第三章
心智工作台

有时候，我们的注意力会被自动引向周围环境中的某些变化。然而对受控注意而言，需要给予某种指令才能把它投向需要的地方。如果我们想要把注意力投向并专注于某个预先设定的目标，例如人群中的某张面孔，我们在搜寻目标之前，就得先具备某种关于这个目标的记忆。我们是如何记住那些需要我们专注的东西的呢？

工作记忆

答案就是工作记忆（working memory）。这个术语指的是我们在有限的一段时间内记住信息的能力，这段时间一般来说就是几秒钟。无论从哪个角度来看，这似乎都是项非常简单的功能。然而，从控制注意力到解决逻辑问题，大量复杂的任务都以它作为至关重要的基础。考虑到工作记忆是一条贯穿本书的重要线索，我们将用这一章来详述工作记忆的概念以及它如何与其他功能相关联。

让我们再次回到琳达和她繁忙的办公环境中。假设，琳达正忙着在她那零乱的第一层抽屉中找一枚图章，那么首先她必须把要找的东西保存在工作记忆里。在这个疏于整理的抽屉里，各种物品都在竞争着她的注意力；在她大脑的视觉脑区里，神经元也在为被激活而竞争着。因此，她必须控制她的注意力。也许是因为这一团糟的环境让她心烦意乱，她关上了抽屉开始做其他事情。结果，2秒钟之后，她已经不记得为什么要关上抽屉或那个图章在什么地方了。那条让自己去找图章的指令已经从她的工作记忆中消失了。

总监助理给了你一个必须记住的电话号码，在找到一张纸和一支好用的笔之前，你可调用的就是你的工作记忆。在这个例子中，你要记住的是文字信息，通常我们会通过反复默念来记住。下国际象棋则是另一种情况，此时我们要留在工作记忆中的是视觉信息：“如果我把马走到那儿，他就会用象吃掉，但那样的话我就会用后把象吃掉。”这里我们其实是在脑海中运行某种视觉模拟，我们的工作记忆需要记住每一步模拟的行动。

尽管早在20世纪60年代，神经学家普里布拉姆（Karl Pribram）就已经使用了“工作记忆”这个术语，然而直到20世纪70年代心理学家巴德利（Alan Baddeley）才给出其最常用的定义，他也因此受到后世更多的赞誉。巴德利为工作记忆设定了3个组成部分：一个负责储存视觉信息，称为视觉空间模板（visuospatial sketch pad）；一个负责储存文字信息，称为语音回路（phonological loop）；还有一个是负责协调前两者的中央组分，称为中央执行系统（central executive）。他还提出了另一种工作记忆的组分，用来储存情境信息，称为情境缓冲器（episodic buffer）。然而，这个缓冲器没有其他那些组分定义得那么清晰。当你在记忆象棋走法时，你在调用视觉空间模板；当你在记忆一个电话号码时，调用语音回路比较方便；在两种情况下都需要一定程度的协调，这就是中央执行系统参与的地方。

如果心理学家要测试你的言语工作记忆，也许会要求你重复一串数字。如果要测试你的视觉空间工作记忆，也许使用一种叫做“区块重复”（block repetition）的测试。在这个测试中，你必须记住测试者指向不同区块的顺序。一开始测试者只会用2个区块，一旦测试通过，难度会提升到使用3个区块，如此渐进。当达到7个区块左右的时候，你就有可能开始出错了。当在某一级测试中你只有50%的概率正确地记住整个顺序时（即当你每两次就会有一次出错的时候），你就达到了你工作记忆容量的极限。

定义工作记忆的特征之一就是这个极限，在“引言”中提到的关于指路的例子就是用来说明它的：如果别人告诉你“向前走两个路口左转，然后再走一个路口”，你一定能很轻易地记住；然而，如果指示过于冗长，超过了你的工作记忆能够容纳的限制，你很有可能会迷路。

长时记忆

工作记忆的容量限制是它与长时记忆（long-term memory）的区别之一。在长时记忆中，我们可以记住与我们有关的事件，比如昨天晚饭吃了什么，我们也能在学习活动中记住一些无关的概念性信息，比如某个单词的意思或者摩洛哥的首都是哪里。与事件有关的记忆被称为情境记忆（episodic memory），与概念性信息有关的记忆被称为语义记忆（semantic memory）。在长时记忆中可以储存的信息量几乎是无限的，长时记忆意味着我们能记住某些事情，即使将注意力专注于其他方面几分钟甚至几年后，依然能随时随地回忆起。工作记忆可不是这样运作的，因为要将信息储存在这里，它必须时刻处于注意力的密切监控之下。

记忆是经过一系列生物化学和细胞生物学过程之后才被编码成长时记忆储存的，一些在记忆的早期阶段中具有重要意义的脑区，比如颞叶的海马（hippocampus），在后期便不那么重要了。电休克治疗（electroconvulsive therapy）在治疗抑郁症中的效应便是一个令人印象深刻的证明：经过这种电休克治疗之后，处在早期较不稳定阶段的长时记忆会受到干扰，导致患者想不起近几天甚至近几周经历的事情，但是那些一年以前的记忆则都保留了下来。

让我们用日常生活中的例子来说明长时记忆和工作记忆之间的差别吧。你到超市里去买一盒牛奶并把车停在外面，你是在用长时记忆储存停车位置的信息。你的停车位并不是你一边逛超市一边还要在脑海中反复回想的，而是你编码之后有待唤醒的信息。相反，当你在一排排货架前茫然若失的时候，你可能使用了工作记忆来储存你的目的：进来买一盒牛奶。

所以，工作记忆一般只能将信息保留几秒钟，长时记忆则能够将信息连续储存几年。两者的差别主要在于大脑如何储存信息，而不一定是你在多久之前看到这个你所记住的东西。有一天晚上，我的一个朋友在酒吧里遇到一位年轻美丽的女士。道别之前，那位女士给我的朋友留了她的电话号码。问题在于，当时没有东西可以让他写下号码，他也不放心交给他的长时记忆。因此，他把号码留在了他的工作记忆里，在他回家的路上不停默念，而且小心地避免去看车牌号、公交车号以及其他会令他分心的数字串。20分钟后，他到家的第一件事就是把那个号码记在了纸片上。现在，他们和他们的两个孩子正过着幸福的家庭生活。

控制注意力

20世纪70年代，神经生理学家开始研究灵长类动物的工作记忆，其中主要用到的是猕猴。一只猕猴的体重在10千克左右，大脑的长度只有约5厘米。猕猴并不聪明，甚至不如黑猩猩。但是它们可以把信息储存在工作记忆里，其容量被认为大致与1岁的人类儿童相当。

因此，让猕猴去执行的必须是极其简单的任务。比如早期有这样一种实验，研究者当着猕猴的面把花生放到两个倒扣的杯子中一个的下面，再用一块幕帘遮住这两个杯子不让猕猴看见，然后撤掉幕帘让它选择。如果在猕猴的工作记忆中保存着花生被藏在哪个杯子下的信息，它就会作出正确的选择。然而，这样的实验不能排除一些非记忆因素，比如猕猴将身体朝向藏着花生的杯子一边，眼睛看着那个方向，或者用其他小花招来解决问题。为了杜绝眼部活动带来的影响，科学家们设计了一种叫做眼动延迟反应任务（oculomotor delay response task）的实验。为了方便起见，我们姑且叫它亮点测试（dot test）吧。

在亮点测试中，研究者训练猴子把目光集中在它面前的十字准星上，然后屏幕的周边位置会有一个亮点闪现后消失。在经过几秒钟的延迟后，十字准星消失，此时猴子的目光必须转向它记住的亮点出现的位置。因此，在这个过程中，猴子必须把亮点的位置保存在它的工作记忆中。

记住一个点的位置然后调整视线，这对于我们大多数人来说不是日常生活中会用到工作记忆的地方。事实上，这个亮点测试根本就不是一个自然的行为，所以为了让猴子能够进行这个实验，必须先对它们进行长达数周的训练来让它们学习这种行为。然而，这个实验的精妙之处在于它能分离出工作记忆的要素：我们作出反应不是基于我们看到了什么，而是基于我们脑袋里储存的信息。我们关于工作记忆是如何在大脑中进行编码的知识，大多数来自数十年来应用这一实验及其他各种衍生实验所进行的研究。

如果认真分析一下在亮点测试中所发生的情况，我们会发现它与波斯纳注意力实验（图3.3）中的情况惊人地相似。在波斯纳的一个实验中，会有一个箭头提示受试者目标将会出现在哪里，受试者接下来就必须把注意力放在那个特定的位置。在这个测试中，受试者必须把位置信息储存在工作记忆中才能确保测试成功，正如猴子必须记住亮点的位置一样。这些实验，通过一种非常简单的形式，向我们展现了注意力的控制和工作记忆之间的重叠部分。工作记忆对控制注意力来说是至关重要的，我们必须记住才能专注。

两种测试中相同的环节
图3.3 测量受控注意的测试与测量工作记忆的测试（亮点测试）之间的相似性

神经生理学家德西蒙（Robert Desimone）是最早对这种联系进行清晰阐述的科学家之一，他把注意力测试中的记忆组分称为注意力模板（attentional template）。如果你可以理解我们在人群中搜寻一张熟悉的面孔时我们必须在我们的工作记忆中保留要搜寻的目标，那这个概念并不难理解。但是需要提醒的是，工作记忆与注意力之间的重叠关系只针对受控注意，刺激驱动注意并不需要工作记忆。

解决问题

工作记忆特别令人感兴趣的一点在于，它不只储存指令、数字和位置信息，在我们解决问题的能力中它似乎也发挥了非常重要的作用。为了对此有一个感性的认识，我们来进行下面一个测试：请阅读一遍下面的问题，然后合上书本，接着给出你的答案。93-7+3等于多少？

做得怎么样？在给出答案之前，让我们先试着甄别一下在这个过程中所发生的思维活动。如果你的思路和大部分人一样的话，那么你一开始应该是用93减去7来得到86。然后你把这个信息储存起来，同时在你的记忆中寻找下一项任务，也就是加3。然后你在86的基础上加了3。除非你能设法把原来的问题和思维过程中间步骤的结果都记住，否则想通过以上思维活动来得到答案是不可能的。工作记忆此时就像一个同时执行着不同心智任务的工作台。

同样，工作记忆也被用来保存一些逻辑问题的组成部分，例如：“如果下雨，草坪会湿。如果草坪现在是湿的，是否可以认为下过雨呢？”解决这类推理问题，就像进行心算一样，要求我们能对工作记忆中储存的信息进行操作。因此，巴德利是这样定义工作记忆的：工作记忆这个术语指的是一种脑内系统，能够为语言理解、学习和推理等复杂认知任务中的必需信息提供临时的储存和操作。

图3.4展示了心理学家常常用来评估综合智力的“解决问题测试”（problem-solving task），它已经被应用了数十年，有着很多版本，一般都叫做“雷文矩阵”。这一测试使用了一套3×3的符号矩阵，最右下角的一个往往缺失。受试者的任务就是找出符号横向和纵向的变化规律，等归纳出这个模式之后，就能推断出那个缺失的符号应该是什么样子，并从下面的一组选项中把它选出来。

有证据指出，我们解决这类问题的能力很大程度上是由我们的工作记忆能储存多少信息决定的。事实上，在关于这两者联系的研究论文中，最常被引用的一篇就是《推理能力（差不多）就是工作记忆容量？！》［Reasoning Ability Is（Little More than）Working Memory Capacity？！］。德国心理学家苏斯（Heinz-Martin Süß）是这样总结他的工作的：“在现阶段，工作记忆容量是在对人类认知能力的研究和理论中得出的对智力的最佳预判因素。”

图3.4 雷文矩阵

亚特兰大市佐治亚理工学院的心理学家恩格尔（Randall Engle）也证明，工作记忆测试的表现与解决问题能力［确切地说是gF，即液态智力（fluid intelligence），我们将在第十三章“弗林效应”中详述］之间有着密切的联系。工作记忆容量和gF之间的关系在不同的测试中有细微的差别，但是在一篇综述中指出，它们的相关性系数往往在0.6—0.8（相关性系数为0时表示不相关，相关性系数为1时表示完全相同）。这就意味着，如果我们想要解释为什么解决问题的能力（比如在雷文矩阵测试中）有些人比较强而有些人不那么强，个中不同，或者说差异，大约有一半可以归因于工作记忆容量的差别。

工作记忆与短时记忆

短时记忆（short-term memory）究竟是什么，它与工作记忆有什么关系，是常常会遇到的问题，而答案并不那么直截了当，并且关于这个问题其实如今学术上还存在争议。研究者注意到，重复一系列你刚刚听到的词汇与gF的相关性很低，但是执行具有双重任务（dueltask）要求的更复杂的言语工作记忆测试则与gF有高度相关性。这一结果提示，可能存在两种类型的记忆任务，很多心理学家将它们分为短时记忆和工作记忆。根据这种二分法，短时记忆仅仅涉及对信息的保存和重复，它与复杂心智功能及gF之间的相关性比较低；工作记忆则代表短时记忆任务中需要某些额外操作的那部分，包括某种形式的注意力分散，或要求一定程度的协同执行能力（simultaneous performance），它与gF的相关性很高。

这种记忆模型的问题在于，哪些任务应该归入哪种类别很难达成共识：有些研究者将倒序重复一串数字归入短时记忆任务，有些则认为它是工作记忆任务。同时，现在已经很明确，具有很大信息量的短时记忆任务与复杂的工作记忆任务一样，具有高gF相关性。此外，对言语工作记忆适用的区分标准似乎对视觉空间工作记忆不那么适用。而某些除了储存和重复信息之外，不需要其他操作的视觉空间任务，却与复杂的言语工作记忆任务一样有高gF相关性。因此，“工作记忆需要对信息的储存和操作”这样的定义似乎站不住脚了。正如我们在接下来的章节中将要发现的，“短时记忆任务”与“工作记忆任务”在大脑活动上也看不出明显的差别，至少在视觉空间范畴内是这样。尽管大脑活动强度有所不同，但看上去被激活的脑区是一样的，这说明我们在讨论的其实是个程度问题，而不是类别差异。

我们以后很可能会以执行各种工作记忆任务时所观察到的大脑活动来对它们进行命名，这个问题我们以后再讨论。现阶段我们可以这么说，工作记忆任务各有不同，但是“工作记忆”这个术语在本书中是适用的。从这里开始，我们关注的主要方面将会是有着与复杂言语工作记忆任务一样、高gF相关性的视觉空间工作记忆。