巴德利工作记忆模型

巴德利工作记忆模型（英文：Baddeley's model of working memory）是艾伦·巴德利（Alan Baddeley）和格雷厄姆·希奇（Graham Hitch）在1974年提出的工作记忆模型，试图呈现更准确的初级记忆模型（通常称为短期记忆）。工作记忆将初级记忆分成多个元件，而不是单个统一构造。

## 历史

巴德利和希奇在1968年提出工作记忆模型，由三个元件组成，目的是为了取代由理查德·艾金生（Richard C. Atkinson）和理查德·谢扶润（Richard Shiffrin）提出的艾金生–谢扶润记忆模型之中的“短期记忆”。后来巴德利和其他同事扩展了这个模型，增加了第四个元件，并成为工作记忆领域的主流观点。然而，有其他的替代模型正在开发中（参见工作记忆），为工作记忆系统提供了不同的观点。

巴德利和希奇的原始模型由三个主要元件组成：“中央执行”（作为监督系统，控制着与从属系统之间的资讯流动），以及两个从属系统“语音循环”、“视觉空间写生板”。语音循环储存语言内容，视觉空间写生板储存视觉空间数据，而这两个从属系统皆仅作为短期储存中心。巴德利于2000年的时候在他的模型中加入了第三个从属系统，即“情节缓冲区”。

在巴德利和希奇的在旧模型中，区分出两个从属系统的论点来自双作业派典的实验结果。受试者会同时执行两个任务，当使用两个独立的感知区时（即视觉和口头任务）时，执行结果的效率几乎与单独执行任务一样。反之，当受试者试图使用相同感知区同时执行两个任务时，执行效率则低于单独执行任务时的效率。

经过25年之后，加入了巴德利模型的第四个元件，用以补充中央执行系统。第三个从属系统是种有限容量的系统“情节缓冲区”，借由结合从属系统资讯以及长期记忆来形成单个情节表征，从而暂时储存资讯。

## 元件

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### 中央执行(Central executive)

中央执行是个灵活的系统，负责控制和调节认知过程。它引导注意力和瞄准资讯，使工作记忆和长期记忆一起工作。可以把它认为是个监控系统，控制认知过程，确保短期记忆积极工作，并在它们误入歧途时进行干预，防止分心。

它具有以下功能：

- 更新、对输入资讯编码和替换旧资讯
- 将来自多个来源的资讯绑定到连贯的事件中
- 协调从属系统
- 在任务或提取策略之间切换
- 抑制主要反应或自动化反应
- 选择性注意

中央执行系统主要有两个系统:视觉空间写生板（visuo-spatial sketchpad）和语音循环（phonological loop）。

例如，巴德利和厄斯（Erses）使用双任务范式发现，即使单个任务的难度与他们的能力相适应，阿兹海默症患者在同时执行多个任务时的表现会减弱。两个任务包括记忆任务和追踪任务。单个动作完成得很好，但随着阿兹海默症在病人身上变得越来越显著，执行多个动作会变得越来越困难。这项研究表明，阿兹海默症患者的中央执行功能正在恶化。

最近关于执行功能的研究表明，“中央”执行并不像巴德利和希奇的模型中设想的那么核心。相反，在个体之间似乎存在独立的执行功能，这些功能在个体之间可能存在很大差异，并且可能因脑损伤选择性受损或保留。

### 语音循环

语音循环（或“发音循环”)作为处理声音或音韵资讯的整体。由两个部分组成:一种是短期音韵储存器，带有易迅速衰减的听觉记忆痕迹，另一种是发音复述元件（有时称为发音循环），可以恢复记忆痕迹。

任何听觉语言资讯都被假定自动进入语音储存。视觉呈现的语言可以透过无声的发音转换为语音代码（phonological code），从而编码到语音储存中。发音控制过程促进了这种转换。音韵储存器就像“内耳”，按时间顺序记忆语音，而发音过程就像“内在声音”，循环重复一系列单词（或其他语音元素），以防止它们衰减。尤其是在幼儿期，语音循环可能对词汇习得起著关键作用。另外，对于学习第二语言也至关重要。

五个主要发现为语音循环提供了证据:

- 语音相似性的影响: 一组听起来相似的单词表，比听起来不同的单词表更难记住。语义相似（意义相似）的影响相对较小，因此，这项发现佐证了，语言资讯在工作记忆中主要是以语音来编码的假设。
- 发音抑制的效果: 当人们被要求大声说出一些不相干的东西时，他们对口头材料的记忆就会受损。这被认为是为了阻止发音复述过程，导致记忆痕迹在语音循环衰减。
- 代码之间的资讯传递: 对于视觉呈现的项目，成年人通常会将其命名并默念，因此资讯会从视觉上转移到描述上。而发音抑制阻止了这种转移，在这种情况下，上述语音相似性的效果被消除了。
- 神经心理学的证据: 对语音短期记忆有特定缺陷的患者，可以用语音储存缺陷解释患者的行为。另外，由于发音复述过程的缺失，发展性言语障碍失语症患者无法建立发音所需的言语运动代码。
- 另一方面，对呐语症（Dysarthria）患者而言，其言语问题是次要的，他们能表现出正常的复述能力。这表明默读复述至关重要。

#### 语音短期储存的证据

几十年来，文学积累为音韵STS理论提供了强而有力的支持。在1971年的一项研究中，斯蒂芬·马迪根（Stephen Madigan）证明，在正向序列回忆中，当以听觉而非视觉的方式呈现一个列表时，近因效应效果更大。（在后向序列回忆中，效果较小。）在他的研究中，听觉呈现导致对最接近的研究项目回忆更强。凯瑟琳·彭尼（Catherine Penney）对这一发现进行了扩展，发现在自由回忆任务中也可以发现模态效应（modality effects）。在1965年，达利特（Dallett）发现在列表中加入“后缀”项（无法被回想的干扰）会大幅减少观察到的模态效应。罗伯特·格林（Robert Greene）在1987年利用这一观察发现，与视觉相比，后缀效应对列表的听觉学习（而非视觉学习）有更大的影响。这些结果都有力地支持了这个理论，即存在一个透过语音来储存近期所学的短期储存区。此外，布鲁姆（Bloom）和瓦特金斯（Watkins）发现，当后缀无法被解释为语音时，后缀效应会大大减弱，这与音韵短期储存理论相一致，因为它在很大程度上不受非语言干扰的影响。

### 视觉空间写生板

艾伦·巴德利的工作记忆理论还可以从另一方面储存短期记忆。视觉空间写生板是个可供操作的视觉资讯储存区。视觉空间写生板被认为它本身有自己的工作记忆储存区，因为它不会干扰语音循环的短期历程。在研究中发现，视觉空间写生板可以与语音循环同时工作，处理听觉和视觉刺激，而任一过程均不受其它过程影响。巴德利将短期记忆理论重新定义为工作记忆来解释这一现象。在最初的短期记忆理论中，人们认为只有一个即时资讯处理储存器，它只能在很短的时间内（有时是几秒钟的事情）储存7加减2个项目。数字广度测试（The digit-span test）是经典地定义了短期记忆的完美测量例子。从本质上讲，如果一个人不能在几分钟内，找到一种将资讯转移到长期记忆中的现有关联，来编码7加减2个项目，那么这些资讯就会丢失，并且永远不会被编码。

然而，视觉空间短期记忆可以在短时间内保留视觉和空间资讯。当这种记忆被使用时，个体能够暂时创造心像并一再重新审视，还可以在复杂的空间定位任务中操纵它。有些人的大脑区域存在差异，这是由于不同类型的脑损伤造成的。视觉空间短期记忆与暂时性记忆（如视觉感觉记忆）的区别上也可能存在误解。暂时性记忆只是一种短暂的感觉记忆。因此，由于视觉感觉记忆是感觉记忆的一种，但资讯储存的时间只有一秒钟左右。常见视觉感觉记忆的效果：个体可能记得那些看过的，但其实不在此地的东西，或者不记得在视线范围内的特定事物。记忆只是瞬间的，如果不在几秒钟内被注意到，它就会消失。

大脑中有两种不同的途径，分别控制视觉空间写生板的不同功能。写生板由“空间短期记忆”和“对象记忆”两部分组成。空间短期记忆是指，人们如何能够学习从而记住在与其他对象的比较表征中，这个对象所处的位置“在哪里”。对象记忆则是学习和记忆这个对象“是什么”的关键。这两种不同的视觉能力之间的差异，在很大程度上是能力在大脑中的通路不同所致。大脑中侦测到空间表征的视觉通路是背侧流。决定物体形状、大小、颜色和其他决定性特征的视觉通路称为腹侧流。这两种流各自独立运行，因此视觉系统可以只处理其中一种而不处理另一种（例如在脑损伤中），或同时处理两种流。这两个流彼此独立，所以如果其中一种正在运作，另一种仍然可以发送资讯。

#### Logie对视觉空间写生板的详细描述

Logie提出，视觉空间写生板可以进一步细分为两个部分:

- 视觉快取，负责储存种类和颜色相关的资讯。
- 内部抄写器，负责处理空间和运动资讯。它还会排练在视觉快取中的资讯，并将其传输给中央执行系统。

三个主要发现，为视觉空间写生板内视觉和空间部分的区别，提供了证据:

- 视觉任务和空间任务之间的干扰比两个视觉任务或两个空间任务之间的干扰要小。
- 脑损伤可以影响其中一种成分而不影响另一种。
- 脑成像结果显示，带有视觉物体的工作记忆任务主要激活左半球区域，而带有空间资讯的任务激活右半球区域更多。

### 情节缓冲区

2000年，巴德利在模型中加入了第四个元件，情节缓冲区（Episodic buffer）。这个元件是有限容量的被动系统，致力于将跨域资讯连接起来，形成具有时间顺序（或情节时间顺序）的视觉、空间和口语资讯的整合单元，例如故事或电影场景的记忆。情节缓冲区也被认为与长期记忆和语义有联系。

“它就像缓冲储存器，不仅在工作记忆的各个元件之间，而且还把工作记忆、感知和长期记忆联系起来”。巴德利假设“借由有意识地觉察，可从缓冲区中提取资讯”。情节缓冲区允许个人使用整合的资讯单元，他们已经不得不想像新的概念。因为这可能是一个“需要注意力的过程…… 缓冲区在很大程度上取决于中央执行机构”。

引入这一元件的主要动机，是因为观察到，虽然一些失忆症患者（尤其是高智商患者）可能没办法在长期记忆中编码新资讯，但他们对故事的短期记忆维持得很好，能回忆起比语音循环中所能记住的还要多出很多的资讯。“情节缓冲器似乎……能够储存已结合的特征，并让这些资讯可供有意识的觉察使用，但其本身并不负责结合的历程”。

巴德利假定“对语音循环或视觉空间写生板的有意识触接，可能是透过情节缓冲区来执行的”。这个观点是根据以下假设：视觉空间写生板和语音循环皆为次要的缓冲器，负责在各自的感觉区域内结合资讯。情节性缓冲区也可能与嗅觉和味觉有所互动。

## 生物学/神经科学

有相当多的证据显示，存在一种短暂的记忆缓冲区，其作用有别于长期记忆的储存。语音循环似乎与左半球尤其是颞叶的激活有关。视觉空间写生板则根据任务难度激活不同区域；较低强度的任务似乎激活枕叶，更复杂的任务则是激活顶叶。中央执行系统似乎位于大脑的额叶，但仍然是个未解之谜。情节性缓冲区似乎位于两个半球（双侧），额叶和颞叶都会被激活，甚至连海马回的左侧也会被激活。就遗传学而言，ROBO1基因与语音缓冲区的完整性或长度有关。

## 模型的有效性

巴德利模型的优势在于，它能够将大量的研究成果整合到短期记忆及工作记忆中。此外，从属系统的机制（特别是语音循环）激发了大量实验心理学、神经心理学、认知神经科学的研究。

然而，一些对模型的批评已经提出，例如在语音循环的部分，最初的巴德利-希奇模型很难解释包括“7加减2规则”争议在内的一些细节。

情节缓冲区被认为是有助于工作记忆模型的补充，但尚未进行广泛研究，其功能仍不清楚。