工作記憶

壹、工作記憶理論概述

記憶在人們日常生活中扮演著極為重要的角色，從簡單的行為、感知到複雜的 思維、學習，都需要記憶系統的協助。沒有記憶，就不能累積知識和經驗，不能形 成概念，不能進行推理判斷，也就不能適應不斷變化的環境。一般來說，記憶包括 三個階段，登錄（encoding）、儲存（store）及提取（retrieval）。登錄是指個體將 感覺訊息轉換為可存放於記憶中的一種表徵，以便進入記憶儲存的階段；儲存則是 將收錄的訊息保留在記憶中，維持的時間可長可短；提取是指將儲存在記憶中的訊 息讀取或表現出來（Brown & Craik, 2000）。19世紀末，著名德國學者Ebbinghaus 以科學方法開闢記憶研究以來，記憶的研究方法開始不斷的發展。Waugh與Norman

（1965）提出兩種記憶說（Dual Memory Theory）（圖2-1），認為記憶結構包括初 級記憶（Primary Memory）及次級記憶（Secondary Memory），初級記憶又被稱為 短期記憶（Short-term Memory）；次級記憶又被稱為長期記憶（Long-term Memory）， 兩種記憶相互聯繫又彼此獨立，成為統一的記憶系統。外部資訊經過感覺通道先進 入短期記憶，它是資訊進入長期記憶的一個容量有限的緩衝器和處理器。資訊在短 期記憶中可以短暫地保存，或利用覆誦（rehearsal）進入長期記憶。在沒有覆誦的 條件下，資訊大概可短暫保存約15至30秒，但只要覆誦持續進行，資訊可以透過覆 誦一直保持，並進入長期記憶中。

圖2-1 Waugh與Norman（1965）所提出的兩種記憶系統的模型

資料來源：Waugh, N. C., & Norman, D. A. （1965）. Primary memory. Psychological

review, 72（2）, 89-104.

上述的兩種記憶系統模型，刺激輸入後將直接進入短期記憶，但人首先要獲得 外界資訊才能將資訊加以儲存，而要獲得外界資訊，則必須先透過感覺知覺，因此，

記憶系統應該將感覺知覺納入記憶系統中，於是出現記憶資訊三級處理模型。提出 Atkinson與Shiffrin（1968）提出的記憶資訊三級處理模型（圖2-2），他們認為人類 的記憶系統有三個主要結構，包括感覺記憶（Sensory Memory）、短期記憶（Short-term Memory）及長期記憶（Long-Memory）、短期記憶（Short-term Memory）。在此模型中，短期記憶系統有 多種功能，它作為感覺記憶和長期記憶的緩衝器，可以在較短時間內保存訊息，並 且可以作為資訊進入長期記憶的處理器，以及控制流程並作出決策的工作空間，但 到了1970年代早期此模型卻遇到了挑戰。根據此模型，短期記憶對學習、舊資料檢 索及認知工作來說是一個關鍵的工作記憶系統，如果短期記憶受損，將會給學習帶 來困難，但研究指出，短期記憶缺陷的病人，在數字記憶廣度測驗表現將會下降，

但在長期學習的部分仍能正常的進行，而且在一般認知技能也沒有任何損害

（Baddeley, 1992）。這種現象用記憶的三級處理模型已無法解釋，於是開始有關 於工作記憶理論的討論。

初級記憶 Primary Memory

次級記憶 Secondary Memory

遺忘 Forgotten 刺激 Stimulus

覆誦 Rehearsal Rehearsal

圖2-2 Atkinson與Shiffrin（1968）提出的記憶資訊三級處理模型

資料來源：Atkinson, R. C., & Shiffrin, R. M. （1968）. Human memory: A proposed system and its control processes. The psychology of learning and motivation, 2, 89-195.

工作記憶的概念最早是由Miller、Galanter與Pribram（1960）在「Plans and the Structure of Behaviour」的書中提出，由Baddeley和Hitch於1974年提出的多重工作 記憶模型（The Multicomponent Model）最廣為人知，此模型認為短期記憶是由很 多獨立成分組成的複雜系統，而不是一個單獨的系統，此模型成功建立了工作記憶 的結構基礎，引起認知學者的興趣，開始進行有關工作記憶的研究，一直延續至今。

工作記憶是一個容量有限的記憶系統，負責訊息的暫時儲存與處理。在高層次的認 知活動中，例如：語言理解、學習和推理等，扮演著關鍵性的重要角色（Baddeley, 1992）。Baddeley等人提出的多重工作記憶模型將工作記憶分成三個成份（圖2-3）： 語音迴路（Phonological Loop）、視覺空間模板（Visuospatial Sketchpad）和中央執 行系統（Central Executive）。視覺空間模板負責視覺空間訊息的保存與控制；語音 迴路負責儲存和處理與語音相關的訊息；中央執行系統則負責協調各子系統之間 的活動，且與長期記憶保持聯繫（Baddeley & Hitch, 1974）。

環境輸入 Environmental

input

感覺登錄器 Sensory registers

短期記憶 Short-term store

（STS）

暫時的工作記憶 Temporary working memory

長期記憶 Long-term store

（LTM）

永久記憶儲存庫 Permanent memory store 視覺 Visual Response output

圖 2-3 Baddeley 與 Hitch（1974）所提出的工作記憶多重成份模型

資料來源：Baddeley, & Hitch, G. J. （1974）. Working memory. The psychology of

learning and motivation, 8, 47-89.

工作記憶多重成份模型的提出，引起相關行為學和神經科學的實驗研究，這些 研究證實了這三個子系統的存在，但隨著研究的擴展，三成份工作記憶模型暴露了 一些缺陷，對許多研究結果不能解釋。為了解決語音迴路和視覺空間模板分離，各 個子系統與長期記憶分離，以及此模型無法解釋的研究結果，就需要對三成分模型 進行修正，增加一個成分把語音迴路和視覺空間模板兩個子系統聯結起來。於是在 2000年Baddeley新增了一個次系統來擴展該模型，即情節緩衝器（Episodic Buffer）， 他認為此為一個容量有限的短暫儲存系統，在中央執行系統的控制下，暫存來自感 Central Executive 視覺空間

概念也放入模型中，第一層及第二層假定為「流體」能力，如注意和臨時儲存，它 們本身不能通過學習而改變；第三層包括視覺語義（Visual Semantics）、情節長期 記憶（Episodic Long-term Memory）和語言（Language），屬於「晶體」的認知，

由社會文化經驗而獲得，能夠累積長期知識（Baddeley, 2000）。學習可以通過晶 體系統間接地對流體智力部分產生影響，而流體系統也會對晶體智力產生影響，兩 者是相互作用和互相影響。

圖 2-4 Baddeley（2000）加入情節緩衝器後的多重成份模型

資料來源：Baddeley. （2000）. The episodic buffer: a new component of working memory? Trends in cognitive sciences, 4（11）, 417-423.

貳、工作記憶的成分

語音迴路 Phonological Loop

視覺語意 Visual Semantics

情節長期記憶 Episodic LTM

語言

也尚在發展中，因此本研究主要以Baddeley與Hitch在1974年提出的三成份工作記 憶模型為主要探討方向，以下將針對各成分內容分別進行說明。

（一）語音迴路

語音迴路負責處理有關聲音或語音的資訊，由兩部分構成。一部分是語音儲存，

能保留 1 至 2 秒的語音訊息，另外一部分是發音控制處理（Articulatory Control Process），類似於內部語言，透過不斷覆誦重新激活訊息防止儲存的衰退，而且當 訊息是以書面文字、數字等視覺型態呈現時，亦能經由內在口語的覆誦，將訊息儲 存在語音迴路系統，如圖 2-5（Baddeley, 1992; Logie, 1995）。

圖 2-5 Baddeley（1986）的語音迴路模型

資料來源：Logie, R. H. （1995）. Visuo-spatial working memory: Hove （UK） ; Hillsdale, [NJ], （USA） : Lawrence Erlbaum, c1995.

有關語音迴路部門的研究相當豐富，普遍常見的有「語音相似效果」（the effect of phonological similarity）、「詞長效果」（the word-length effect）、「發音的壓抑效果」

（the effect of articulatory suppression）、「訊息的編碼轉換」（transfer of information between codes）四種實驗支持了聽覺編碼路徑的存在與必須性（Baddeley, 2000）， 茲整理其理論和相關實驗分述如下：

1.語音相似效果（the effect of phonological similarity）

字母或單詞發音相似比發音不同的字難以記憶，例如：回憶「G,C,B,T,V,P,」字 母串時，受試者犯錯的機會大於「F,W,K,S,Y,Q」，受試者回憶聲韻相似的字如「man , cap , can , map , mad」， 其正確性比不相似的字「pig , day , cow , pen , rig」來得低。

而在視覺或語義相似度的方面，這種效果較小（Richard Conrad, 1971; Robert Conrad

& Hull, 1964），因此支持語言訊息大部分是經由語音編碼而儲存在工作記憶中。

2.詞長效應（the word-length effect）

Baddeley、Thomson 與 Buchanan（1975）的實驗裡要求受試者唸出字串並回 憶，研究結果顯示記憶五個單音節的字（sum、hate、harm、wit、bond、yield、worst、

twice）遠比記憶五個多音節（association、opportunity、representative、organization、

considerable、immediately、university、individual）容易。序列較短的單詞比序列較 長的單詞較容易回憶，當單詞的長度增加時，發音就愈長，覆誦也就需占用更長的 時間。在既定時間內，覆誦次數減少，回憶時記憶痕跡消退的可能性更大。

3.發音的壓抑效果（the effect of articulatory suppression）

Murray（1968）以視覺方式呈現給受試者的一列數字，為了阻止參與者覆誦，

要求參與者持續發出不相干的音，如「the」，結果顯示受試者受聲音干擾而表現較 差，記憶的效果將會明顯下降。原因可能是說出無關的字會阻礙發音覆誦的歷程，

而讓記憶裡的語音記憶衰退。

4.訊息的編碼轉換（transfer of information between codes）

呈現視覺記憶材料時，成人通常選擇名稱和默讀覆誦，視覺編碼因此轉成聽覺 編碼，發音的壓抑能夠有效阻止這種轉換。另外若記憶材料是視覺呈現，則發音抑 制程序可以清除語音相似效應，若記憶材料以聽覺呈現，則語音相似性效應依舊。

因此證明在語音迴路中，以聽覺形式輸入訊息可以自動以語音的形式保存，如果以 非聽覺形式輸入的訊息也要在語音迴路中保存，就必須進行重新編碼成語音形式。

（二）視覺空間模板

視覺空間模板是一種能綜合視覺和空間資訊的暫時儲存系統，無論是從視覺、

觸覺、語言或長期記憶獲得，在思維、記憶和處理任務上扮演重要角色（Baddeley, 2007; Logie, 1995）。相較於語音迴路部門，視覺空間模板是較被忽視的工作記憶次

系統，在理論與功能上的進展較慢（Baddeley, 2007; Pearson & Andrade, 2001）。

Baddeley（1992）以雙重作業（dual task）的模式，研究西洋棋新手和高手對棋局 位置的記憶方式，研究結果顯示，進行口語任務組對於目標任務並沒有產生干擾效 果，而進行同時空間任務組對西洋棋新手和專家對於棋局的位置記憶產生了干擾 效果，降低了記憶的正確性，證實了空間記憶受同時的空間任務干擾而不受同時的 語音任務干擾，此研究結果證實視覺空間模板的確會受到空間的影響，工作記憶中 確實存在這樣一個獨立的子系統。Brooks（1967）提出關於視覺空間的研究，測驗 的施測背景是由一個 4×4 的方形矩陣（square matrix）所構成，刺激材料為阿拉伯 數字，此測驗把有順序的數字放置於矩陣的方格裡，並在矩陣的周圍，呈現幾列句

Baddeley（1992）以雙重作業（dual task）的模式，研究西洋棋新手和高手對棋局 位置的記憶方式，研究結果顯示，進行口語任務組對於目標任務並沒有產生干擾效 果，而進行同時空間任務組對西洋棋新手和專家對於棋局的位置記憶產生了干擾 效果，降低了記憶的正確性，證實了空間記憶受同時的空間任務干擾而不受同時的 語音任務干擾，此研究結果證實視覺空間模板的確會受到空間的影響，工作記憶中 確實存在這樣一個獨立的子系統。Brooks（1967）提出關於視覺空間的研究，測驗 的施測背景是由一個 4×4 的方形矩陣（square matrix）所構成，刺激材料為阿拉伯 數字，此測驗把有順序的數字放置於矩陣的方格裡，並在矩陣的周圍，呈現幾列句