זיכרון עבודה

זיכרון עבודה הוא מנגנון קוגניטיבי המשמש לשימור מידע באופן נגיש וקל לשימוש, למשך זמן קצר של שניות עד דקות בודדות.
המידע שמאוחסן בזיכרון העבודה מופנה לעיבוד ומשמש לביצוע פעולות קוגניטיביות.
באופן זה, זיכרון העבודה מאפשר לאדם להחזיק מידע במודעות ולהשתמש בו כדי להנחות את אופן הפעולה שלו.

זיכרון העבודה משמש כמעין "פנקס רישום מנטלי" (Mental Sketch Pad).
ניתן להתייחס לזיכרון העבודה כאל תהליך מנטלי פעיל, שבו גירויים או ייצוגים פנימיים מאוחסנים בצורה מקוונת נגישה וזמינה אונליין, כדי למנוע דעיכה זמנית או פלישה של מסיחים או גירויים מתחרים הנמצאים מחוץ למוקד הקשב הנוכחי.
היכולת ליצור ולשמר חוט מחשבה פנימי ללא תלות במציאות החיצונית, משחררת את האדם מהמגבלות של תגובה לאירועים סביבתיים מידיים בלבד. באופן זה, זיכרון העבודה מאפשר לאדם לפעול למען הגשמת מטרות עתידיות מעבר לכאן ולעכשיו.

הפסיכולוגיה הקוגניטיבית החלה להשתמש במונח "זיכרון עבודה" בהשראת מדעי המחשב. בתחום זה הרכיב זיכרון גישה אקראית (RAM), שהוא סוג של זיכרון נדיף, ממלא תפקיד מקביל לזה של זיכרון העבודה, בכך שהוא משמר באופן זמני את הנתונים שבהם משתמשת המערכת ברגע מסוים.

השימוש בזיכרון העבודה
אחד התפקודים הבסיסיים והחיוניים של זיכרון העבודה, הוא היכולת לשמר מידע לטווח קצר גם בהיעדר קלט חושי. למעשה, זיכרון העבודה הוא מרחב עיבוד המשויך לחלק המודע וההכרתי של האדם. הוא מכיל את כל המידע שנעשה בו שימוש פעיל במהלך ביצוע טווח רחב של משימות.
הוא חיוני לפעולות כמו בישול על פי מתכון, זכירת מספר הטלפון בזמן החיוג וחישוב התשר במסעדה.

זיכרון העבודה חיוני למגוון היבטים של חיי היום יום, כאשר האדם משמר לזמן קצר בתודעתו את הזרימה המתמדת של תפיסותיו אודות האירועים החיצוניים המתרחשים מסביבו - צלילים שזה עתה נשמעו, מראות שנקלטו ורשמים שהתגבשו. זאת משום שהוא מאפשר לערוך מניפולציות על מידע רלוונטי למשימה ולשמר אותו במודעות למשך זמן קצר. 

הזיכרון לטווח ארוך הוא מאגר המסוגל לאחסן כמות בלתי מוגבלת של פרטי מידע למשך זמן רב ללא מודעות. כתוצאה מכך האדם יכול לזכור דברים רבים, אולם רק חלק הקטן מהם מצוי בתודעתו ברגע נתון. למשל, אדם יכול למלא בה-בעת תפקידים של מתמטיקאי, בעל ואבא. מכאן שהזיכרון המודע שלו מכיל מידע שונה כאשר הוא פותר משוואות, סועד עם אשתו בארוחה רומנטית, או קורא לילדו סיפור.
זיכרון העבודה הוא הזיכרון המודע הכולל את המידע "הסמוך למודע" שהאדם אגר ויכול להיות מודע לו.
החוויה המודעת המידית של הכאן והעכשיו מתאפשרת הודות ליכולת להחזיק מידע בזיכרון העבודה.
בהקשר זה, מרחב העבודה הגלובלי הוא מושג דומה למושג זיכרון עבודה, המתייחס לאירוע פעיל באופן רגעי, אשר נחווה באופן סובייקטיבי בזיכרון העבודה - כמו למשל, דמיון חזותי או דיבור פנימי. על פי תאוריית מרחב העבודה הגלובלי, תכנים מנטליים מתחרים על גישה למרחב העבודה, כאשר הזוכים מיוחסים לחשיבה המודעת.

זיכרון העבודה משרת את החשיבה והלמידה.
הוא מאפשר ביצוע של פעולות מנטליות משום שבו מתבצע תהליך העיבוד בין מידע חדש שנקלט בזיכרון החושי לבין מידע קודם שניתן לשלוף מהזיכרון לטווח ארוך. כמו כן, במסגרת מסלול קידוד הזיכרון חלק מהמידע עובר מהזיכרון לטווח קצר אל הזיכרון לטווח ארוך. כאשר לומדים חומר חדש, אחת הפעולות שבאמצעותה עשוי להתבצע מעבר זה, היא שינון.

בהתאם לכך, לזיכרון העבודה יש השפעה רבה על יכולת ההתמודדות עם משימות אקדמיות.

זיכרון העבודה קשור גם ליכולת שונות המשפיעות על התפקוד האקדמי כמו: קריאה, כתיבה, איות ומתמטיקה.

זיכרון העבודה יכול להכיל ייצוגי מידע מכל סוג - מילולי, חזותי, שמיעתי, מרחבי וכו. בהתאם לכך, זיכרון העבודה כולל מאגר פונולוגי המאחסן מידע בקוד אקוסטי, ומאגר ויזואלי-מרחבי המאחסן מידע בקוד ויזואלי או מרחבי.

זיכרון העבודה חיוני לתפקודים ניהוליים כמו תכנון, בכך שהוא מאפשר לאדם להעלות למודעות מידע מהתנסויות קודמות כדי לייעל את פעולותיו העתידיות.
זיכרון העבודה מקושר ליכולת הוויסות של מחשבות נודדות בהתאם לדרישות המטלה. עלייה בקיבולת זיכרון העבודה מנבאת עלייה במחשבות נודדות עבור מצבים המצריכים השקעה נמוכה של משאבים קוגניטיביים וירידה במחשבות נודדות עבור מצבים המצריכים השקעה גבוהה של משאבים קוגניטיביים.

מגבלת הקיבולת של זיכרון העבודה
בזיכרון העבודה קיים מנגנון ניתוב מרכזי המסוגל לטפל בכל מידע כמעט, אך הוא גם דורש מאמץ מנטלי כדי להפנות את הקשב לגירויים החשובים ולטפל בהם נכון כדי שיקודדו בזיכרון לטווח הארוך.
לכן, בעוד שזיכרון העבודה הוא מערכת גמישה בעלת יכולת אחזקה ועיבוד של מידע, יש לו מגבלה בנוגע לכמות יחידות המידע שהוא מסוגל להכיל ברגע נתון. למעשה, הוא יכול להכיל רק כמות קטנה של מידע.
זיכרון העבודה מוגבל בקיבולתו בעקבות תהליכי בקרה הכוללים קשב, מודעות ורצון, כך שאצל מרבית בני האדם הוא יכול להכיל כשבעה פריטים. דבר זה יוצר את הקושי האנושי לעסוק בבעיות המורכבות ממספר גדול של משתנים.

בנוסף על מגבלת העיבוד הבסיסית, זיכרון העבודה מושפע גם ממצב העוררות הכללית, כך שגורמים מצביים כמו עייפות ומתח עלולים לצמצם עוד יותר את הקיבולת שלו.

התגברות על מגבלת הקיבולת
לצורך עיבוד בו זמני של פרטי מידע רבים, עולה הצורך של המערכת הקוגניטיבית להתגבר על מגבלת הקיבולת של זיכרון העבודה. היא עושה זאת על ידי "קיבוץ" של מספר פריטים ליחידת משמעות אחת המכונה "גוש" (chunk). פעולה זו מכונה Chunking .
בעוד שכמות הגושים שניתן להכיל בזיכרון העבודה הוא מוגבל, לא קיימת הגבלה על כמות הפריטים שניתן להכיל בכל גוש וגודלו של הגוש אינו מפחית את קבלות הזיכרון.
כך ניתן לארגן פריטים רבים במספר קטן של יחידות משמעות.

מיומנויות חשיבה שונות מיועדות לאפשר ניצול יעיל ככל הניתן של זיכרון העבודה.
לדוגמה: דרך נוספת לפתרון בעיות מורכבות היא לפרק אותן לבעיות משנה, כך שניתן לטפל בכל אחת מהן בנפרד ולצרפן ליצירת הפתרון השלם.

מדידת הקיבולת של זיכרון העבודה
קיימים הבדלים בין אישיים בקיבולת של זיכרון העבודה, כך שאנשים שונים יכולים לחשוב על כמות שונה של יחידות מידע בזמן נתון. משום שהקיבולת של זיכרון העבודה משפיעה על תפקודי חשיבה שונים עולה הצורך במדידה והערכה שלה.

מבחן המיועד לבדיקת הקיבולת של זיכרון העבודה צריך למנוע את האפשרות לקבץ את הפריטים שהוא מכיל לגושים. זאת משום שבמקרה זה התוצאות עלולות לשקף את מיומנויות החשיבה של הנבדק, במקום את הקיבולת של זיכרון העבודה שלו.
מסיבה זו נעשה שימוש ברשימות פריטים שאינן ניתנות לארגון בגושים. למשל: הוראה לחזור על רשימת ספרות בסדר הפוך מזה שהוצג לנבדק.

התפתחות זיכרון העבודה
קיבולת החשיבה מתפתחת עם הגיל והיא מעורבת בהתפתחות הקוגניטיבית של האדם.
בגיל שלוש המהווה את סוף תקופת הינקות זיכרון העבודה יכול להכיל שני פריטים. הקיבולת מתפתחת לאורך הילדות כך שבבגרות היא מגיעה לכשבעה פריטים.

מנגנונים ומרכיבים
על פי מודל זיכרון העבודה של אלן באדלי, קיימים מספר מנגנונים בזיכרון העבודה התורמים לפעולתו:
לולאה פונולוגית - זהו מנגנון בעל קיבולת מוגבלת המסוגל להכיל ולעבד כמויות קטנות של מידע שמיעתי. הוא מסייע לשימור של מידע מילולי בזיכרון, על ידי דיבור פנימי: חזרה מילולית על המילים באופן לא מודע וללא הפקה של קול. היא משמשת כמעין "מחסנית" השומרת מידע פונולוגי, בכך שהיא משמרת ייצוגים פונולוגיים עבור מידע מילולי הנמוג במשך הזמן. המידע שנשמר בלולאה הפונולוגית מקודד לפי אופן ההגייה הצלילית שלו. הלולאה ממירה מידע חזותי למידע צלילי.
כמות המידע שניתן לאחסן בזיכרון העבודה המילולי משפיעה על יכולת עיבוד השפה.
ישנם מספר מצבים המאופיינים בהנמכה של התפקודים הקשורים בלולאה הפונולוגית. לדוגמה, לקות הלמידה דיסלקסיה נגרמת בעקבות כשלים בקידוד הפונולוגי היוצרים קושי להפעיל את הלולאה הפונולוגית. תופעה זו באה לידי ביטוי ביתר עוצמה בלקות שפה וגורמת לקושי בשימור מידע מילולי בזיכרון לטווח קצר.
לוח חזותי-מרחבי - זהו מנגנון שמסוגל לאגור ולעבד מידע חזותי–מרחבי. הרישום החזותי-מרחבי מתבסס על הזיכרון החזותי וכולל את ביצוען של מטלות מרחביות, מעקב אחר שינויים בשדה הראיה, יכולת התמצאות במרחב והכוונת תנועה. קיימת הפרדה בין המערכת האחראית על דימויים ומערכים חזותיים (ה"מה?"), לבין המערכת האחראית על תפיסה מרחבית לגבי מיקום ותנועה (ה-"איפה?").
בניגוד ללולאה הפונולוגית, לזיכרון חזותי של מיקום עצמים במרחב אין קשר ליכולת הקריאה או ללקות שפתית.
מעבד מרכזי – מנגנון זה מבקר על פעולת הלולאה הפונולוגית, הלוח החזותי מרחבי, עוסק בתיאומם עם מנגנונים קוגניטיביים אחרים (מחוץ לזיכרון העבודה) ובהקצאת משאבי קשב לפי הצורך. הניהול המרכזי מנהל את משאבי הקשב ומעורב בהפעלה של יכולות קוגניטיביות גבוהות יותר (כמו עכבה, ותכנון), במיוחד בעת ביצוע סימולטני של שתי משימות או יותר.
חוצץ אפיזודי - מרכיב שהוסף על ידי באדלי למודל המקורי בשנת 2000; מאפשר קישור מידע חזותי, מרחבי ומילולי עם יכולת סדרתית והקשר של זמן (כמו סיפור או אפיזודה בסרט קולנוע). הזיכרון האפיזודי מקושר לזיכרון לטווח ארוך ולזיכרון סמנטי.

מנגנונים פיזיולוגיים ועצביים
זיכרון העבודה מתקיים הודות לשיתוף פעולה בין מספר אזורים ומנגנונים מוחיים.
מרבית החוקרים ממקמים את זיכרון העבודה במוח באזורי קליפת המוח הקדמית והקודקודית, באזור פיתול החגורה הקדמי (ACC), ובגרעינים הבזאליים.
בנוסף, יש לדופמין תפקיד מרכזי באפנון עצבי.
המוליך העצבי דופמין משפיע על יחס האות-רעש של תהליכי עיבוד מידע עצביים וכתוצאה מכך גם על יעילות עיבוד האותות של מערכת העצבים.
הוא עושה זאת באמצעות תהודה אקראית, שהיא תופעה של שיפור אותות בעקבות רעש על יד הגדלת היחס בין האות לרעש.
באופן כללי, היחס בין התפקוד הקוגניטיבי לרמת הרעש במערכת העצבים הוא בצורת U הפוכה, כך שהביצוע המיטבי מתרחש ברמות רעש מתונות והוא נפגע ברמות רעש גבוהות או נמוכות מידי.

האזורים הניהוליים של קליפת המוח הקדם-מצחית מעורבים בפעילות של זיכרון העבודה.
בהקשר זה, למוליך העצבי דופמין ישנה השפעה רבה על קליפת המוח הקדם-מצחית והוא חיוני לתפקודים קוגניטיביים כמו זיכרון העבודה. למעשה, המוליך העצבי דופמין חיוני לשליטה על הפעילות הקוגניטיבית בקליפת המוח הקדם-מצחית.
יש לו חשיבות רבה לא רק לתפקוד של זיכרון העבודה, אלא גם להגדלת הקיבולת שלו. זאת משום שהדופמין מאפשר את השימור של המידע בזיכרון העבודה.

האנזים COMT הוא המנגנון החשוב ביותר לפירוק הדופמין בקליפת המוח הקדם-מצחית.
בנוסף ל-COMT גם נשא הדופמין DAT משתתף בפינוי הדופמין מהמרווח הבין תאי והוא הגורם העיקרי לפינוי הדופמין מהסינפסה לאחר הפליטה שלו, ברוב חלקי המוח כולל הסטריאטום.
האנזים COMT מפנה את הדופמין מהמרווח הבין סינפטי בקצב איטי יותר בהשוואה לנשא הדופמין DAT.
דבר זה מאפשר להשפעה של המוליך העצבי דופמין להמשיך לפעול במשך זמן רב יותר בקליפת המוח הקדם מצחית. ההתמשכות של הפעולה הדופמינרגית בקליפת המוח הקדם מצחית מאפשרת לאות הדופמינרגי להתייצב ולשמר מידע.

Rs4680 או Val158Met הוא גרסה גנטית של פולימורפיזם נוקליאוטידי יחיד (SNP) בגן COMT שמקודד את האנזים catechol-O-methyltransferase. 
החלפת הנוקליאוטידים היחידה בין G (guanine) -> A (adenine) מביאה לשינוי בחומצה אמינית מוואלין (val) למתיונין (met) בקודון 158 ויכולה להשפיע על זיכרון העבודה.

האלל met של הפולימורפיזם Val158Met מעלה את הפעילות הטונית של הדופמין.
ההשפעה של הרמות הטוניות (tonic) של הדופמין על קליפת המוח הקדם-מצחית והתפקודים הקוגניטיביים שהיא אחראית עליהם, כמו זיכרון העבודה, פועלת בצורה של U הפוכה - כך שרמות גבוהות מידי או נמוכות מידי של דופמין טוני פוגעות בתפקוד. כלומר, לתפקוד מיטבי של זיכרון העבודה נחוצות רמות בינוניות או ממוצעות של דופמין טוני.

לעומת זאת, ככל הנראה, לפעילות הפאזית (phasic) של הדופמין בקליפת המוח הקדם-מצחית יש חשיבות ליכולת לעדכן את הייצוגים שבזיכרון העבודה ולערוך עליהם מניפולציות. 

כמו כן, לקולטני דופמין מסוג D1 שבקליפת המוח הקדם-מצחית יש חשיבות גדולה לזיכרון העבודה.
במהלך ביצוע של מטלה המתבססת על זיכרון העבודה, הדופמין פועל על קולטני D1 לצורך הפחתת יחס אות לרעש וייצוב של הדימוי המנטלי.
בהתאם לכך, נמצא שהתערבויות תרופתיות אשר עובדות על המערכת הדופמינרגית (כמו מתילפנידאט), משפרות את הביצועים של זיכרון העבודה.

המערכות העצביות המפותחות של קליפת המוח הקדם-מצחית הגבית-צדית משרתות את זיכרון העבודה, על ידי ייצוג מידע בהיעדר גירוי חושי.
בנוסף, זיכרון העבודה יכול לכלול פעילות של מערכות שאחראיות על ייצוגיים ספציפיים, בהתאם לתכנים הקיימים בזיכרון העבודה ברגע מסוים. כמו למשל, הפעלה של אזורי זיהוי הפנים Fusiform face area  בשעת עיבוד מידע הכולל מידע על פנים.

מקומה של יצירתיות בהשפעה על זיכרון עבודה

יצירתיות היא התהליך הפסיכולוגי היוצר רעיונות מקוריים ורלוונטיים לסיטואציה הנתונה.
היצירתיות נשענת על גמישות מחשבתית, שמאפשרת חשיבה רב-ממדית ורב-כיוונית.
בהקשר זה, חשיבה מסתעפת היא חשיבה המסוגלת להוביל לכיוונים שונים ומגוונים. היא כוללת המצאה של פתרונות מרובים ובלתי שגרתיים עבור בעיה או מטלה מסוימת. על כן היא משמשת כמדד להערכת יצירתיות.

ייתכן שהסיבה לכך שהנמכה באינהיביציה מקושרת לחשיבה מסתעפת היא שמצב זה מאפשר לרעיונות ומושגים להישאר זמן ארוך יותר בזיכרון עבודה.

השפעת הפרעת קשב על זיכרון עבודה

הפרעת קשב, המוכרת גם כ-ADHD (ראשי תיבות באנגלית של Attention Deficit Hyperactivity Disorder), היא הפרעה נוירו-התפתחותית שתסמיני הליבה שלה הם קשיי קשב וקשיי ריכוז, היפראקטיביות (פעלתנות יתר), ואימפולסיביות. היא מתוארת כהפרעה של תפקודים ניהוליים כמו אינהיביציה וזיכרון העבודה.

ראו גם
 אלן באדלי
 היתוך מידע
 זיכרון פרוספקטיבי
 עומס קוגניטיבי
 ליקוי בתפקודים הניהוליים
 Psychological refractory period

לקריאה נוספת
דן זכאי, פסיכולוגיה קוגניטיבית. הוצאת האוניברסיטה הפתוחה, 2002

קישורים חיצוניים

ד"ר בטי שרייבר זיכרון עבודה: "שומר הראש שלנו" מתוך הירחון "פנים", גיליון אוגוסט 2013, עמוד 71
נופר ישי-קרין, הקשר בין דיסלקסיה למודעות פונולוגית, זיכרון עבודה, מהירות שיום וכישורי שפה. השלכות לגבי איתור בגן הילדים ובית-הספר וטיפול באתר פסיכולוגיה עברית
נופר ישי-קרין, הקשר בין זיכרון עבודה מילולי (ולא חזותי-מרחבי) לבין לקות בקריאה ולקות שפתית אתר "פסיכולוגיה עברית"
Alan Baddeley, 2003, Working Memory: Looking Back and Looking Forward, Nature Reviews
Jaeggi, S. M., Buschkuehl, M., Jonides, J., & Perrig, W. J. (2008). Improving fluid intelligence with training on working memory. Proceedings of the National Academy of Sciences (online PNAS)
Sadie F. Dingfelder, (2005), A workout for working memory, APA
How We Make Memories - סרטון הסבר של Crash Course Psychology על יצירה ושליפה של זיכרונות דרך מאגרי הזיכרון השונים 
Peter Doolittle: How your "working memory" makes sense of the world - הרצאה על זיכרון עבודה של TED 
Working Memory and Learning - זיכרון עבודה ולמידה

הערות שוליים

ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה
זיכרון
למידה
מדעים קוגניטיביים
קשב
פתרון בעיות