中央执行系统和情节缓存研究综述

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1、中央执行系统和情节缓存研究综述中央执行系统和情节缓存研究综述摘要：摘要：工作记忆提出至今已有 30 年了，对中央执行系统的研究也随着实验方法和技术的发展有了较大突破，但在很多问题上仍存在争议，特别对在工作记忆与长时记忆、语音回路与视空间模板的联结上的解释上还有许多不足。基于此Baddeley 于 2000 年提出了工作记忆模型的第四个成分情节缓存（the episodic buffer），将中央执行系统看作一个纯粹的注意控制系统，而情节缓存则是一个暂时储存多种编码信息的缓存器，由此产生了新的工作记忆模型。当然这一理论还有待进一步的实验验证。关键词：关键词：工作记忆、工作记忆模型、中央执行系统、

2、情节缓存1引言引言 工作记忆（working memory）模型是 Baddeley 和 Hitch（1974 年）在短时记忆的基础上提出的一 种记忆系统，用以说明短时的信息存储和加工，但它不是一个单一的系统，而是由三个独立的成分组成 的复杂系统，包括语音回路（Phonological loop）、视空间模板（Visuo-spatial Sketchpad）和中央执 行系统（the central executive）。语音回路专门负责听觉和语言信息的存储和控制，视空间模板负责视 觉和空间信息，而中央执行系统是工作记忆的核心，是一个容量有限的注意控制系统，负责各子系统的 之间的管理和策略的选择

3、和计划。工作记忆模型如图 1 所示。这一理论模型一经提出，便引起广泛的关注，并引发出大量有价值的行为学和神经科学的实验研究， 他们都证实了这三个系统的存在，特别在对语音回路和视空间模板的研究已取得丰硕的成果，在许多问 题上达成了普遍共识。但相比较而言，中央执行系统因其自身的复杂性，对它的研究还相对少，在很多 问题上还存在争议。正是基于这一点我们更有必要对它进行讨论，以加深理解，更好地推动对其研究的 进行。 2中央执行系统中央执行系统（the central executive） 21 理论结构 最初，人们含糊地将中央执行系统定义为一个容量有限的一般加工资源的存储器，像是一个要负责 做出重要决定

4、的小矮人，要解决诸如，语音回路和视空间模板这两个子系统应该怎么使用这样的大问题。 但对其内在的过程这种定义却不能给出很好的解释。直到 Baddeley 以中央执行系统的注意控制特性为 核心，借用 Norman 和 Shallice 的注意模型中的监控注意系统 SAS（the Supervisory Attentional subsystem）（Norman 和 Shallice，1986），对中央执行系统的研究才有了巨大的进展。见图 2 。SAS 模型的发展源于对两种现象的解释，一是正常人的心不在焉（Reason，1984），一种是额叶 损伤病人常出现的注意控制缺陷（Shallice，1982

5、）。一般假设，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（Perceptual system），激活触发数据库 （Trigger database）中的已有图式，图式运行，产生动作，如，驱车穿梭于繁华的城市去一个熟悉 的地方，这样的路线任务。但是，不同的线索间常会引发冲突，如是继续开车去既定目的地，还是停下 来等红灯，人们设想我们的头脑中存在很多自动的冲突解决程序，在产生式系统（production system）视空间模板语 音 回 路中央执行系 统图 1：Baddeley 和 Hitch 的工作记忆模型（引自：Baddeley ，Human Memo

6、ry：Theory and Practice，P52）认知心理学作业 2003 年下2尤为突出（Newell 和 Simon，1972）。人们通过图式控制单元（Schema contral units）中各种图式自 动的竞争控制（Contention scheduling），确立适当图式并输出到效应器系统（Effector system）。当 新问题出现时，如开车去的是不熟悉的地方或汽车抛锚了，这时 SAS 才开始发挥作用，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。如果 SAS 不能克服习惯，就 会发生行为失误（slips of action），如本来想

7、去超市却习惯性地直接去了办公室，这类事例在日常生活 中比比皆是，几乎在每个人的生活中都发生过。而额叶损伤的病人因为 SAS 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（Wisconsin Card Sorting Test，WCST）只能掌握第一条规则， 不能转化学习后面的规则，表现为持续言语（perseverations）。还有病人出现使用性行为（utilization behavior）。1986 年，Baddeley 借用了 SAS 系统，认为它就是工作记忆的核心成分中央执行系统。这个模 型有助于人们探讨工作记忆的内在过程和机制，得到很多后续行为学和神经心理学实验的支持，

8、为人们 广泛接受。但是 Baddeley 也曾指出将中央执行系统仅定位于单一的 SAS 机制可能会产生误导。关于这 一点会在后面的讨论中涉及到。 几乎所有相关研究均强调大脑前额叶对于执行加工的作用，一般认为主要的功能区在背外侧前额皮 层区（BA9，46）和前扣带回（BA24，32）（DEsposito，1995），随后的研究表明这两部分脑区是 在执行加工中的作用是分离的，背外侧前额皮层负责工作记忆信息的操作与维持，而前扣带回负责应对 新异刺激，克服定势反应等加工冲突的解决（MacDonald ，2000）。 22 中央执行系统的功能 作为工作记忆的核心部分，中央执行系统的功能有什么呢？关于这一

9、点，看法不一。例如， Douglas（1996）从操作任务的角度，认为中央执行系统有种功能，分别是（）控制语音回路和视 空间模板间信息的传导；（）控制工作记忆与其他记忆存贮间信息的存贮；（）心算、逻辑推理和 随机生成字母和数字。 还有人认为，中央执行系统有种功能，是（）协调其它两个子系统的操作（协调功能）； （）与相类似的改变提取策略的能力（转换策略的功能）；（）选择地注意某个刺激，而抑 制其它的刺激干扰（选择性注意功能）；（4）操纵注意资源（注意资源的分配与控制）。图 2：Norman 和 Shallice，（1986）注意模型的简化版本，它显示了控制信息的流程。箭头代表激活输入，虚交叉线代

10、表着竞争调控的起初的相互抑制功能。“效应器系统”指有特定目标的加工单元，包含有行为和思想图式的操作。图式操作也包括短时存储信息，激活触发式数据库。（引自：Baddeley ，Human Memory：Theory and Practice，P90）认知心理学作业 2003 年下3而 Baddeley（2001）认为中央执行系统作为一种注意控制系统，主要功能在于对注意的管理与控 制。他的观点是： （1）集中注意（focusing attention） （2）分配注意（dividing attention） （3）转换注意（switching attention） （4）联结工作记忆和长时记忆 不

11、难看出这些观点有相似甚至重合的地方，如联结两个子系统各联结工作记忆与长时记忆，但彼此 间又有很大分歧。现简要介绍一下 Baddeley 的观点及相关实验研究。 221 集中注意集中注意 关于中央执行系统的第一种功能研究最多。一般假设，任何注意容量受限制的活动 都会影响行为操作。在一项双任务（dual-task）研究中，Baddeley 以国际象棋大师和新手为两组被试， 让他们完成回忆棋子位置和下象棋的任务，这都对中央执行系统的要求很高。干扰任务有三种，分别是 发音抑制（干扰语音回路）、敲击计算器上的特定键（干扰视空间模板）和随机生成数字（干扰中央执 行系统）。专家和新手尽管在所有水平上差异都很

12、显著，但表现出相同的趋势，即发音抑制对主任务没 有影响，敲击键盘有影响，而随机生成数字影响最大。 但是，并不是所有的复杂任务中都有表现出这种趋势，例如，从长时记忆中提取信息。 Baddeley（1980）进行的一系列实验中，要求被试学习和提取单词表，同时施加干扰任务，结果干扰任 务明显影响学习过程，却没有影响回忆的准确性。Craik（1986 年）等人重复这一实验，发现了更有意 思的现象，虽然提取任务本身未受干扰任务的影响，但提取却影响了干扰任务，不过干扰任务的受影响 程度对要求任务水平并不敏感。总之，有效地集中注意的能力很显然是中央执行器的重要功能，但是， 也要注意，并不是所有任务都依赖这一

13、功能，或者说事实上所有复杂任务并不依靠这一功能。 222 分配注意分配注意 在这方面的研究目前主要集中在年老化的研究方面，特别是从对早老性痴呆症 （Alzheimers disease 简写成 AD）的研究中得到很多证据。早老性痴呆症，又称阿尔采姆症，这种 病人表现出长时记忆严重受损，并有注意缺陷（Perry 和 Hodges，1999）。假设 AD 病人存在中央执行 系统的损害，Baddeley 设计了一种依赖中央执行系统的实验。在实验中，要求双任务操作语音回路（数 字广度）和视空间模板（追视盘）任务。实验前对单项任务执行的操作水平都进行了严格控制，以使 AD 病人，老年和青年组控制被试的准

14、确率相同，这样处理可以将被试间执行单项任务中的能力和年龄 差异剔除出去，也就将中央执行系统的分配功能分离出来。实验结果是，AD 病人的双任务操作成绩， 与控制组相比非常差，而老年组和青年组的成绩则没有表现出年龄差异。然而这两项任务单独操作时， AD 病人的操作水平也未明显受到任务难度增加的影响（Logie，Della Sala，Wynn 和 Baddeley，2000）。国内，陈天勇，韩布新 2002 年的实验也得出了相同的结论，这都证明了中央执行 系统具有分配注意的功能。 223 转换注意转换注意 有人认为转换注意很容易受到额叶损伤的影响（Shallice，1988）。在这方面的研 究较少，

15、但 1994 年，Allport、Styles 和 Hsich 的研究却发现转换注意并不依赖中央执行系统。同样， Baddeley 的近期研究也发现转换注意只很少依赖中央执行系统，而更多涉及到了语音回路。对转换注意 是否可视作中央执行系统的一种功能仍需进一步的研究（Monsell 和 Drives，1999）。 3情景缓存情景缓存（the Episodic Buffer） 促使工作记忆系统和长时记忆的结合一般被认为是中央执行系统的第四种功能（ Baddeley，1996； Douglas（1996） ），但现有的三成分模型对这一功能却不能给出适合的解释。除 此之外，“组块化”、语音回路和视空间

16、模板的结合，意识与工作记忆的关系等等一系列问题，用目前 的三成分工作记忆模型都不能进行完整的解释。下面先来讨论一下这些问题。 31 原有模型存在的问题 第一个问题表现在对文章和无关单词的即时回忆中，存在着对立现象，一般单词广度（无关单词） 是 5 个项目，而句子广度（句子中单词的数量）却高达 16 个单词（Baddeley，Vallar 和 Wilson，1987）。我们先假设多出的 10 或 11 个单词来自长时记忆，那么，有特定短时记忆缺陷的病人 的句子广度就应该是 10 个单词左右，但事实上是 5 个（ Baddeley 和 Vallar ，1984），那么另外 5 个认知心理学作业 2003 年下4在哪儿？还有，在材料有意义的情况下，即时回忆对语义相似性敏感，而无关单词广度也容易受到像词 频和可想象性等因素的影响，而这些因素一般认为存在于长时记忆中，而不是短时记忆中的语音回路 （Hulme