短期記憶

短期記憶（英語：Short-term memory，也稱為primary memory或者active memory）是記憶的一種類型，它可以在頭腦中讓少量資訊保持激活狀態，在短時間內可以使用。短期記憶的持續時間（在沒有複述或者激活的情況下）以秒計算，通常在5－20秒。與長期記憶相比，短期記憶對資訊的儲存時間較短，資訊儲存的容量也很有限。關於短期記憶的容量，一個常常引用的數字是7 ± 2 個元素。

短期記憶需要和工作記憶相區別。工作記憶指的是用來臨時存儲和處理資訊的結構和過程（詳見下文）。

## 兩種記憶的單獨存儲

將記憶分為短期和長期兩種記憶的想法，可以追溯到19世紀。在1960年代發展起來的一個經典模型，假設所有的記憶都是經歷了從短期記憶到長期記憶的轉化過程，這個模型稱作記憶的情態模型（modal model），由理察·席夫林所作的表述最為著名。然而，專家們在一些問題上仍然存在爭論，例如兩種記憶之間轉化的具體機制、永久保留的記憶是全部還是一部分、以及這兩類記憶是否存在確實的區別。

短期記憶有單獨的存儲機制的證據之一，來自於順行性失憶症，它表現為無法學習新的事情。順行性遺忘症的病人在短時間內（最長達30秒）維持少量資訊的能力並沒有受影響，但是奇特的是，他們生成長期記憶的能力受到了損害。一個著名的病例就是H.M.。對這些現象的解釋是，它表明遺忘症和其他腦疾病將短期記憶區別對待。

另一些證據來自對記憶干擾的實驗研究，例如擾亂任務，像是在學習之後重複地要求從一個大數減去一個小整數，參見布朗-彼得森實驗。這樣的實驗顯示，近期學習的單詞表（據信是由短期記憶存儲）中會有3到5個詞的記憶受到損害；而其他的干擾手段，例如使用詞義近似的幾個詞，僅僅會影響到早先記憶下的單詞表，而不會影響到剛剛記下的單詞表。這個結果顯示，不同的因素會影響到不同的記憶的喚起，短期記憶受練習後的干擾影響，而長期記憶受近義詞的影響。綜上所述，這些發現說明長期記憶和短期記憶可以獨立地分別受到改變。

並非所有的研究者們都相信長期記憶和短期記憶是兩個不同的系統。有的理論家支持，所有時間尺度的記憶，從毫秒到年，都屬於單一系統。單一記憶系統假設的證據，來源於長期記憶和短期記憶的邊界並不明確的事實。例如，Tarnow指出，「喚起記憶機率/記憶潛伏期」的曲線，從6到600秒（10分鐘）都是直線。如果在這個區間內真的存在兩種不同的記憶儲存方式，那麼預想應該觀察到這條曲線的不連續。另一些研究指出，剛剛學習之後的喚起誤差曲線（依賴短期記憶）和學習24小時之後的喚起誤差曲線（依賴長期記憶）看起來非常相似。

不支持短期記憶存儲的更多證據，來自包含連續擾亂任務的實驗。1974年，Robert Bjork 和 William B. Whitten 給被試展示一些單詞對以供記憶，在每一對單詞之前和之後，被試需要做12秒的簡單乘法。最後的一對詞展示完之後，被試需要做20秒的乘法擾亂任務。Bjork 和 Whitten 發現結果中的近因效應（最後一組元素被喚起的機率會提高）和首位效應（第一組元素被喚起的機率會提高）仍然存在。這個結果不支持這樣的看法：短期記憶在緩存中占據一些單詞對的位置，從而減弱了長期記憶中的維持能力。Bjork 和 Whitten 假定，這些結果應該歸於記憶過程中長期記憶與短期記憶的喚起之間的衝突。

Ovid J.L. Tzeng (1973) 也發現了自由回憶中的近因效應似乎並非由於短期記憶存儲功能引起。他們在實驗中向被試展示4個學習周期，每個周期10個單詞表，伴隨著連續的擾亂任務（20秒周期的倒數）。在每個列表結束後，參與者可以自由回憶列表中的單詞，越多越好。第四個列表的自由回憶結束之後，要求參與者們自由回憶全部四個列表中的單詞。中途的自由回憶和最後的自由回憶都表現出近因效應。這個結果和短期記憶模型所預言的不一致，該模型預言近因效應在中途和最後的自由回憶中都不會出現。

Koppenaal 和 Glanzer (1990) 試圖將這個現象解釋為被試對擾亂任務的適應，從而使得他們保留短期記憶存儲中的一部分功能。作為證明，他們進行了自己的實驗，在實驗中最後出現一個擾亂資訊，而不是之前就出現（比如心算任務和讀詞任務），結果長程近因效應消失了。Thapar 和 Greene 挑戰了這一理論。在他們的一個實驗中，被試在每一次學習之後施以不同的擾亂任務，按照Koppenaal 和 Glanzer 的理論，不應該出現近因效應，因為被試沒有時間去適應這些擾亂。但是他們在實驗中還是保持著近因效應。

關於近因效應在連續的擾亂條件下存在，在僅有最後出現擾亂條件時卻消失，有一個解釋是過程的顯著和前後資訊的影響。按照這個模型，近因效應的原因是最後一個資訊的前後資訊和其他資訊的前後資訊相似，從而使得最後一個資訊從中間的資訊里顯得獨特。在最後出現擾亂任務時，最後一條資訊的前後資訊不再和其他資訊的前後資訊類似。同時，喚起回憶的提示不再和沒有擾亂任務一樣有效。所以，近因效應減弱或者消失。但是，擾亂任務如果放置在所有資訊中間，那麼近因效應就會恢復，因為所有資訊又有了類似的前後資訊。

## 生物學基礎

### 短期記憶的突觸理論

許多研究者假設，短期記憶使用遞質耗盡原理（transmitter depletion）來編碼刺激. 根據這個假說，當一個刺激激活腦部某些區域的神經元，這些神經元的空間分布形成某個圖樣，神經元的激活會耗盡它們儲存的神經遞質，於是遞質耗盡的神經元將刺激激活的圖樣固定下來，成為記憶的痕跡。記憶的痕跡會慢慢消失，因為神經遞質的補充機制會使得這些神經元的遞質恢復到刺激之前的水平。

## 和工作記憶的關係

短期記憶和工作記憶的關係在不同理論中有不同的描述，但是共識是這兩個概念是不同的。工作記憶是一個理論性的框架，是用來臨時存儲和處理資訊的結構和過程。所以，工作記憶也可以稱為「工作注意」。工作記憶和注意共同在思維過程中扮演了重要角色。而短期記憶主要指的是短期存儲資訊的理論性神經行為，並不需要組織和改變資訊。雖然有一些工作記憶的模型使用到了短期記憶，但是短期記憶的概念還是和這些更接近假設的概念相區別的。在阿蘭·巴德利1986年提出的頗具影響力的工作記憶模型中，有兩種短期記憶存儲機制：語音環路（phonological loop）和視空間畫板（visuospatial sketchpad）。大多數研究者都傾向於使用語音環路，因為大部分研究中使用的是語言材料。然而自1990年代以來，視覺短期記憶的研究有了大幅增長，所以使用視空間模型的短期記憶研究工作也增加了。

## 短期記憶的持續時間

短期記憶最重要的特徵是資訊保持時間相當有限。在未經複述的條件下，大部分資訊在短期記憶中保持的時間很短，通常在5－20秒，最長不超過1分鐘。短期記憶有時也被稱為電話號碼式記憶，如同人們查到電話號碼後立刻撥號，通完了話，號碼也就隨即忘掉。

短期記憶的持續時間有限，如果沒有某種記憶復誦，大約能有18秒。這表明短期記憶自身就包含了隨時間的快速衰減。衰減的前提是許多短期記憶模型的一部分，最著名的就是巴德利工作記憶模型。短期記憶的衰減通常和快速內隱複述（covert rehearsal）的想法同時出現：如果想要將進入短期記憶的資訊長期保持，必須對這些資訊進行複述——可以大聲進行，也可以是無聲的——通過內在言語形式進行。通過這種方式，資訊將重新進入短期記憶，保留到下一個階段。

然而，一些研究者認為衰減機制在短時間內的遺忘中所起的作用並不重要，現有證據還不足以得出結論。一些人懷疑衰減造成短期記憶的遺忘機制，屬於某種干擾的變體：當一些元素（例如數字、詞語或者圖片）同時進入短期記憶，它們會在回憶喚起時互相競爭，或者互相減弱。同時，新的內容會替換掉舊的內容，除非舊的內容因為複述或者受到注意而保持活躍。

## 短期記憶的容量

眾所周知，我們在短時間內所能吸收的新資訊的量存在一個上限，這是另一與短期記憶迅速遺忘有關的要素。這個上限就是短期記憶的容量限制，該容量限制常常被稱為記憶廣度。在記憶廣度的測試中，實驗者會展示一系列長度逐漸增加的對象（數字或者詞），個體的記憶廣度定義為他/她所能至少正確複述一半的最長資訊長度。

短期記憶的容量非常有限。1956年，美國心理學家喬治·A·米勒發表了一篇題為《神奇的數字：7±2——我們資訊加工能力的局限》的論文，是早期非常有影響力的論文。他根據複述3至12位隨機排列數字表的實驗結果，發現資訊一次呈現後，被試能回憶的最大數量——短時記憶的容量一般為7±2個單元。幼兒的記憶廣度更為有限，通常是4±1個單元。中國學者測定的短時記憶廣度是：無關聯的漢字一次能記住6個，十進位數字為7個，線條排列為5個。最近的研究表明，這個神奇數字7，對於大學生回憶數字表的任務來說是差不多準確的，但是記憶廣度隨著測試人群和材料的不同變化很大。例如，對詞語的記憶喚起能力，就取決於詞語的許多特性：如果詞語讀出的時間較長，那麼能回憶起的詞就會減少，這被稱為「詞長效應」（word-length effect）。如果詞的語音之間比較類似，回憶起的詞也會減少，這被稱為「語音相似性效應」（phonological similarity effect）。如果詞語之間高度近似，或者都是常用詞，那麼回憶起的詞會增多。如果所有的詞都是來自同一個語義類別（例如遊戲類），回憶的效果也比從各種類別中選出的詞要好。

記憶廣度還與識記材料的性質及人們對材料的編碼加工程度有關。若識記的材料是有意義、有聯繫、為人們所熟悉的，記憶廣度將會增加。從已知的證據來看，對於短期記憶容量的最好估計是，大約4「個」或者「塊」資訊。相反地，自由回憶中顯示並無一個「量化的」極限，而是記憶能力隨時間而減退。

### 複述

複述是通過在內心重複資訊，從而使它保持在短期記憶中的過程。隨著每一次重複資訊，它會再次進入短期記憶，可以額外保持10-20秒（短期記憶的平均存儲時間）。

### 組塊

組塊（Chunking）過程可以擴大人的短期記憶容量，它也是人將材料組織成有意義的分組的過程。所謂組塊是指將若干較小單位聯合成熟悉的、較大的單位的資訊加工，也指這樣組成的單位。一個塊可以是一個數字、一個字母，也可以是一個單詞、詞組，還可以是一個短語。它所包含的資訊可多可少，通常受主體原有知識經驗的影響。例如，18個二進位數字序列101000100111001110如果將兩個二進位數編為一個十進位的數，如10編為2，00編為0，01編為1，很快便把這18個數再編碼為十進位的9個塊，即220213032，若按4：1，每4個二進位的數編為1個十進位的數，1010編為10，0010編為2，0111編為7，0011編為3，那麼上述18個數就編成4～5塊，都能處於短時記憶容量之中。對於不熟悉二進位與十進位互換的人來說，同時記住這18個數是不可能的。組塊化過程可從兩方面進行：一是把時間和空間非常接近的單個項目組合起來，使之成為一個較大的塊；二是利用一定的知識經驗把單個項目組成有意義的塊。要想擴大短時記憶的容量就必須對材料進行加工和組塊。雖然人的短期記憶平均只能記住4個單位，但是組塊可以大大增加回憶起資訊的機率。

訓練中使用現有長期記憶中的資訊，可以使得組塊的能力額外增強。在一個測試中，一個美國越野跑選手可以在一次聆聽之後回憶起79個數字的字串，他將數字分組塊為不同的跑步時間（例如開始的4個數字1518，是跑三英里的時間）。

## 可能損害短期記憶的因素

記憶衰退是衰老中的自然過程。有研究調查了老年人是否會發生短期記憶能力的減退，分析了法國人的關於三種短期記憶任務（語言、視覺和空間）的標準數據，在55-85歲的參與者中發現了記憶的損害。

### 阿茲海默症

阿茲海默症引起的記憶失調在老年人當中很常見。將輕度到中度阿茲海默症患者的表現，和同年齡的健康人相比較，研究者得出結論，阿茲海默症患者存在短期記憶喚起的衰退。情節記憶和敘述能力在阿茲海默症早期就會受到損害。雖然認知系統是互相廣泛連接和相互作用的神經元網路，但是仍然有研究者假設，刺激詞彙語義能力可能會從語義上幫助建立情節記憶。他們發現，使用詞彙語義刺激的治療可能改善阿茲海默症患者的情節記憶。這也可能提供臨床意見以對抗該病的退行性症狀。

### 失語症

失語症在老年人中也很常見。失語症會造成許多語句理解的困難。許多語言障礙病人常常抱怨自己記憶受損，也有很多病人的家庭成員證實，病人在回憶之前已知的名字和事件時會發生困難。許多研究證實，許多失語病人在完成需要視覺記憶的任務時會發生障礙。

### 精神分裂症

精神分裂症患者的核心症狀和認知缺失有關。造成認知缺失的一個被忽視的因素是對時間的理解。一個研究的結果證實了精神分裂患者主要的缺失是因為認知失調，他們對時間資訊理解的效率降低。

### 高齡

年老和情節記憶的衰退相關。和年齡相關的記憶衰退，表現為難以將事件的記憶和單位結合起來。有早先的研究使用混合積木測試來檢驗老年人的短期記憶衰退，發現了和年老有關聯的記憶減退。該研究和許多較早的研究，都為老年人的短期記憶減退提供著證據。

即使沒有神經疾病和病症，老年人仍然會經歷逐步的智力能力損失。有許多測試可以用來評估老年人的心理物理學狀況，其中應用範圍較廣的有功能性前伸測試（functional reach test，FR）和簡短智能測驗（MMSE）。功能性前伸測試包括一系列保持平衡的任務，可以發現身體運動能力的損害；而MMSE包括許多智力測試題，可以發現認知能力的損害。

### PTSD

創傷後心理壓力緊張綜合症（PTSD）會改變人對情感相關資訊的處理，會強烈改變與創傷相關的資訊的注意，也會干擾認知過程。不考慮個體創傷的特別性，許多種類的認知損害都和PTSD有關，表現為注意力和語言記憶的缺失。

### 短期記憶與智力

關於短期記憶與智力和PTSD的關係的研究很少。然而，研究表明PTSD患者在本頓視覺保持測試（BVRT）中表現出短期非語言記憶的損害，然而在瑞文氏標準推理測驗（RSPM）中表現正常，說明是記憶的損害影響了患者的智力。

## 短期記憶與長期記憶

短期記憶中的資訊保持的時間很短，容量有限，這時如果插入新的識記活動，資訊超出容量，或者未加複述，資訊都會很快衰退被遺忘，而且無法恢復。但是如果加以複述，可以使即將消失的微弱資訊重新強化，變得清晰、穩定，再經精細複述可轉入長期記憶中加以保持。因此，複述是使短期記憶的資訊轉入長期記憶的關鍵。

## 參見

- 相關概念工作記憶
- 對比長期記憶和中期記憶
- 映象記憶
- 視覺短期記憶
- 前額葉皮質中的注意力與記憶
- 電影《Memento》
- 電影《初戀50次》
- 電影《未知死亡》
- 亨利·莫萊森
- 《火星上的人類學家》中的最後的嬉皮士，病史
- 克萊夫·韋爾林
- 電腦中的「短期記憶」：隨機存取存儲器

## 參考

### 文獻

- Lehrl, S., & Fischer, B. (1988) The basic parameters of human information processing: their role in the determination of intelligence. Personality and individual Differences, 9, pp. 883–896.
- ( pdf )
- Schacter, D. L. (1997): Searching for Memory: The Brain, the Mind, and the Past. ISBN 978-0-465-07552-2.
- Tarnow, Eugen (2005) The Short Term Memory Structure In State-Of-The Art Recall/Recognition Experiments of Rubin, Hinton and Wentzel , Cognitive Neurodynamics.
- Tarnow, Eugen (2007) Response probability and latency: a straight line, an operational definition of meaning and the structure of short term memory
- Tarnow, Eugen (2008) Short Term Memory May Be the Depletion of the Readily Releasable Pool of Presynaptic Neurotransmitter Vesicles , Cognitive Neurodynamics.
- Tarnow, Eugen (2009) The Atkinson–Shiffrin model is wrongGeneral