工作记忆训练对流体智力的影响的研究评述

一、 引言

近年来，在智力研究领域中，研究者开始从基本认知能力或者信息加工过程的角度来描述智力的认知基础，其中较为突出的即是对工作记忆和一般流体智力关系的研究。工作记忆训练能否提高个体的流体智力，这一问题正在得到越来越多研究着的关注。研究工作记忆训练对流体智力的影响不仅可以使我们更深入的了解工作记忆和流体智力的内在机制和关系，还具有非常重要的现实应用价值。不论对正常儿童或发育迟缓的儿童来说，通过训练工作记忆改善他们的流体智力水平，提高或改善已有的记忆、注意能力，从而进步提高他们的学业表现，都有重要的教育意义。此外研究工作记忆训练对流体智力的影响还具有重要的临床意义，如对智障患者，注意缺陷患者的临床干预。

二、工作记忆训练

（一）工作记忆的概念及成分

工作记忆（working memory，WM）是一种对信息进行暂时加工和贮存的能量有限的记忆系统，是对加工任务必要成分的短时、特殊聚焦，在许多复杂认知活动（如学习、理解和推理）中起着重要作用。Baddeley提出工作记忆的模型，认为工作记忆主要有三个部分，视空间模板、语音环路、中央执行系统。其中中央执行系统主要有三大功能:刷新功能、抑制功能，转换功能。(l)转换功能，转换功能是指对工作记忆中竞争同一认知资源的两项或多项任务之间相互转换控制的能力。 (2)抑制功能强调积极有意的对优势反应的抑制，主要防止与任务目标无关信息的进入或与目标情境不适合的优势反应的进入。 (3)刷新功能，刷新能力是指对新进入工作记忆中的信息进行编码与监控，并根据当前的相关认知任务对WM中的内容进行持续修正的能力。大量的研究表明: 工作记忆在个体的认知行为中起了不可替代的作用, 已经被看作是个体在复杂认知行为中表现差异的重要的甚至是核心的因素。

（二）工作记忆训练研究

研究表明个体的工作记忆是可以通过训练提高的。而且这种训练在很多人群中都是有效果的，包括正常成人和儿童，老人(Craik et al. 2007)，精神分裂症患者(Kurtz et al. 2007)，尤其是低工作记忆容量的发展中的儿童(Holmes et al. 2009)，有注意缺陷的儿童(ADHD; Klingberg et al. 2005)，颅脑受伤的儿童(Van’t Hooft et al. 2007)和轻度至边缘智障青少年(Molen et al.2010)。， 以往研究表明，通过工作记忆训练使得工作记忆能力提高, 都与中央执行系统有关，而中央执行系统在高级认知活动中起着至关重要的作用。

（三）工作记忆训练的方法

工作记忆的训练的方法主要有：视觉空间工作记忆任务、数字广度任务、词语广度任务、选择反应时等工作记忆训练任务;复述等策略训练任务;n一back任务训练等。

（四）工作记忆训练的神经机制

来自认知神经科学的研究发现，工作记忆的训练可以增强额中回和额下回（与工作记忆相关的脑区）的激活程度。McNab 等人(2009) 对工作记忆进行训练, 提高了工作记忆能力并认为这与大脑皮层多巴胺D1 受体密度的改变有关。多巴胺DI 受体系统的可塑性, 表明了记忆活动与大脑生物化学机制之间的相互作用。研究表明，前额叶在工作记忆中的作用相当复杂, 包括对记忆信息的注意和抑制、管理、整合等功能, 被认为与中央执行系统有关(Smith & Jonides, 1999; 刘昌, 2002)。而Westerberg 等人(2007)的研究结果证明, 对于工作记忆的训练, 实质上是针对工作记忆中央执行系统的训练, 训练任务增强了与中央执行系统有关脑区—前额叶的激活。

 

 

三、流体智力

（一）流体智力的概念

流体智力( fluid intelligence ) 指个体在解决新颖、抽象问题时表现出来的能力，在解决问题中较少用到己有的经验、知识、技巧。一般认为流体智力则更多的受先天遗传素质的影响，随着个体发展的成熟而提高，一般在20多岁达到发展的顶峰，之后会呈下降的趋势。流体智力的核心成分是推理能力。由于流体智力在g 因素上的负荷最高( Keith ＆Wolfle，1 995) ，研究者通常将两者统合起来，称之为一般流体智力( general fluid intelligence，Gf) 。

（二）流体智力的测量方法

流体智力的测量方法有很多。一般认为能很好地测量流体智力的任务是具有较少的学校或文化内容，比如知觉图形任务、关于普通、熟悉单词的言语任务;在测量流体智力的项目次序效应的研究中，对于流体智力的测量使用了三种非言语的问题解决测验，这三种测验原是用来测试序列推理、分类、归纳推理的 (Berit Carlstedt，Jan一 Eric Gustafsson， Eva Ullstadius，2000);不依赖于已有知识的认知测验可以较好测试流体智力，比如标准瑞文推理测验和卡特尔的文化公平测验 (Kun Yuan， Jeffrey Steedle， Riehard Shavelson，Alieia Alonzo， Marily Oppezzo，2006);Jaeggi等人2008年在工作记忆的训练可以提高流体智力的研究中也对流体智力进行了测量，其中4个训练组涉及到了2种测验，一种是瑞文进步矩阵，采用的是奇偶法，另一种是Bochumer矩阵测验使用了AB两个版本  (Jaeggi et al，2008)

四、工作记忆与流体智力的关系研究

工作记忆与智力的关系一直是工作记忆研究领域一个颇具争议的问题。大多数学者认为他们是密切联系的但是不同的(Kun Yuanetal，2006)。工作记忆与流体智力可能共享某些变量或是心理过程，但说法不一致，有研究用注意控制来解释二者间的联系 (Nash.L.Jnsworth， Randall.W.Engle， 2005:Jaeggi et al，2008);还有认为工作记忆与智力共享同一个有限的容量(Halford，Cowan，Andrews，2007;Jaeggi et al，2008)。

来自神经心理学方面的证据表明，工作记忆的中央执行系统和一般流体智力在大脑前额区存在重叠, 而且工作记忆中央执行系统中的更新功能与前额皮层联系密切(Kane & Engle, 2002;Collette & Vander Linden, 2002; 党彩萍, 刘昌,2009)。Jaeggi等（2008）的研究证明对工作记忆的中央执行系统刷新功能的训练提高了个体的流体智力水平。

大量研究发现工作记忆是一般流体智力的重要预测因子( Kane，Hambrick，＆ Conway，2005; Kyllonen＆ Christal，1990; Oberauer，Schulze，Wilhelm，＆Suess，2005) 。Kane 等( 2005 )对公开发表的10 项相关研究重新分析，发现工作记忆与一般流体智力共享约50% 的变异。有关儿童的研究也支持了这一结论( Fry ＆ Hale，1996; Liu，2004; Swanson，2008)。儿童群体的研究发现，儿童的工作记忆成分可以预测智力(Tillman， Lilianne Nybe， Ounilla Bohlin，2007)，Abreu等人研究了幼儿的工作记忆是如何与流体智力相关的，数据表明，工作记忆、短时记忆与流体智力都有密切的联系，幼儿的认知控制机制而不是存储成分是与流体智力密切相关的来源  (Engelde Abreu，Conway&Gatllercole，2010)。与年龄相关的工作记忆的提高是影响流体智力的主要原因，与工作记忆加工速度的提高有很大关系(Fry,Sandra Hale，2000)。另有一些研究表明，工作记忆的中央执行系统与流体智力关系密切(Conway, Cowan, Bunting, Therriault, &Minkoff, 2002; Kane, Hambrick, & Conway, 2005)。

五、工作记忆训练对流体智力影响的相关研究

可以看出，研究者对工作记忆和流体智力的关系已经进行了大量研究，证实了二者之间的相关性。因此，一些研究者开始采用实验的方法来研究工作记忆训练对流体智力的影响。Klingberg 等人在2002 年的研究中, 采用了一种新的工作记忆训练任务对7 名多动症儿童的工作记忆进行了训练. 这些训练包括视觉空间工作记忆任务(visuo-spatial WMtask)、数字广度任务(Backwards digit-span)、词语广度任务(letter-span task)和选择反应时任务(choice reaction time task)等, 训练时间为每天20 min,一周训练4-6 d, 训练20 d. 研究结果显示, 工作记忆训练提高了多动症儿童的工作记忆能力, 缓解了多动症儿童的临床症状. 同时, 研究发现, 工作记忆训练还显著提高了多动症儿童智力测试的成绩. Jaeggi 等人(2008)的研究采用“n-back”任务对成人个体的工作记忆进行训练, 接受工作记忆训练的被试被随机分为四组, 分别接受为期8 天、12 天、17 天以及19 天的训练, 训练前和训练后被试均接受智力测试。研究结果发现, 与控制组相比,实验组的智力水平得到显著提高, 而且, 训练的时间越长、智力水平提高越多。同年，伯尔尼大学的Robert J&Sternberg重复了上述实验，验证了Jaeggi等的研究结果。同时这项研究也招到了一些研究者的质疑，Sternberg (2008)和Moody (2009)对研究的内部效度、外推效度以及研究信度等方面提出了异议。如不同训练组用了不同的问卷来测量流体智力，并末说明改变的理由，测验过程中限制了被试的作答时间，只有10分钟，对此给出了不合理的解释，可能限制了被试在测验中学习并提高的机会；实验中只采用“n-back”任务对工作记忆进行训练,没有考察其他任务训练的效果；对于流体智力测试, 研究中采用的标准的智力测试——瑞文推力测试能否真正代表个体的智力水平，是否应该采用多重指标；研究中没有考虑到安慰剂效应； 增加研究结果的可信度; 研究的样本容量太少, 影响了研究结果的外推效度等等。

Coloma等2010年做了进一步研究发现，短时记忆、空间记忆任务组被试与注意、加工速度任务两组被试的智力表现，结果智力测验上后测比前测分数高，但是两组被试在智力上的表现无显著差异。

仲崇建（2011）认为在Jaeggi等的研究中双通道任务需要被试的高度注意，可能是任务对被试的注意能力的提高而提高了其流体智力，同时双n一back任务需要同时耗费大量的认知资源，可能是因为这种高强度的任务训练带来了流体智力的提高。因此他以五年级儿童为被试设计了三种任务单通道n-back任务，双通道n-back任务和单纯的双通道注意任务。研究发现，双通道n-back任务的训练对提高流体智力效果最好;训练组流体智力、工作记忆广度的提高明显好于控制组，儿童被试在工作记忆和注意任务上的任务表现随着训练量的增加呈线性趋势增长，但是没有发现训练量的显著作用。

为了消除实验者效应，赵鑫等人（2010）通过双盲对照实验设计, 采用活动记忆范式对9-11 岁儿童的工作记忆刷新能力进行训练.同时让控制组做与工作记忆训练无关的电脑游戏，以消除安慰剂效应。 研究结果发现, 通过工作记忆刷新能力的训练, 儿童的流体智力得到显著提高，而这一流体智力的提高与工作记忆中央执行功能的改善。

Perrig等 (2009)根据以往工作记忆训练提升流体智力的研究提出可以通过训练特殊的工作记忆任务来提高有智力缺陷的人的流体智力。

Light等(2010)对基因异质的老鼠进行工作记忆训练，发现它们在一个类似智力的认知能力任务中的成绩显著提高。

Matzel(2010)对老鼠进行了工作记忆训练，发现受过训练的老鼠在接下来的很多认知任务中要比没有接受训练的控制组老鼠表现要好，但是有时没有达到显著水平，但是在总体表现上，进行因素分析，对比因素得分发现，训练效应还是非常显著的。

这些研究从不同角度对工作记忆训练进行了研究，工作记忆的训练一定程度上可以提高被试的行为表现，训练效应可能会前移到没训练过的工作记忆或推理任务中去，伴随工作记忆训练带来的行为变化，还会出现脑电上的一些额叶、顶部皮质的激活情况的变化。由于工作记忆训练方式的多样，需要根据具体的实验目的来选择适当的训练方法。

六、现有研究不足及展望

目前对工作记忆训练来提升流体的智力的研究还非常少，但是目前对工作记忆训练研究的结果还是比较鼓舞人心的，现有研究已经为我们开创了一个良好的开端。研究者们设计了非常巧妙的实验来训练个体的工作记忆。但是我们也应看到现有研究中还有很多不足。

首先，现有通过工作记忆训练来提高流体智力的研究中对于工作记忆的训练的内容和方法还是比较单一的。现有的研究只是采用单一的n-back任务或活动记忆范式来训练工作记忆，这些方法只是训练了工作记忆的中央执行系统中的刷新能力，而中央执行系统又有着复杂的结构功能，因此未来我们可以通过设计实验来比较单独用n-back任务训练和单独训练中央执行系统的各个功能以及和同时训练中央执行系统的抑制功能、转换功能和刷新功能对流体智力的影响的差异。因为中央执行系统的不同功能涉及的脑区也是不同的，因此我们还可以通过神经成像技术，更详细的探讨对工作记忆不同成分的训练对流体智力的影响的深层机制。

其次，根据工作记忆的执行性注意理论，对工作记忆的测量和对更复杂的认知行为的测量，如瑞文推理测验都需要自上而下的认知控制机制，如选择性注意和更高级的认知控制。研究表明增加工作记忆任务中的认知控制要求会增大工作记忆和流体智力的相关性。(Gray et al.2003,Kane et al.2007, Bunting et al.2006).这是否表明工作记忆和流体智力之间的相关依赖于所使用的任务，而且两者之间有着共同的认知机制。

此外，现有研究中对于流体智力的测量只是单一的采用瑞文智力测验，今后可以综合采用测量流体智力智力的方法。

最后，对人和动物的研究中都没有考察这种工作记忆训练对流体智力的长期影响，因为这种流体智力的提高可能只是短暂的练习效应。今后我们可以进行后续追踪研究，考察工作记忆训练在一周或一个月之后流体智力的变化情况。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

参考文献

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