工作记忆同中心模型
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇工作记忆同中心模型范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要 回顾了同中心模型研究方法和近期研究结果，从工作记忆注意焦点容量、存储与加工关系及工作记忆容量个体差异等三方面阐述该模型的理论意义，通过与嵌套加工模型、多成分模型及Unsworth和Engle的工作记忆观点比较，分析该模型优势及不足。丈末展望未来研究方向。
分类号 B842.3
1 工作记忆同中心模型
工作记忆(working memory，WM)指在解决认知任务过程中，同时对信息进行加工和存储的系统或机制(Oberauer，2002)。WM可同时加工的信息数量，即注意焦点容量(focus of attention's capacity)，是WM研究中一个重要问题；而存储与加工的关系是另一个重要问题。
同中心模型(the concentric model)(见图1)将两者联系起来，依据与当前认知任务的关系，把WM信息内容分为3个功能区域：注意焦点(the focus ofattention)、直接存取区(the region ofdirectaccess)和长时记忆激活部分(the activated part oflong-term memory)(Oberauer,2002)。注意焦点内的信息为当前认知任务直接指向的对象，具有最高的可存取性(accessibility)，该区只能保持1个信息项目或组块：直接存取区的信息为当前认知任务的备选集，对认知任务而言可直接存取，该区约能保持4个信息项目或组块，它们互相影响和干扰；长时记忆激活区的信息是长时记忆暂时被激活的信息表征(representations)，与当前认知任务无关，不受容量限制，该区信息可在较短时间内提取，较长时间后会被遗忘或消退。
从三者两两之间关系看，直接存取区与注意焦点之间既反映存储与加工的关系(Oberauer,2002；Obemuer＆G6the，2006)，又反映注意焦点转换(focus switching)现象(Bao，Li，Chen，＆Zhang， 2006；Garavan，1998；Kessler&Meiran，2006； McElree，2001；Obemuer，2002，2003；Obemuer& G6the，2006；Verhaeghen&Basak,2005；Voigt＆ Hagendoff,2002)：直接存取区保持与任务相关的信息，而注意焦点则从这些信息项目中选择一个进行加工：当认知加工从当前项目转移到其他项目时，伴随着注意焦点的转换。认知加工和焦点转换过程与注意焦点从直接存取区选择一个项目加工的难度有关(Oberauer，2002，2003；Oberauer&G6the，2006； Voigt＆Hagendorf 2002)。长时记忆激活区与中央部分(直接存取区与注意焦点)之间反映传统的WM存储与加工的关系(Cowan，1988，1999；Oberauer，2001，2002，2005b；Oberauer＆G6t11e，2006)：长时记忆激活区的内容被暂时存储，与当前加工任务无关，对应于WM的存储功能；中央部分的信息与当前加工任务有关，对应于WM的加工功能。长时记忆激活区与注意焦点内信息之间只能通过直接存取区间接联系，长时记忆激活表征只能间接影响当前认知加工。
同中心模型为理解WM本质及其与其他认知功能的关系提供了一个新的视角，备受关注(Bao，Li， Chen，&Zhang，2006；Bao，Li，＆Zhaug，2007； Cowan et al，2005；Kessler&Meiran，2006；Oberauer, 2005a；Oberauer＆G6the，2006；Verhaeghen＆Basak， 2005)。其一，该模型以前人注意焦点容量的研究为基础，把注意焦点分为狭义注意焦点(narrow甜entional focus)和广义注意焦点(broad attentional foeus)，解决了WM注意焦点容量是一个还是多个的问题(Bao，Li，Chen，&Zhang，2006；Cowan，1988， 1999，2001；Garavan，1998；Kessler&Meiran，2006； McEkee，2001；Oberauer，2002，2003，2006；Oberauer， SnB，Sehulze，wilhelm，＆Wittmarm，2000； Verhaeghen＆Basak，2005；Verhaeghen，Cerella，& Basak,2004；Voift&Hagendorf 2002)。其二，该模型区分出两类存储与加工的关系――直接存取区与注意焦点、长时记忆激活区与中央部分，并对后者进行了更精确的界定(Oberauer，2001，2002，2005b； Oberaugr&G0the，2006)。最后，研究者以同中心模型为基础，进一步探讨WM容量个体差异的实质(Oberauer,2005a)。
2 同中心模型的研究方法及近期研究
2.1同中心模型研究方法
同中心模型实验采用记忆更新任务(memory updating task)(Oberauer,2002)。屏幕上呈现一系列方框，每个方框包括一个数值，接下来每次随机选择一个方框呈现算术运算(如“+3”或“-6”)，被试根据算术运算更新方框内的数值(以运算后的数值取代其原来数值)，同时保持其他方框内数值不变。当所有算术运算完成后，要求被试输入各方框的最终数值。
如图2所示，在实验中，研究者设置了被更新(updated)与不被更新(not updated)的方框(Obemuer,2002)。屏幕上呈现两行方框，这两行方框间的关系有两种：(1)两行方框都被定义为“主动”集，在接下来算术运算中都可能被更新，即“主动一主动”条件(active-active condition)；(2)一行方框被定义为“主动”集，而另一行方框被定义为“被动”集，只有“主动”集内方框数值会被更新，而“被动”集内方框数值保持不变，被试只需记忆这些数值，在序列完成后回忆出来，即“主动一被动”条件(active-passive condition)。
2.2实验结果
在主动集内，对某方框内数值进行更新后，如果下一次继续更新该方框内数值，则反应时较短；而如果下一次更新主动集内其他方框数值，则反应时较长，这种时间差异被称为焦点转换代价(focus switching cost)。即当认知加工从一个方框转移到另一个时，伴随着注意焦点的转换(Bao，Li，Chen，＆ Zhang，2006；Garavan，1998；Kessler＆Meiran，2006；
MeElree，2001；Oberauer，2002，2003；Obemuer＆ Gothe，2006；Verhaeghen＆Basak,2005；Voigt＆ Hagendorf 2002)。当前被更新方框和主动集内其他方框对随后的认知加工有不同的影响，说明两者处于不同的功能状态。
在“主动―主动”条件下，更新时间受两行方框数目的影响；而在“主动一被动”条件下，更新时间只受主动集内方框数目的影响，与被动集无关。而且，当不更新方框处于主动集时，其数目影响更新时间；而当不更新方框处于被动集时，其数目不影响更新时间。即更新时间受主动集大小(方框数目)影响，而与被动集大小无关。对焦点转换代价的分析也得出一致结果：转换代价受主动集大小影响，而与被动集大小无关(Oberauer,2002)。主动集和被动集大小对更新时间及焦点转换代价有不同影响，说明两者处于不同的功能状态。
该研究区分了WM内容三种不同功能状态：当前被更新的方框、主动集内其他方框和被动集内方框。前两者的差别反映注意焦点和直接存取区之间的差异，而后两者的差别反映直接存取区和长时记忆激活区之间的差异。即wM信息内容可分为三部分：注意焦点、直接存取区和长时记忆激活区。
2.3最新研究证据
最近有考察WM更新代价(updating cost)的研究也支持这种区分(Kessler&Meiran，2006)。研究者在WM注意焦点转换研究基础上，比较不同WM负载条件下非更新算术任务(not updated arithmetic task)(女N+O或者-O)和更新算术任务(updated arithmetic task)(如“+3”、“-2”)反应时的差异(更新代价)。实验设置两种条件：(1)WM保持两个数值，且两个数值都可能被更新；(2)WM保持两个数值，但只有一个数值会被更新，另一个数值保持不变，只需在序列最后对其进行回忆。该研究同样发现注意焦点转换现象。更重要的是，当两个数值都可能被更新时，尽管每次只更新一个数值，更新代价却大于WM只保持一个数值时；而当两个数值中只有一个被更新时，两者更新代价无差异。研究者认为，当WM保持两个数值且它们都可能被更新时，一个数值处于注意焦点，而另一数值处于直接存取区，而直接存取区与更新有关，当其中一个数值被更新时，整个直接存取区的内容也会被更新；当WM保持两个数值而只有一个可能被更新时，不更新的数值被保持在长时记忆激活区，不影响更新代价。这样，该研究从更新代价的角度支持同中心模型的三个成分：注意焦点、直接存取区和长时记忆激活区。
3 同中心模型的理论意义
3.1同中心模型对工作记忆注意焦点容量的解释
关于WM注意焦点容量，前人研究存在两种观点：注意焦点只能保持1个信息项目或组块；注意焦点可保持约4个信息项目或组块。
一系列研究认为，WM注意焦点只能保持1个信息项目。McElree(2001)采用n-back任务，先后向被试呈现一列字母，每次呈现一个，让被试判断当前字母(探测字母)是否与之前第n个字母(目标字母)相同。结果发现，当n=1时，被试判断速度快于n>1时。研究者认为，当一列字母呈现时，最后一个字母处于注意焦点。当n=1时，目标字母处于注意焦点，因而可直接与接下来呈现的探测字母进行比较：而当n>1时，接下来探测字母呈现时，注意焦点必须先从最后一个字母转移到目标字母，然后才能进行比较，而这伴随着一个时间代价，因而判断时间较长。即注意焦点只能保持一个项目。当加工其他项目时，必须伴随一个注意焦点转换过程。Garavan(1998)采用算术更新任务，也发现当前后两次对不同图形的数值更新时，伴随着注意焦点转换的现象。其他研究者也得出一致结果(Bao，Li， Chela，＆Zhang，2006；Oberauer,2003；Verhaeghen＆ Basak，2005；Voigt&Hagendor￡2002)。
此外，也有多项研究认为，WM注意焦点容量约为4个信息项目。Oberauer等(2000)使用不同WM容量任务对被试进行测试，结果表明WM容量约为4。Cowan(1988，1999)在其WM的嵌套加工模型(an embedded-process model)中，认为注意焦点可同时加工多个信息。他在另一篇文章综合前人有关WM容量的大量研究，也认为注意焦点容量约为4(Cowan，2001)。Cowan等(2006)进一步认为，这种容量反映WM在简单任务下的存储能力，能预测被试在其他认知任务中的表现，而且，当面临干扰或当任务需要时，注意焦点可缩小为一个目标。
同中心模型调和了上述两种观点。该模型把Cowan等的注意焦点称为广义注意焦点，在此基础上将其分为两部分：直接存取区(容量约为4)和狭义注意焦点(容量为1)。Cowan研究中的注意焦点对应于同中心模型的中央部分(直接存取区和注意焦点)；而其他支持1个注意焦点容量的研究对应于狭义的注意焦点，是在直接存取区内考察的。这样，该模型就解决TWM注意焦点容量问题。然而，Cowan等(2005)认为，Oberauer(2002)的实验结果也可作如下解释：注意焦点可同时保持约4个信息项目，但某个项目可被优先加工。
3.2同中心模型对存储与加工关系的解释
同中心模型实际区分了两类存储和加工的关系：直接存取区和注意焦点(Obemuer，2002； Oberauer&G6the，2006)以及长时记忆激活区和中央部分(Oberauer,2001，2002，2005b；Oberauer＆ Gothe。2006)。该部分主要论述后者。
研究者(Oberauer,2002；Oberauer&GOthe，2006)认为，更新集的信息在认知加工过程中不断被存取，而非更新集的信息被暂时保存在WM中，它们之间体现一种加工和存储的关系。主动集内不更新内容保持在直接存取区，会被加工任务所存取，与加工内容相互竞争，影响加工任务：被动集内不更新的内容保持在长时记忆激活区，不会被加工任务所存取，不影响加工任务。即存储内容既可能影响加工任务，也可能不影响加工任务，这取决于当前认知任务是否会存取这些信息。
接下来的实验(Oberauer,2002)进一步验证此观点。实验中，被试首先记忆最初两行数值，然后出现一个线索提示主动集和被动集。研究者试图考察线索与算术运算之间的时间间隔对更新时间的影响。结果表明，时间间隔主要影响第一次更新时间。随着间隔增加，主动集对更新时间的影响不变，而被动集对更新时间的影响逐渐减小。当间隔为Oms时，主动集和被动集大小都影响更新时间；而当间隔为2s时，只有主动集大小影响更新时间，被动集
大小并不影响更新时间。研究者认为：两行方框开始呈现时，被试不能确定主动集和被动集，只能将两行方框的内容都保存在直接存取区；此时，主动集和被动集大小都影响更新时间；当线索出现时，被动集内容被移动到长时记忆激活区，因而随着时间增加，被动集大小对更新时间的影响逐渐减小；当被动集被完全移动到长时记忆激活区时，其大小便不再影响更新时间。其他研究也得到一致结果(Oberauer,2001，2005b；Oberauer＆G6the，2006)。这样，研究者从同中心模型的角度对存储与加工的关系进行了更精确的界定。
3.3同中心模型对工作记忆容量个体差异的解释
关于WM容量个体差异(individual differences)的本质，前人研究存在不同观点(Oberauer,2005a)。个体差异抑制假设(Hasher，Zacks，&May，1999)是一种新观点：个体抑制无关信息能力的不同是WM容量差异的重要因素，低WM容量个体抑制无关信息的能力较低，其WM包含过多无关信息，可用于认知任务的WM资源较少，因而WM容量较低。Oberauer(2001)采用Stemberg任务的变式(a modified Sternberg task)验证了此观点。被试记忆两行短暂呈现的单词，然后呈现一个线索将其中一行指定为相关单词行；而另一行为无关单词行，该行单词可被忘记。要求被试判断接下来呈现的探测单词是否来自相关单词行。结果发现，当探测单词来自无关单词行时，被试做出否定反应所用时间较长；而当探测单词是一个新单词时，被试做出否定反应所用时间较短，这种时间差异被称为侵扰代价(intrusioncost)。更为重要的是，低WM容量个体的侵扰代价要大于高WM容量个体。在另一项研究中，Oberauer(2005b)采用算术更新任务，也得到一致结果。研究者认为，该结果支持WM容量个体差异的抑制假设(Oberauer,2001，2005b)。
此外，研究者又提出另一种可能机制――捆绑(binding)假设(Oberauer,2005a)：低容量个体无法将直接存取区内单词及其背景信息(相关行还是无关行)相联系，无法区分相关信息与无关信息，因而无关信息干扰了被试判断。即不同WM容量的个体将直接存取区记忆内容及其背景信息捆绑以形成新结构的能力不同，或者保持这种新结构的容量不同。
研究者采用局部辨别任务(local identification task)检验了这两种假设(Oberaue，2005a)。屏幕上呈现一系列方框，每个方框内呈现一个特定单词，然后每次随机选择一个方框呈现探测单词，要求被试判断该单词是否该方框中原来的单词。在该任务中，被试不仅要记忆方框内的单词。还要记忆相应方框的位置。该任务和Steinberg任务变式的不同之处在于，该任务不存在无关信息，因而无需抑制无关信息。结果表明，不同WM容量的个体侵扰代价也不相同，低WM容量个体侵扰代价更高。由于局部辨别任务无需抑制无关信息，而要对WM内容与背景进行捆绑以形成新的结构。这提示，不同WM容量个体的差异并非仅由对无关信息抑制能力不同造成，也可能由于个体将直接存取区记忆内容和背景进行捆绑形成新结构的能力不同。研究者使用结构方程模型进一步证实了此观点：当认知任务需对WM内容捆绑时，该任务与标准WIVI容量任务具有相关性，认知任务对捆绑要求越高，该任务与标准WM容量任务的相关性也越高。即WM容量个体差异与个体捆绑直接存取区记忆内容以形成新结构的容量有关(Oberauer，2005a)。而这同时提示直接存取区的另一功能：对WM信息表征进行捆绑以形成新的结构，并保持这种新的结构，而WM容量有限则反映这种捆绑能力容量有限性(Oberauer，2005a)。这样，研究者从同中心模型的角度探讨了WM容量个体差异的机制。最近还有研究进一步发现，直接存取区可对不同领域信息内容进行捆绑，如对言语和空间信息进行捆绑，即直接存取区的这种捆绑能力是跨领域(domain-general)的(Bao，Li，＆Zhang，2007)。
4 同中心模型与其他工作记忆模型的关系
与其他WM模型相比，同中心模型有其优势和不足。本文主要简述同中心模型与另外三个WM模型――嵌套加工模型(Cowan。1988，1999)、多成分模型(Repovs＆Baddeley，2006)及Unsworth与Englc(2007)的WM观点――之间的关系。Cowan的嵌套加工模型与同中心模型最为相关；多成分模型是一个结构模型，许多研究都对它进行了探讨；和这两个模型相比，同中心模型在解释存储与加工关系方面有其优势。Unsworth与Engle在Cowan研究基础上进一步强调WM注意控制功能，即中央执行功能；而这正是同中心模型相对于这三个模型而言所缺乏的。通过这些比较，我们试图对同中心模型与其他WM模型之间的关系做一个简要论述。
嵌套加工模型(Cowan，1988，1999)是同中心模型理论基础之一。该模型认为，WM内容可分为两部分：长时记忆激活部分及注意焦点，与当前认知任务无关的信息被保持在长时记忆激活部分；与当前认知任务相关的信息则被保持在注意焦点。而同中心模型则在该模型以及WM注意焦点转换研究的基础上，将注意焦点分为狭义的注意焦点和直接存取区(Oberaucr,2002)。在作出这种区分后，一方面，两模型对长时记忆激活区(与任务无关的信息)与中央部分(与任务相关的信息，嵌套加工模型中的注意焦点，同中心模型中的直接存取区与注意焦点)的区分是一致的(Cowan，1988，1999； Oberauer,2001，2002，2005b；Obcrauer＆G6the，2006)。另一方面，两模型对中央部分信息的存储与注意焦点信息的加工之间关系的解释却有不同(Oberauer&G6the，2006)。嵌套加工模型认为，注意焦点既可存储与任务相关的信息，也可对这些信息进行加工，两者共享有限资源；而且，注意焦点的存储和加工是跨领域的，既可针对视空间信息，也可针对言语信息(Cowan，1988，1999；Oberauer＆ Gothe，2006)。而同中心模型则区分了Cowan模型中注意焦点的存储和加工功能：直接存取区保持与任务相关的信息，负责信息的存储，而注意焦点从直接存取区中选择一个项目进行加工；人类认知的有限性在于注意焦点每次只能加工一个信息项目，而不在于直接存取区的存储容量有限；直接存取区也是跨领域性的，可同时保持言语和空间信息，这些信息相互干扰，但只有与注意焦点同领域的信息才会影响注意焦点对信息的选择和加工，其他领域的信息尽管仍保存在直接存取区内，也不会影响注
意焦点的选择与加工(Oberauer，2002；Obemuer&G6the，2006)。例如，当注意焦点选择言语信息进行加工时，会受到直接存取区内言语信息的影响，而不受空间信息的影响(Oberauer＆G6the，2006)。
多成分模型包括四个成分：中央执行系统、情景缓冲器、语音环路及视空画板(Repovs＆Baddcley，2006)。从存储与加工的角度看，该模型可分为：一个跨领域的加工系统、一个跨领域的存储系统及两个领域特异性(domain-specific)的存储系统(Oberauer＆Gothe，2006)。关于这两个模型，一方面，如果假设任务无关的信息被保存在语音环路和视空画板，而任务相关的信息被保存在情景缓冲器，那么情景缓冲器与语音环路及视空画板间的关系也类似于中央部分与长时记忆激活区间的关系(Oberauer，2002；Oberauer&G6the。2006)。即两个模型都可解释任务无关与任务相关信息之间的关系。但这种假设又带来另外的问题：两模型对任务加工与无关信息存储之间关系的解释不一致。在多成分模型中，中央执行系统直接控制语音环路及视空画板，可在语音环路及视空画板中选择信息进行加工(Repovs＆Baddeley，2006)；而在同中心模型中，注意焦点与长时记忆激活区的信息并未直接联系(Oberauer，2002；Oberauer&Gothe，2006)。另一方面，两模型对任务加工与相关信息的存储之间关系的解释也不一致。多成分模型未说明任务加工与情景缓冲器间的关系(Repovs&Baddeley，2006)，也就无法解释情境缓冲器中信息的存储对任务加工的影响，换言之，多成分模型无法解释直接存取区与注意焦点之间的关系。例如，多成分模型无法解释直接存取区内信息项目的数量会影响加工时间(Oberauer＆Gothe，2006)。
多成分模型认为，WM存在一个中央执行系统(Reoovs&Baddeley。2006)。Cowan(1999)认为，信息可通过一个不随意过程和一个随意过程进入注意焦点：前者由刺激本身引起，而后者由中央执行系统控制。Unsworth和Engle(2007)在Cowan研究基础上进一步强调WM的注意控制观点。他们认为，WM内容可分为两部分：初级记忆(primary memory)和次级记忆(secondary memory)。WM个体差异在于：当存在自动化任务干扰时，个体初级记忆保持任务相关新异信息的差异；以及当存在无关信息干扰时，个体从次级记忆中提取与任务相关信息的差异。三个模型都包括一个中央执行系统对WM过程进行控制。而与之相比，同中心模型却缺乏类似控制系统，因而无法解释相关问题。例如，当注意焦点从一个项目转移到另一个时，以及当WM信息在直接存取区与长时记忆激活区转移时，中央执行系统如何控制这些过程?今后应从中央执行系统的角度探讨同中心模型。
5 研究展望
同中心模型自提出以来受到越来越多的关注，许多研究都使用该模型解释其结果(Bao，Li，Chert， &Zhang，2006；Bao，Li，＆Zhang，2007；Cowan et al， 2005；Kessler&Meiran，2006；Obemucr,2005a； Oberauer＆G6the，2006)，但只有少数研究直接考察该模型(Bao，Li，&Zhang，2007；Oberauer,2005a； Oberauer＆G6the。2006)。我们认为，今后应从以下几方面对与该模型有关的问题进行研究。
(1)gWM注意焦点转换的角度探讨注意焦点和直接存取区之间的关系。注意焦点和直接存取区之间实际反映一种注意焦点转换现象。一个重要问题是：WM如何从直接存取区中提取一个项目到注意焦点?以及当直接存取区内存在多个信息项目时，这些信息项目对注意焦点转换有什么影响?关于后者，尽管有很多研究发现，直接存取区信息项目的数量影响焦点转换代价(Oberauer，2002，2003； Oberauer＆G6the，2006；Voigt＆Hagendorf,2002)，但这种影响的机制还有待进一步研究。
(2)从加工与存储的角度考察注意焦点与直接存取区间的关系。同中心模型实际区分了两类加工与存储的关系：注意焦点和直接存取区，以及中央部分(注意焦点和直接存取区)与长时记忆激活区(Obemuer＆G6the，2006)。前人研究大都关注后者，很少从加工与存储的角度对前者进行探讨，而这无疑是理解注意焦点与直接存取区之间关系的新角度。
(3)从中央执行系统的角度研究该模型。同中心模型并没有包括中央执行系统成分。但实际上，注意焦点与直接存取区之间反映了注意焦点转换现象，被认为是一种执行功能(Voigt＆Hagendorf,2002)；而从长时记忆激活区提取信息到注意焦点也需要中央执行系统参与(Cowan，1999；Unsworth＆Engle，2007)。因此，我们认为，研究注意焦点与直接存取区之间的关系，以及中央部分与长时记忆激活区之间的关系有助于了解同中心模型的中央执行系统成分。
(4)当注意焦点需要从长时记忆激活区提取信息进行加工时，这种提取过程是怎样的?以及这种提取过程对长时记忆激活区和直接存取区内的信息分别有什么影响。尽管同中心模型将注意焦点、直接存取区及长时记忆激活部分结合起来。但现在研究多是对三者分别考察，如单独考察注意焦点与直接存取区之间的关系(注意焦点转换的研究)，或直接存取区与长时记忆激活部分之间的关系(WM存储与加工关系的研究)，很少有研究把三者相结合。而系统研究三者的关系，有助于进一步了解该模型。综上所述，今后对该模型的研究应集中在如下三方面：注意焦点与直接存取区之间的关系、同中心模型的中央执行系统及该模型三部分间的系统关系。