r k i n gm e m o r ys p a n f i r s t l y , t o t e s tt h er e s o u r c ec o n s t r a i n th y p o t h e s i s ，t h ea u t h o rm a n i p u l a t e dt h ec o g n i t i v el o a do f t h ep r o c e s s i n gc o m p o n e n t ( h e r e i n a f t e rr e f e r r e dt oa sp r o c e s s i n gl o a d ) b yd e s i g n i n g t w ot y p e so fw o r k i n gm e m o r ys p a nt a s k sw i t hd i f f e r e n td i f f i c u l t y , o n eb e i n g c o n t i n u o u so p e r a t i o ns p a nt a s ka n dt h eo t h e rd e - d e - d es p a nt a s k i nt h ec o n t i n u o u s o p e r a t i o ns p a nt a s k , s o m ep a r t i c i p a n t sw e r ea s k e dt om a i n t a i nc o n s o n a n te n # m h l e t t e r sw h i l ep e r f o r m i n gs i m p l ea r i t h m e t i co p e r a t i o n s ；t h eo t h e r sw c r cr e q u i r e dt o m a i n t a i nt h es a m el e t t e r sw h i l er e a d i n ga l o u dt h es y l l a b l ed ep r e s e n t e dc o n t i n u o u s l y i nd e d e - d es p a nt a s k s e c o n d l y , t ot e s tt h em e m o r yd e c a yh y p o t h e s i s t h er e t e n t i o n d u r a t i o nw a sa l s om a n i p u l a t e da n dt h i sw a sa c h i e v e db yv a r y i n gt h en u m b e ro f s i g n - o p e r a n dp a i r si nc o n t i n u o u ss p a nt a s ka n dt h en u m b e ro f d es y l l a b l e si nd e - d e - d e s p a nt a s k f i n a l l y , t ot e s tt h es w i t c h i n gm e c h a n i s mh y p o t h e s i s ，a l lt h ep a r t i c i p a n t s w e r er e q u i r e dt oc o m p l e t eas w i t c h i n ge f f i c i e n c yt a s kb e f o r ep e r f o r m i n gw o r k i n g m e m o r ys p a nt a s k s a d o p t i n gc o m p l e t e l y r a n d o m i z e df a c t o r i a l d e s i g n , 8 0 u n d e r g r a d u a t e sa n dg r a d u a t e sw e r er a n d o m l ya s s i g n e d t ot h ef o u rt r e a t m e n t s t w o - w a y ( p r o c e s s i n gl o a d r e t e n t i o nd u r a t i o n ) a n a l y s e so fv a r i a n c e o nt h es p a nd a t a r e v e a l e dt h a t ，t h e r ew a sam a i ns i g n i f i c a n te f f e c to fp r o c e s s i n gl o a d , w i t hd e - d e - d e s p a nb e i n gp r e d o m i n a n t l yg r e a t e rt h a nc o n t i n u o u so p e r a t i o ns p a n , a n dt h a tn e i t h e rt h e r e t e n t i o nd u r a t i o nn o rt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e np r o c e s s i n gl o a da n dr e t e n t i o nd u r a t i o n h a das i g n i f i c a n te f f e c t c o r r e l a t i o na n a l y s i sb e t w e e ns w i t c h i n gc o s ta n dw o r k i n g m e m o r ys p a nw a sa l s oc a r r i e do u t ，w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h e r ew a sn os i g n i f i c a n t r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e m i ne x p e r i m e n t2 ，t oi n v e s t i g a t et h ei m p a c t so ft h ep r o c e s s i n gl o a d , t h em e m o r yl o a d ( r e f e r r e dt oa st h ec o g n i t i v el o a do fs t o r a g ec o m p o n e n t ) a n dt h es i m i l a r i t yb e t w e e n p r o c e s s i n ga n ds t o r a g es t i m u l iu p o nw o r k i n gm e m o r ys p a n , t h ea u t h o rd e s i g n e dt w o 4 工作记忆广度有限性的认知机制研究 k i n d so fw o r k i n gm e m o r ys p a nt a s k s ，o n eb e i n gr e a d i n gl e t t e rs p a nt a s ka n dt h eo t h e r r e a d i n gd i g i ts p a nt a s k t h em a n i p u l a t i o no ft h ep r o c e s s i n gl o a dw a sa c h i e v e db y a s k i n gp a r t i c i p a n t s t or e a dl e t t e r so r d i g i t s ；t om a n i p u l a t et h em e m o r yl o a d ， p a r t i c i p a n t sw e r ea s k e d t om a i n t a i nl e t t e r so a rd i g i t s ；a n dt h em a n i p u l a t i o no ft h e s i m i l a r i t y b e t w e e np r o c e s s i n ga n ds t o r a g es t i m u f iw a sa c c e s s e db yr e q u i r i n g p a r t i c i p a n t st om a i n t a i nl e t t e r so rd i g i t sw h i l er c a d i n gt h e m a d o p t i n gm i x e df a c t o r i a l d e s i g nw i t hp r o c e s s i n g t a s k b e i n gb e t w e e n - s u b j e c t f a c t o ra n dm e m o r yt a s k w i t h i n s u b j e c tf a c t o r , 4 2u n d e r g r a d u a t e sa n dg r a d u a t e sw e r er a n d o m l ya s s i g n e dt ot h e t w ow o r k i n gm e m o r ys p a n t a s k s t w o w a y ( p r o c e s s i n gl o a d m e m o r yl o a d ) r e p e t i t i o na n a l y s e so f - v a r i a n c eo nt h es p a nd a t ar e v e a l e dt h a t ，p r o c e s s i n gl o a dh a dn o e f f e c to nw o r k i n gm e m o r ys p a n ，w h i l em e m o wl o a dh a dam a i ns i g n i f i c a n te f f e c t , i e ， m e m o r yl o a do fl e t t e r s b e i n gh i g h e rt h a nt h a to fd i g i t s ，w o r k i n gm e m o r ys p a nw a s s i g n i f i c a n t l yg r e a t e rf o rm a i n t a i n i n gd i g i t st h a nf o rl e t t e r s t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e n p r o c e s s i n ga n ds t o r a g es t i m u l iw a sa l s oh i g h l ys i g n i f i c a n t s i m p l e e f f e c tt e s tf o u n d t h a tu n d e rd i g i tm e m o r yc o n d i t i o n s ，r e a d i n gl e t t e rs p a nw a ss u p e r i o rt or e a d i n gd i g i t s p a n ；w h i l eu n d e rl e t t e rm e m o r yc o n d i t i o n s ，r e a d i n gd i g i ts p a nw a ss u p e r i o rt o r e a d i n gl e t t e rs p a n t h er e s u l t si m p l i c a t e dt h a ta l t h o u g hm e m o r yd e c a ya n d s w i t c h i n gm e c h a n i s mh a d d oe f f e c tu p o nw o r k i n gm e m o r ys p a n , p r o c e s s i n gl o a dp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei n w o r k i n gm e m o ys p a nw h e nt h ep r o c e s s i n gl o a dw a so n l ym a n i p u l a t e d ，a n dt h a t a d u l t s w o r k i n gm e m o r ys p a nw a sn o tc o n s t r a i n e db yp r o c e s s i n gl o a db u tb ym e m o w l o a dw h e nt h ep r o c e s s i n ga n ds t o r a g el o a dw a ss i m u t a n e o u s l yc o n t r o l l e d , a n dt h a tt h e s i m i l a r i t yb e t w e e np r o c e s s i n ga n ds t o r a g es t i m u l ih a dag r e a te f f e c tu p o nw o r k i n g m e m o r ys p a n ， k e yw o r d s ：p r o c e s s i n gl o a d ；m e m o r yl o a d ；s t i m u l u ss i m i l a r i t y ；w o r k i n gm e m o r ys p a n 工作记忆广度有限性的认知机制研究 学位论文独创性声明 本人承诺：所呈交的学位论文是本人在导师指导下所取得的研究成果。论文中除特别加 以标注和致谢的地方外，不包含他人和其他机构已经撰写或发表过的研究成果，其他同志的 研究成果对本人的启示和所提供的帮助，均己在论文中做了明确的声明并表示谢意。 一繇移霞 日期：硼年只猫目 r 学位论文版权的使用授权书 本学位论文作者完全了解辽宁师范大学有关保留、使用学位论文的规定，及学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交复印件或磁盘允许论文被查阅和借阅。本文授权辽宁师范 大学，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后使用本授权书。 学位论文作者签名：霞 指导教师签名： 日期： 1 艺毯 炒7 牟铜潮 工作记忆广度有限性的认知机制研究 第一部分问题的提出 1 引言 1 9 7 4 年。b a d d e l e y 和h i t c h 1 1 提出了工作记忆( w o r k i n gm e m o r y ，简称。删”) 的概念。认为工作记忆是一个容量有限的系统，具有信息暂时储存和加工两种功 能。他们提出的多成分工作记忆模型包括三个成分：中枢执行系统( 咖嘲翩咖呐 c a ) 、语音环( p 晒咖酬b 叩p t ) 和视一空模板( v i s i 们酬柏咖副v s s p ) 。其中， 语音环负责暂时保持和加工言语信息，视一空模板负责暂时保持和加工视觉与空 间信息。中枢执行系统负责推理、决定及协调两个子系统的活动。最近，b a d d e l e y m 又提出了模型的另一个成分，郾情景缓i 中器( e p i s o d i c 哺，e s ) ，用以解决模型在 解释工作记忆与长时记忆的联系以及子系统的信息整合等方面所遇到的问题 由于工作记忆在复杂认知活动中发挥着重要作用p i ，它能够预测高水平认知 能力，并且能对来自正常人、脑损患者、计算机建模及脑成像技术的资料进行简 洁一致的解释h ，目前已成为认知领域的一个研究热点。从研究内容上来讲，工 作记忆的研究主要包括以下几个方面：一是对工作记忆模型的理论建构研究；二 是对工作记忆在人类认知活动中作用的行为应用研究；三是探讨工作记忆大脑机 制的认知神经研究。从地域上来讲，工作记忆研究又分为欧洲传统和北美传统两 种研究范式四欧洲传统的突出代表就是b a d d c l c y 的多成分工作记忆模型，它强 调把工作记忆分成多种具有独立资源的子系统，突出视、听两个信息通道的信息 加工和储存。欧洲传统的前期研究主要集中在工作记忆的两个子系统语音环 和视空模板的研究上，现在已转向对中枢执行系统和情景缓冲器的研究。而北 美传统的工作记忆研究则强调工作记忆的整体性，突出一般性的资源分配，注重 探讨工作记忆广度的有限性及工作记忆广度与高水平认知能力的关系等问题。 本文的研究主要是根据北美研究范式，考察的是工作记忆广度有限性的心理 机制问题。所以，文献综述围绕这个研究主题展开 2 文献综述 2 1 工作记忆广度的提出及其研究内容 工作记忆广度( w o r k i n gm e m o r ys p a n ，有时简称为。工作记忆”) 是工作 记忆研究的一个重要方面，主要有阅读广度1 6 】、数数广度川、运算广度i s l 和阅读 字母广度【9 l 等。d a n e m a n 和c a r p e n t e r 6 】最早开始了工作记忆广度的研究并提出了 阅读广度的概念他们从工作记忆具有同时性信息加工和储存的特点出发，设计 了一种既需要信息加工、又需要信息储存的阅读广度任务来测量工作记忆广度。 工作记忆广度有限性的认知机制研究 阅读广度任务的形式是：要求被试在阅读每个句子的同时保持句子的最后一个单 词，然后让被试完成一项有关句子内容的正误判断问题，之后要求被试依次回忆 每个句子的最后一个单词。实验中，要求被试阅读并进行正误判断的句子数量逐 次递增，被试能够正确回忆最后一个单词时所加工的句子的最大数量就是该被试 的阅读广度。研究发现，阅读广度通常在2 5 之间变化，并存在个体差异f l o 】l n j 。 关于工作记忆广度的有限性，d a n e m a n 和c a l 3 e n t e r 认为，用于加工和储存的认 知资源总量是有限的，阅读广度受有限的认知资源的限制。c a r p e n t e r 【1 2 】甚至指 出。工作记忆中所有活动都与激活资源有关，“容量有限可被操作性地定义为系 统用于储存和加工的最大激活量”( p 1 0 9 1 ) 。因为每个个体的激活资源是有限的， 所以d a n e m a n 和c a r p e n t e r 认为，加工效率在工作记忆作业中具有重要作用， 它是工作记忆广度个体差异的来源。他们的解释是，低效率者加工慢，必须将更 多的资源用在加工任务上，只剩下少量资源用于储存活动，所以很难将工作记忆 中的信息保持足够长的时间，也就不能很好地记住单词。相比之下，高效率者加 工所需要的赘源较少，有更多的资源可以用来保持句子的最后一个单词，所以记 得好。 d a n e m a n 和c a r p 蛐t c r 【6 】在研究中还发现，阅读广度比短时记忆广度能更好 地预测复杂的认知能力。他们认为这是由于阅读广度任务测量了对工作记忆广度 任务中的加工和储存进行权衡的能力。即，与传统的短时记忆任务只需要对信息 进行简单的保持和回忆不同，阅读广度任务除了要保持记忆项目外，同时还要进 行加工活动。与他们的假设一致，j u s t 和c a r p e n t e r l l 司的研究发现，阅读广度与理 解能力的相关约为0 8 ，与言语智力的相关约为0 6 。而d a n e m a n 等人1 1 1 对7 7 篇 以前发表的研究报告进行的比较分析进一步得出，阅读广度和阅读理解之间的相 关是0 4 1 ，显著高于单词广度和阅读理解之间的相关0 。1 4 。 自d a n e m a n 和c a r p e n t e r 以后，其他研究者相继对工作记忆广度的相关问 题进行了大量的研究。总的来说，研究的内容主要是探讨工作记忆广度与认知能 力的关系以及工作记忆广度的有限性等问题。 下面先对工作记忆广度与认知能力关系的研究作一些简要介绍，接着再综述 工作记忆广度有限性的几种理论模型及其实验研究。 就工作记忆广度与认知能力的关系而言，许多研究发现，工作记忆在复杂认 知活动中具有重要作用与一般流体智力存在着高相关，能很好地预测语言理解 1 1 5 l 、阅读和数掣1 6 1 、推理等能力【1 7 1 。对此，e n g l e 和t u h o l s k i 等人1 1 8 l 用潜变量分 2 工作记忆广度有限性的认知机制研究 析的方法对短时记忆、工作记忆与流体智力之间的关系进行了专门研究。研究以 大样本的大学生为被试，实验任务包括三个短时记忆任务，三个工作记忆广度任 务和四个运用中枢执行系统的任务。此外，被试还参加了瑞文标准推理测验和卡 特尔文化公平测验( 作为流体智力的测试) 结果发现，当工作记忆和短时记忆 变量的共同变异被捧除后，残余工作记忆成分与流体智力存在相关，而短时记忆 的残余成分与流体智力无关。他们的解释是，尽管短时记忆和工作记忆依赖于同 样的记忆系统，但工作记忆运用了n a a d e l e y 模型中负责控制高水平认知能力盼 中枢执行系统，所以工作记忆相当于短时储存成分加上控制性注意( c o n t r o l l e d a t t 扎t i o n ) 成分。因此，控制工作记忆与短时记忆任务中的共同变异后藕下一个 对应于中枢执行系统的残余成分，即控制性注意成分，正是这个成分促成了工作 记忆与流体智力之问的关系c o n w a y 等人【1 9 1 对儿童所进行的研究获得了类似结 果，支持了e n g l e 的结论 关于工作记忆与认知能力的关系，我国也有学者进行了研究，其结果与e n g l e 和c o n w a y 的非常相似饲如，李德明等人i 刎的研究发现，工作记忆在认知年 老化过程中具有重要作用，其作用量达到7 6 刘昌1 2 1 j 的研究则发现，工作记 忆在儿童的流体智力发展中同样具有重要作用，能解释儿童流体智力发展的 嬲4 王亚蒯蠲的研究也发现，工作记忆对儿童思维发展作用的综合统计量为 6 0 。 由于工作记忆与流体智力高度相关，在认知发展中发挥着重要作用，因此， 研究工作记忆广度的有限性问题对理解许多高水平认知活动的基本过程具有重 要意义 接下来对解释工作记忆广度有限性的理论模型及相关实验研究进行归纳梳 理。 2 2 工作记忆广度的理论模型 工作记忆广度理论主要是用于解释工作记忆广度的有限性问题。关于这个问 题，c o w a n 】运用元分析研究得出，工作记忆的容量约为3 7 个项目，因项目的 性质和测量方式的不同而不同。所有的工作记忆广度理论都承认工作记忆的容量 是有限的，但所作的解释各不相同资源共享模型( r e s o u r c e - s h a r i n gm o d e l ) 认 为，工作记忆广度主要受有限的认知资源限制；任务转换模型( t a s k - s w i t c h i n g m o d e l ) 认为记忆痕迹会随时间消退，保持时间是影响工作记忆广度的主要因素； 时间资源共享模型( t i m e - b a s e dr e s o u r c e - s h a r n g m o d e l ) 则提出，工作记忆广度既受 3 工作记忆广度有限性的认知机制研究 有限的认知资源限制，也与记忆消退和转换机制有关，是加工成分的认知负荷决 定着工作记忆广度。 2 2 1 资源共享模型 资源共享模型假设，用于加工和储存的资源总量是一定的，加工与储存之阃 存在着资源权衡关系。除前文提到的d a n c m a n 和c a r p e n t e r 6 j 外，其他早期从事 工作记忆广度研究的学者也都支持资源共享模型，如c a s e t u r n e r 等。与d a n e m a n 和c a r p e n t e r 的观点相同，c a s e 也认为工作记忆广度受有限的认知空间( c o g r t i t i v e s p a c e ) 限制，强调加工效率在工作记忆广度中的作用。例如，在认知发展一般 理论( g e n e r a lt h e o r yo f c o g n i t i v ed e v e l o p m e n t ) 中，c a s e l 拼1 1 2 5 】提出，每个个体都 拥有一个总体加工空间( t o t a lp r o c e s s i n gs p a c e ，t p s ) ，分为操作空间( o p e r a t i n g s p a c e ，o s ) 和短时储存空间( s h o r t t e r ms t o r a g es p a c es t s s ) ，即t p s = o s + s t s s 。 c a s e 认为，个体的总体加工空问不随年龄变化，变化的只是加工效率。因此， 与年龄有关的工作记忆广度发展是加工效率提高的结果。 在一项研究中，c a s e 等人【7 l 设计了一种数数广度任务，要求被试在数一系列 卡片上点的同时保持所数点的总数，数完后要求被试按顺序回忆。被试能正确回 忆所数总点数的卡片最大量即为他的数数广度。研究发现，6 岁和1 2 岁儿童数 数广度与数数速度呈近似线性关系，即数数的速度越快，广度越高。为了进一步 检验这种关系是一种因果关系，他们进行了第二项实验。在这项实验中，他们控 制了任务难度，要求成人被试用无意义音节而不是数字数数。结果发现，增加作 业难度降低了成人的数数速度，也消除了成人与儿童的广度差异。这个结果证实 了他们关于数数速度与数数广度关系的预测。 c a s e 等人解释道加工效率反映了加工需要中央工作空间的多少快速加 工只需要少量的工作空间，留下更多的空间用于储存信息，所以广度高。关于工 作记忆广度的有限性问题，c a s e 认为，由于加工与储存之问存在着资源权衡关 系，两者都在争夺共同的有限资源，所以工作记忆广度主要受有限的认知资源限 制。 2 ，2 2 任务转换模型 t o w s e 和h j t c h 【冽认为工作记忆广度主要不是受有限的共享资源限制，而是 与记忆消退有关，保持时阃( r e n t e n t i o nd u r a t i o n ) 是决定工作记忆广度的主要因 素。他们提出的任务转换模型假定，工作记忆广度任务中的加工与储存活动不是 一种资源共享关系，而是一种注意转换关系。即，他们认为：个体在完成工作记 4 工作记忆广度有限性的认知机制研究 忆广度任务的过程中，是以一种系列的方式在加工与储存活动之间进行注意转换 的。即，先进行加工活动，接着进行储存活动，然后再进行加工活动和储存活动， 如此往复。以数数广废任务为例，他们认为儿童会先数卡片上的点，然后将所数 的点的总数记住，接着又数下一张卡片上的点再接着记住总数，如此依次进行。 t o w s c 等人同时认为，一旦进入加工活动，记忆痕迹就开始经历持续的与时间有 关的消退，直到加工活动结束才能将注意转向记忆项目。也就是说，在加工过程 中不存在对记忆项目的积极保持所以，加工时问越长，记忆痕迹因注意转移而 经历的消退时间就越长，遗忘得就越多鉴于上述假设，1 h 俄和h i t c h 对c a s e 等人川研究中的广度与速度的关系作了另一种解释：加工速度是通过保持时间来 影响工作记忆广度的。加工速度越快，保持时间就越短，遗忘得也越少，广度就 越高：反之则越低 为了验证假设，t o w s c 等人进行了一系列实验研究。首先，针对c a 瞰研究 中存在难度增加与保持时间延长相混淆的问题，。t o w s c 和m t c h i 硐在实验中分别 控制了数数难度和数数时间。结果发现，增加数数难度( 减少目标肃j 激与分心刺 激之问的区分性) 并没有使数数广度降低；相反，延长数数时间却使数数广度明 星降低在第二项研究中，1 撕等人【刀l 对数数广度任务中卡片捧列的顺序效应 和位置效应进行了考察。实验程序如下：向儿童呈现一系列大小卡片，大卡片上 的目标刺激为6 - 8 个，平均7 个：小卡片为3 - 5 个。平均4 个；大卡片的平均数 数时间长于小卡片的平均数数时间。根据数数时问的长短将卡片分为两种排列顺 序，一种捧列顺序是第一张是小卡片，最后一张是大卡片，称为长尾条件 ( 1 0 n g - f i n a l ) ：反之称为短尾条件( s h o r t - r 衄1 ) 两种条件下中间的卡片都相同， 例如，长尾条件下卡片上目标刺激的数量依次为4 5 7 ，短尾条件的为7 5 4 由 于总体加工难度相同，按照资源共享模型，这两种条件下的工作记忆广度应该一 样但实验结果却发现长尾条件下的广度明显低于短尾条件下的广度。研究者认 为这是由两种条件下不同的保持时间所造成因为数第一张卡片不需要保持记忆 项目，所以长尾条件的保持时间比短尾条件的要长。另外，研究者还发现，儿童 数最后一张卡片的速度明显快于第一张，存在位置效应，这与资源共享模型记忆 负荷增加加工速度应该降低，数尾张卡片应该慢于数首张卡片的观点正好相反 在对阅读广度和运算广度任务的研究中，研究者也观察到了同样的结果。t o w s c l 2 s i 因此提出，。理论与计算模型越来越清楚地表明资源共享是多余的”o 2 4 6 ) 。 一年后，碰t c h 等人i 凹】对1 晰s c l 2 7 】研究中的被试作了追踪研究仍然发现工 5 r 作记忆广。度有限性的认知机制研究 作记忆广度受保持时间影响。他们同时还发现，尽管个体的阅读广度和运算广度 能解释阅读与运算成绩中各自的独立变异，但也能解释相当部分的共同变异，而 这与资源共享模型是一致的。h i t c h 等人由此总结道，工作记忆广度不只是对共 享资源的测量，它还受到激活代码( a c t i v ec o d e s ) 快速消退的影响。因此，为更好 地解释实验结果。资源共享模型应该将激活消退的观点纳入其中。 2 2 3 时间资源共享模型 b a r r o u i l l e t 和c a m o s 9 】认为，t o w s c 和h i t c h 的研究不足以推翻资源共享模 型。因为他们在改变加工活动的时问的同时也改变了加工活动的难度。例如，在 t o w s e 和h i t c h l 2 7 l 的研究中，加工第一张卡片不需要进行储存活动，所以首张为 小卡片的长尾条件的认知负荷要高于首张为大卡片的短尾条件的认知负荷。而 且。t o w s e 和h i t c h 在研究中是通过向被试呈现包括更多点的卡片来变化数数时 间的。这样，数更多的点需要运用更大的数字，而这些数字使用频率较低，因此 加工的难度更大【刈，需要保持的信息也更多【3 。同样，在阅读广度任务中，阅 读复杂语法结构的长句子比阅读短句子更难；在运算广度任务中，更长的运算问 题包括的数字更大，自动化水平更低，计算更难。因此，他们在研究中观察到的 加工时间对工作记忆广度的影响可能是源于认知负荷的增加。 工作记忆广度到底是受有限的认知资源限制还是与保持时间有关? b a r r o u i l l e t 和c a m o s1 9 脸验了上述两种假说。他们在控制加工时间相等但变化认 知负荷的条件下，对儿童的数数广度、运算广度与“b a - b a - b a ”广度作了比较。 运算广度任务要求被试在解决算术闯题的同时记忆字母，面在b a - b a - b a 广度任务 中，只要求被试在反复说b a - b a b a 的同时记忆字母。正如任务转换模型所预测的， 6 、8 和1 1 岁儿章的数数广度与b a b a b a 广度没有差异。但是，研究也发现，b w b a - b a 广度总是高于运算广度，这与认知资源假说是一致的。此外，c a m o s 等人倒对 成人数数作业所进行的研究还发现，在有记忆负荷的条件下，成人的数数速度比 无记忆负荷条件下的速度要慢。研究者因此得出，即便是简单的成人数数作业， 也是需要认知资源的。这个结果也为认知资源论提供了支持。 基于上述研究，b a r r o u i l l c t 等人【3 3 j 提出了时间资源共享模型，该模型假定： 1 ) 工作记忆广度任务中的加工与储存活动都需要注意资源。两者之间存在着资 源共享关系；2 ) 一旦注意从储存活动转移，记忆痕迹就会经历时问上的消退， 通过注意集中可以刷新记忆痕迹：3 ) 因为存在着提取瓶颈的限制，一次只允许 进行一个记忆项目的提取，所以当加工活动是提取任务时，注意共享就是基于时 6 工作记忆广度有限性的认知机制研究 间的。这种注意共享是通过在加工与储存之问进行快速频繁的注意转换实现的 因此，他们认为工作记忆广度既受有限的注意资源限制，也与记忆消退有关，同 时还受转换机制的影响。即，工作记忆广度至少受有限的注意资源( a t t e n t i o n a l r e s o u r c e ) 、转换机制( s w i t c h i n gm e c h a n i s m ) 和记忆消退c m e m o r yd e c a y ) 三个因 素影响 为验证上述假设，b a n o u i l l e t 等人嗍提出了一个新的认知负荷概念，并用认 知负荷将上述三个因素统一了起来与传统的资源共享模型把认知负荷等同于任 务难度不同，b a r r o u i l l e t 等人将认知负荷看成是加工活动完全占用注意资源的时 问的函数。在这段时间内，加工活动阻止了注意向储存活动的转移，从而阻止了 注意对记忆痕迹的刷新( 即回忆或复述) 这段时间越长，注意可以灵活地转向 储存活动并刷新记忆痕迹的时间就越短，记忆效果就越差。需要指出的是，这里 的时问不同于原始的总体加工时间，而是原始加工时问中加工活动完全占用注意 资源的那部分时间。举饲来说，在一项工作记忆广度任务中，如果允许加工的时 间为5 s ，那么这5 s 即为原始的总体加工时间，而加工活动完全占用注意资源的 那部分时间( 如，3 s ) 才为这项活动的认知负荷。他们还提出，在记忆提取类任 务中，如果提取速度相同，认知负荷，即注意资源被占用的时间，可用量化的公 式表达为： a l = 蝴 其中，c l 是认知负荷，i 是提取类型，n 是提取数量，a 代表提取难度，也 就是提取活动完全占用注意资源的时间，t 是用于加工的总时间。若提取性质一 样，可用公式c l = a n t 表示。在这种情况下，认知负荷可用提取数量和总体加 工时问之比来表示，即用提取速度来表示上述两个公式表明，在总体加工时同 和提取数量相同的情况下，改变提取难度会导致认知负荷的变化。 b a r m u i l l e t 等人i 叫用一组实验检验了上述观点。实验1 在控制保持时间相等 的条件下对成人的运算广度和b a - b a - b a 广度进行了比较。实验2 在同样的条件下， 比较了成人的连续运算广度、阅读运算广度和b a - b a - b a 广度。结果发现，即便保 持时问相等，成人的工作记忆广度仍与加工成分的认知负荷有关，所需要的认知 资源多，工作记忆广度就低。这两个实验结果为工作记忆广度受认知资源限制的 观点提供了证据。实验3 进一步对保持时间和认知资源效应进行了考察，发现了 显著的认知负荷效应，但不存在保持时间效应。实验“分别控制提取时间和提 取数量。考察了提取速度效应。结果发现，提取时间不变而提取数量增加或提取 7 工作记忆广度有限性的认知机制研究 数量不变而提取时间减少时，工作记忆广度都有降低，这与任务转换模型保持时 间越短广度越高的观点正好相反。实验7 检验了他们关于工作记忆广度是认知负 荷函数的预测，发现认知负荷与工作记忆广度成线性关系，证实了他们的假设。 g a v e n 等人i 刈对儿童所进行的研究也发现，加工成分的认知负荷决定着儿童的工 作记忆广度，为他们的模型提供了进一步的支持。 在b a r r o u i l l e t 关于成人言语工作记忆研究的基础上，我国学者王国明旧采用 空自j 工作记忆广度任务范式，就认知负荷和记忆痕迹衰退对成人空间工作记忆广 度的影响进行了研究。结果发现认知负荷对成人空间工作记忆广度有重要影响， 而加工时间对被试成绩不产生影响。王国明用时闯资源共享模型对上述结果进行 了解释。 值得一提的是，b a r r o u i l l e t 等人1 3 3 l 在研究中还对工作记忆广度测量和工作记 忆广度任务进行了考察。关于工作记忆广度测量和工作记忆广度任务，主要有两 种观点。传统的观点认为：工作记忆广度任务测量的是高水平执行能力( 3 6 i 或监控、 协调能力【卯，加工任务应该从那些需要进行高水平执行控制的复杂活动中选择 ( 如，问题解决、阅读理解、推理和心理运算) 。因为复杂活动会充分占用有限 的认知资源，干扰储存活动，因而能准确地测量工作记忆的容量。与传统的观点 不同，b a r r o u i u e t 等人认为，工作记忆广度任务测量的是简单和复杂活动中都具 有的基本资源( f u n d a m e n t a lc a p a c i t y ) ，即测量的是注意资源。因此，他们在研究 中使用了一种新的有时间限制的计算机节奏的( c o m p u t e r - p a c e d ) 广度任务。与传 统的自我节