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在20世纪70年代初期，研究人员开始从事研究，以理解国际象棋大师怎么做到如此准确地记住棋子位置。最早的研究由我的导师赫伯特·西蒙（Herbert Simon）与比尔·蔡斯合作完成，后者和我共同进行了史蒂夫·法隆的记忆数字研究。
我们已经知道，对国际象棋大师来讲，对手每下出一步棋，只有短短几秒钟的时间来研究棋盘，因此，他们将准确地记住大多数棋子在棋盘上的位置，而且能够近乎完美地重新确定棋盘上最重要的区域。这种能力，似乎否定了众所周知的短时记忆的局限。相反，刚刚开始下国际象棋的人，只能记住几个棋子的位置，没有能力去重新配备棋盘上的棋子。
赫伯特和比尔提出了一个简单的问题：国际象棋大师究竟是能够回忆每个棋子的位置，还是实际上只能记住当时的整个棋局，而把单个棋子的位置作为更大整体中的一部分而记住的呢？为了回答这个问题，赫伯特和比尔做了一个简单而有效的实验。他们摆好两个棋盘，对国家级的国际象棋棋手（即国际象棋大师）、水平中等的棋手以及新手进行了测试。在其中的一个棋盘上，摆出一盘别人真正下出来的棋局，在另一个棋盘上，只是较为混乱地摆放了一些棋子，根本谈不上是一盘棋。
当国际象棋大师看到别人真正下出来的棋局的10多个或者20多个棋子时，经过5分钟的研究，能够记住大约2/3棋子的位置，但新手却只能记住大约4个棋子，水平中等的棋手，则介于这两类人之间。而当他们全都看到随意摆放棋子的棋盘时，新手的表现某种程度上还是差一些，只能准确说出2个棋子的位置。这是意料之中的事情。不过，令人惊讶的是，无论是水平中等的棋手还是优秀的大师，在记住棋盘上随便乱摆的棋子的位置方面，并不比新手表现得优秀。他们也只能记住两三个棋子的位置。此时，经验丰富的棋手的优势不见了。科学家最近对一大批国际象棋棋手进行的研究，也得出了同样的成果。
在语言的记忆中，也存在一些十分类似的现象。如果你让某个人回忆一个句子，但句子中的词语全都打乱了顺序，要让他从第一个单词开始记住，比如“前面的、以至于、肚子、花生、他的、咕咕叫了、太香了、他、那个女人、在吃、起来、不由得、花生”，普通人只能记住这些单词中的前六个词。不过，如果你把这些词语组成一个完整的、表达清晰意义的句子，比如“他前面的那个女人在吃花生，花生太香了，以至于他的肚子不由得咕咕叫了起来”，那么，某些成年人会以完美的次序记住所有单词，而且，大多数人记得句子中的大部分内容。差别在哪里？第二种排序是带有含义的，使我们能够运用预先存在的“心理表征”来解释单词。在第二种排序中，单词并不是随机的，它们有意义，而那些意义可以辅助我们记忆。同样，国际象棋大师并没有培养令人不可思议的记忆力，来记住棋盘上单个的棋子；相反，他们的记忆是取决于背景的，也就是说，只针对那些在正常棋局中出现的棋子位置进行记忆。
这种辨别和记住有意义图案的能力，源于国际象棋大师提高棋艺的方式。任何一位真心想提高国际象棋水平的人，通常会花无数个小时的时间来研究大师下过的棋局，也就是我们说的“打谱”。深入分析棋子的位置，预测下一步招法，如果猜错了，回头再想一想自己到底漏算了什么。研究表明，用来进行这种分析所花的时间，而不是与其他对手对弈时所花的时间，是对国际象棋棋手水平高低的唯一最重要的指示符。这样的训练通常要花十年之久，才能达到大师级的水平。
这么多年的训练，使得国际象棋棋手只需看一眼，就能辨别出棋子的规律，不仅是它们的位置，而且包括它们之间的相互关系。棋子俨然成了他们的老朋友。比尔·蔡斯和赫伯特·西蒙称这些规律为“数据块”，棋手已经把这些数据块保存到他们的长时记忆之中了，这很重要。
西蒙估计，到一位棋手训练成国际象棋大师的时候，他已经积累了5万个这样的“数据块”了。研究国际象棋的大师已经在其他棋局中见过大量的这种“数据块”，它们相互之间有关联。研究表明，这些“数据块”是按层级整理的，低水平的构成一组，中等水平的构成一组，高水平的又构成另一组。这种层级类似于公司或者其他大型机构中的组织结构，个人隶属于团队，团队隶属于部门，部门隶属于公司等，高层次的组更抽象，而且，距离采取真正行动的最底层也较远。（在国际象棋这个例子中，可以这样来想：越是复杂的棋局，调动的子力也越多，子力之间的相互配合也越复杂；越是简单的棋局，调动的子力也越少，子力之间的相互配合也越简单。）
国际象棋大师处理和解释棋子位置的方式，就是心理表征的一个例子。这是他们“看到”棋盘的方式，而且，新手与大师相比，尽管看到的是同一个棋盘，理解却全然不同。当他们在心理上观察棋盘上的局势时，问他们看到了什么，大师不会说他们看到的棋盘上的实际棋子，不会只按照某种对棋子位置进行“照相式记忆”的方式来理解棋盘上的局势。这些是“低级”的表征。相反，他们的描述模糊得多，通常会说出一些“攻击线路”以及“运子”之类的术语。这种表征的关键在于，它们使得棋手能将棋盘上棋子的位置进行编码，而且，编码方式比只是简单地记住棋子到底位于哪个方格之中有效得多。这种有效编码，就是源于大师能够只看一眼棋盘，便可记住大多数棋子的位置，特别是能够和挑战者下盲棋。
这些表征，还有另外两个特点值得一提，因为它们是我们探索更广泛的心理表征世界时会一而再再而三出现的主题。
第一，心理表征不只是对棋子位置的编码那么简单。它们使得国际象棋大师看到正在进行中的棋局时，马上便能感到哪一方占优势，棋局会朝哪个方向发展，以及下一步或更多步的招法是什么。这是因为表征除了记住棋子的位置以及它们之间的相互关系之外，还包括记住两位棋手在棋盘上各种优势与劣势，以及在那种局面下可能有效的招法。清晰地将大师与新手或中等水平棋手区分开来的因素是，大师第一次研究棋局时，便能想出精妙得多的招法。
这些心理表征第二个值得一提的特点是：尽管国际象棋大师最初会根据普通的规律来分析棋子的位置（而且在和水平不太高的对手下棋时已经足以应对了），但是这种表征还使得大师将注意力集中在单个的棋子上，并且从心理上“移动”它们，以观察那些下法会怎样改变棋局。因此，大师可以迅速而详尽地研究可能的一连串招法和对手的应对方式，寻找能争取最大获胜可能性的特定招法。
简单地讲，一方面，心理表征使大师着眼于全局来观察，看到“一片森林”，这是新手无法做到的；另一方面，心理表征还使大师可以在必要时把注意力集中在具体的招法上，观察“一棵树”。