長時工作記憶的模塊優(yōu)化機制
——基于理想認知模型的分析

孫　健

(西安交通大學，陜西西安　710048)

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長時工作記憶的模塊優(yōu)化機制

——基于理想認知模型的分析

孫健

(西安交通大學，陜西西安710048)

記憶術是在新異信息與固有信息間強制建立一種人為意義聯(lián)系的記憶策略。記憶術之所以能夠有效提升記憶品質，是因為它能幫助構建穩(wěn)定的理想認知模型，而理想化認知模型可被用作完整的記憶組塊被個體提取到工作記憶中。組塊中處于個體意識中央的那部分信息作為提取線索，將組塊內(nèi)的其它信息牽引到長時工作記憶中，這一方面增強了信息的可得性，另一方面還有效克服了短時工作記憶的容量限制。總之，記憶術通過理想認知模型優(yōu)化了長時工作記憶，從而改善了記憶效率，提升了記憶品質。

記憶術;長時工作記憶;理想認知模型;組塊

PDF獲?。?http://sxxqsfxy.ijournal.cn/ch/index.aspxdoi： 10.11995/j.issn.2095-770X.2016.08.003

記憶術作為一種能夠有效提升個體記憶品質的長效認知策略，在科學研究和教育教學等領域都有廣泛的應用。但是，針對記憶術對人類記憶發(fā)揮提升作用的心理機制的研究卻相對較少。與之形成鮮明反差的是，認知科學領域對記憶的研究取得了豐碩成果，然而，這些研究大多只停留在對記憶過程的解構以及對記憶機制的理論探索等方面，與如何有效提升記憶品質或提高記憶效率有關的實用性研究卻相對缺乏。大量研究表明工作記憶的組塊容量是制約記憶品質的重要因素，因此，記憶術提升記憶品質的原因很可能重在提升工作記憶的組塊容量上。然而，記憶術提升組塊容量的認知原理卻一直是一個未得到充分理論探索的處女地。鑒于此，本研究嘗試以理論分析的方法，對記憶術如何通過提升工作記憶中的組塊品質來有效促進記憶品質的認知機制進行分析探討。

一、記憶術與長時工作記憶

(一)記憶術

記憶術(mnemonic strategy)是個體在新異信息與認知結構中的固有信息間建立起某種強制的、人為的意義聯(lián)系，以促進新異信息的高效編碼和長久保持的認知策略[1]。高效編碼是信息得以持久保持的前提，作為識記手段的編碼形式主要有兩種：機械編碼和意義編碼[2](見圖1)。前者是個體將新知識以孤立于固有信息的形式進行單獨存儲的記憶策略，這是一種簡單的復述策略，屬于低效編碼，通過該策略記住的材料如果不經(jīng)常復習就很容易遺忘；后者是個體對新舊信息之間建立實質意義聯(lián)系的記憶策略，這是一種精細加工策略，屬于高效編碼，通過意義學習記住的材料由于和固有知識之間具有本質的邏輯的屬性，所以保存穩(wěn)定，不易遺忘。

當面臨一些與固有信息之間不具有實質意義聯(lián)系的新異信息時，為避免遺忘，個體需要運用記憶術在新舊信息之間建立起人為而強制性的意義關聯(lián)，從而使得原本低效的復述策略變成高效的精加工策略，這有助于搭建新舊知識的聯(lián)結，幫助新異知識在固有知識結構中找到固定結點，從而保證個體更加穩(wěn)固而長久地保持新異信息。

圖1　記憶過程的基本分類

(二)長時工作記憶

1.長時工作記憶概念的提出

心理學家將人類記憶分為三個序列結構：瞬時記憶、短時記憶和長時記憶[3]。瞬時記憶是信息在感知運動系統(tǒng)的登記，短時記憶是刺激在意識層面的復述、加工和編碼，長時記憶是編碼之后的意義信息在人腦中的長期存儲。在上述三種記憶中，短時記憶位于意識中央，負責對新異信息的加工編碼，它不僅決定了記憶的加工速度，還對推理、閱讀理解和概念學習等高級認知活動有重要影響，在個體的知識系統(tǒng)中具有重要地位。

為了強調(diào)短時記憶的可操作性，心理學家Baddely將其拓展為工作記憶[4]，并根據(jù)加工信息的類型不同將其分出四個子系統(tǒng)：中央執(zhí)行系統(tǒng)(central executive)，語音回路(phonological loop)、視空畫板(visuo-spatial sketchpad)[5]和情境緩沖區(qū)(Episodic buffer)[6]。工作記憶位于個體的意識中央，需要占用大量注意力并且消耗大量認知資源，因此，信息在其中的存儲時間和存儲數(shù)量都非常有限。心理學家Miller將信息在工作記憶中的最小存儲單元叫做“組塊”，并發(fā)現(xiàn)健康成人在短時記憶中同時存儲的最大組塊數(shù)只有5～9個[7]，后有學者發(fā)現(xiàn)，隨著組塊性質的變化，最大組塊數(shù)甚至可能減少到4個[8]。

信息經(jīng)過工作記憶的充分加工后被存儲在長時記憶中。只有通過在長時記憶中的大量信息檢索，個體才能將其中的信息重新提取到工作記憶中加以運用。然而，工作記憶超低的組塊容量不能解釋專家何以在其中同時操作遠遠超出工作記憶容量的組塊數(shù)量，而信息在長時記憶中的內(nèi)隱存儲也不能解釋個體在完成熟悉任務時何以能夠從中快速提取大量相關信息。為解釋這一現(xiàn)象，Ericsson和Kintsch提出了長時工作記憶的概念[9]。

Erricsson等人發(fā)現(xiàn)，個體在進行認知操作的時候，一些長時記憶中的信息雖然內(nèi)隱于個體的意識之外，但在必要時卻能將被輕易地提取到工作記憶中。他們認為出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是長時記憶中的內(nèi)隱信息與工作記憶中的外顯信息產(chǎn)生某種意義關聯(lián)，在特定情境下，短時記憶中的信息可借助該關聯(lián)性將長時記憶中的信息拉回工作記憶。在工作記憶中發(fā)揮牽引功能的信息被稱作提取線索(RC, retrieval cues)，多個RC間因具有某種內(nèi)在關聯(lián)而形成的相對穩(wěn)定的結構被稱作提取結構(RS, retrieval structure)。那些位于長時記憶卻在特定情境下高度易得的信息被稱為可得內(nèi)隱信息(AII, available implicit information)，AII在認知結構中所處的位置就是長時工作記憶(LTWM, long-term working memory)。為便于區(qū)分，位于意識中央，用于存儲即時信息的工作記憶被稱作短時工作記憶(STWM, short-term working memory)。位于STWM中的RC與位于LTWM中的AII間存著圖 2所示的關系。

圖2　提取結構、RC和AII

2.組塊理論下的長時工作記憶

組塊理論認為組塊是人類工作記憶的最小認知單元，組塊信息內(nèi)隱地封裝在組塊內(nèi)部，個體通過外顯地提取組塊信息，就將封裝于組塊內(nèi)部的全體信息都提取出來[7]。如果需要，個體可以將大組塊拆解為多個小組塊，于是，原先大組塊中的信息就暴露在工作記憶之中。

根據(jù)組塊信息的不同，組塊的性質也各有不同：首先，組塊可能是基于經(jīng)驗的要素組合及其關系。如果某些要素總是在過去經(jīng)驗中以某種形式的關系共同出現(xiàn)，那么個體就會將這些要素封裝為一個組塊，例如數(shù)字“1”、“3”、“9”總是在電話號碼的前三位中共同出現(xiàn)，所以數(shù)串“139”就被封裝為一個組塊。其次，組塊還可能是結合了豐富背景知識及感知經(jīng)驗的圖式結構。例如廚房用品之間的空間關系、用途關系、背景環(huán)境等的表征形式就構成了一個關于“廚房用品”的圖式組塊。

組塊的性質決定了組塊內(nèi)部的信息量。如果個體在工作記憶中得以同時提取或操作的組塊總數(shù)一定，那么，要想提高工作記憶中的信息總量，就只能提高組塊的質量和容量。我們將組塊的質量和容量叫作組塊的品質：一個組塊的信息含量越高，容量就越大，信息整合程度越好，質量就越高，而容量越大質量越高的組塊，其品質就高級。

圖3　組塊

圖3分別表示兩個組塊。圖中每個圓圈分別表示一個知識結點，連線表示知識間的聯(lián)系。如果沒有聯(lián)系(連線)，則每個知識結點(圓圈)就自成一個組塊。連線的不同類型反應了知識之間的關系強度，線越粗，知識間的聯(lián)系越緊密。圖3右側組塊內(nèi)部知識結點之間的聯(lián)系更豐富也更緊密，因而結構更穩(wěn)定，組塊品質更好。

LTWM與組塊理論都解釋了個體得以同時在工作記憶中對大量信息進行操作的原因：在組塊理論中，個體提取一個組塊的同時也提取了這個組塊中的全部信息，只是這些信息暫時處于備用狀態(tài)而沒有進入意識領域。在LTWM模型下，個體在提取一個線索的同時將與之相關的信息放在了LTWM中，這些信息也是處于備用狀態(tài)。在組塊理論中，個體在必要時可以將這些組塊拆解以快速釋放內(nèi)部信息，在LTWM中，個體在必要時可以通過RC將LTWM中的AII快速牽引出來。

顯然，LTWM模型與組塊理論的核心思想是一致的。我們可以將RC和與之意義相關的所有AII視為一個組塊，組塊中任何通過回憶或感知覺進入STWM的信息成為RC，其它信息被RC牽引到LTWM中備用，獲得了高度易得性，于是成為AII。圖 3中，圓圈的填充顏色反映了相關知識在記憶系統(tǒng)中的位置：白色結點用來表示位于STWM的RC，其余黑色結點用來表示位于LTWM的AII。

二、記憶術促進長時工作記憶

研究證明記憶術對記憶品質有顯著改善[10-12]，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一是加快了記憶編碼的速度并提升了信息的準確性；二是延長了信息在長時記憶中的存儲時間并使信息回憶變得更容易。

在LTWM框架下，記憶術對記憶品質的提升作用主要通過下列兩個步驟完成：第一步，記憶術幫助新舊信息之間建立意義聯(lián)結，形成意義聯(lián)結之后的各信息由于共同形成一個穩(wěn)定的知識結構，所以被封裝在了同一個組塊中。第二，組塊內(nèi)的任何信息進入STWM時，其它信息就被牽引到LTWM中。信息進入LTWM后可得性大大提高，于是表現(xiàn)為記憶品質的躍升。

Lakoff于上世紀80年代提出理想認知模型的概念，他將其定義為“知識得以組織的結構”[13]。認知模型(CM, cognitive model)是知識結構在個體認知系統(tǒng)中的主觀表征，而理想認知模型(ICM, idealized cognitive model)是個體在認識世界時人為形成的一種理想化的、穩(wěn)定的心智結構[14]，也就是說，只有經(jīng)過認知抽象化、結構化和組織化后所形成的認知模型才被稱作ICM。通過ICM，原本無關的信息被人為封裝在了一個有意義聯(lián)結的穩(wěn)定組塊中。如果我們認為這種知識的組織結構是建立在某種意義聯(lián)接的基礎之上，而記憶術正是建立這種意義聯(lián)結的有效手段，那么，我們可以認為記憶術是通過建構理想認知模型來將新舊信息之間建立意義關聯(lián)的。

(一)理想認知模型的四種建構原則

ICM主要有四種類型的建構原則：命題框架，表象圖式，隱喻映射和轉喻映射。命題結構是以抽象邏輯框架組織起來的概念結構，它表明了概念框架內(nèi)各個概念節(jié)點及其與其它節(jié)點的位置關系，例如概念“Tuesday”的ICM中包含了日期、星期周期、序數(shù)等多個概念節(jié)點，Tuesday是這些概念節(jié)點以某種框架式結構結合而成的整體；表象圖式是人們在長期生活經(jīng)驗中所形成的事先組織在長時記憶中的穩(wěn)定的“經(jīng)驗格式塔”[16]，例如“母親”的ICM中包含一個由“生”、“育”、“遺傳關系”、“照顧家庭”、“父親的配偶”等多個特征所共同構成的圖式。隱喻映射是基于兩個事物的相似性用甲物代指乙物，如在日常生活中我們常有如下習慣性表達：前途渺茫，迷失人生方向，回到祖國的懷抱等，這些表達中潛藏著這樣的隱喻：人生是道路，未來是前方，祖國是母親。轉喻映射是基于兩個事物之間的某種關系用甲物代指乙物。例如我們通過“面孔”來代指“人”，通過“白宮”代指“美國政府”，通過“紅領巾”代指“少先隊員”等等。轉喻根植于人們的經(jīng)驗思想，影響人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗?/p>

一個ICM是一個同時包含了語義信息、語義關系以及圖式信息在內(nèi)的多元信息結構，因而具有很大的信息量。當一個ICM被用作一個組塊時，個體可以通過提取ICM中的任意一個節(jié)點將整個ICM從長時記憶中提取出來。

(二)記憶術用于建構理想認知模型

記憶術通過人為構建一個ICM，將原本無關的信息結點之間建立起有意義的關聯(lián)。通過運用記憶術，個體將長時記憶中的大量信息封裝在同一個ICM中，于是在面對特定的認知任務時，個體就可通過ICM上的任意RC將整個ICM中的信息從長時記憶提取到LTWM中，從而提高認知加工的效率和品質?？紤]到ICM的四個建構模式，記憶術會從以下方面發(fā)揮其建構ICM的功能：

1.記憶術用于建構命題框架

認知主體將新異信息與其它語言信息建立強制性的人為聯(lián)結，就是在形成一個命題框架。傳統(tǒng)記憶術中的概括法和字鉤法(peg-word method)就是運用了這一原理。概括法是指對復雜信息化繁為簡并只對其中的核心信息進行記憶的方法。個體在多個核心信息之間建立人為的意義聯(lián)結，多個核心信息就被組裝到同一個命題框架之中。字鉤法是設定一個與新異知識有某種關聯(lián)的字或詞作為“字鉤”用以鉤出所需記憶的信息內(nèi)容[16]。多個新異信息之間沒有意義聯(lián)系，但是，字鉤與新異信息之間、多個字鉤之間卻有某種實質的意義聯(lián)系(見圖 4)。于是，多個沒有意義聯(lián)系的新異信息以字鉤為媒介產(chǎn)生了間接的人為的意義聯(lián)系，于是就被封裝在了同一個ICM之中。通過對比圖4和圖2，我們可以清楚發(fā)現(xiàn)字鉤法與長時工作記憶之間具有一致的結構。

圖4　字鉤法

2.記憶術用于形成表象圖式

基于表象的記憶術是使用最為廣泛的一種記憶術。此類記憶術是將文本信息轉化為表象信息，或者將文本信息與圖式信息建立某種關聯(lián)的記憶術。傳統(tǒng)記憶術中的定樁法(fixed pile method)、組合法、動態(tài)表象法等都是典型的基于表象的記憶術。定樁法是首先在頭腦中形成一個具有生動表象的場景，然后將文本信息安放其中[17]。組合法是通過想象將多個表象結合為一個表象。動態(tài)表象法是利用了表象的動覺特征將不同概念安裝在一起。當個體需要同時記憶多個新異知識時，可以對每個信息編譯一個表象，然后將這些表象組合為一個完整的表象。一個完整表象圖式可以作為一個包含全部新異知識的ICM，其中包含了大量的非言語信息。非言語信息使得新異信息無需經(jīng)過復雜的認知加工就能得到自動編碼，從而進入表象圖式之中[18]。

3.記憶術用于形成隱喻映射和轉喻映射

此類記憶術是借助兩個事物之間的隱喻或轉喻關系，以甲物代指乙物，回憶時只要憶起甲物就同時憶起乙物。傳統(tǒng)記憶術中的“聯(lián)想法”就是一種典型的基于隱喻和轉喻的記憶術。根據(jù)甲乙事物的關系不同，可將聯(lián)想法分為“關系聯(lián)想”和“相似聯(lián)想”?！瓣P系聯(lián)想”基于轉喻，是指個體借助事物之間關系展開的聯(lián)想。Norrick歸納出18種不同的關系類型[19]，(如表1所示)，個體可以基于表中的任意一種關系展開“關系聯(lián)想”，例如借“紅領巾”記憶“少先隊員”是利用了二者的“擁有者-占有物關系”，借“辦公場所”記憶“人物職位”是利用了二者的“容器-內(nèi)容關系”，借“紅顏”記憶“女人”是利用了二者的“部分-整體關系，等?！跋嗨坡?lián)想”基于隱喻，是指個體借助事物之間的相似性所展開的聯(lián)想。例如借助“紅色”記憶“熱鬧”，借助“目的地”記憶“理想”，借助“上”記憶“領導”，等等。根據(jù)Lakoff等人隱喻理論[20]，個體可以通過隱喻為所有的抽象概念跨域賦予較易理解的形象概念，形象概念的介入可以提升抽象概念的涉身性(embodiment)，從而提升組塊的品質以及擴充LTWM中的信息量?；谵D喻和隱喻的記憶術都是將簡單概念與復雜概念或形象概念與抽象概念建構在同一個ICM中，個體通過借助前者提取或加工后者，簡化了認知操作負荷，利用長時工作記憶提升了工作記憶中的信息容量。

表1　轉喻的18種關系類型

(轉引自Norrick, Neal R. 1981)

4.記憶術四大功用的關系

大多數(shù)記憶術的基本思路都是將抽象概念轉變?yōu)樾蜗蟾拍?，將復雜概念轉變?yōu)楹唵胃拍?，將無關概念轉變?yōu)橐饬x相關概念，從而得以利用形象概念和簡單概念構造出概念框架或表象圖式，形成穩(wěn)定的ICM(如圖5所示)。對于抽象信息，個體采用基于隱喻的記憶術將其編譯為具體信息，再借助基于表象的記憶術將具體信息與表象圖式建立關聯(lián)，從而形成ICM；對于復雜信息，個體采用基于轉喻的記憶術將其編譯為簡單信息，再將其組織到一個命題框架中，或針對不同類型的簡單信息采取不同的認知操作：如果簡單信息是抽象的，可將其進一步隱喻為具體信息，再與表象圖式建立關聯(lián)；如果簡單信息是具體的，可將其直接與表象圖式建立關聯(lián)?？偠灾?，記憶術將無關的新異信息置于同一個概念框架或圖式表象中，從而形成ICM，于是，新異信息之間被賦予了意義聯(lián)系，這為信息得以進入LTWM創(chuàng)造了條件，也為記憶品質的提升提供了可能。

圖5　記憶術四大功能的關系

(三)理想認知模型解釋長時工作記憶

在LTWM框架下，AII只有在RC的牽引下才可能進入工作記憶以得到進一步加工。RC與AII之間的關聯(lián)強度越高，后者就越易得。然而，由于每個AII都可能與RC產(chǎn)生直接或間接的關聯(lián)。所以，長時記憶中的任何信息都有可能被提取到LTWM中來并得到認知操作，但這并不易實現(xiàn)。事實上，在具體的認知情境下，個體往往可以非常快速而準確地提取出唯一且最適宜的長時記憶信息。LTWM提出者認為[9]，長時記憶中的信息要想順利進入LTWM中，必須同時具備下列三個條件：一是在STWM中必須有相關的RC存在：因為RC為LTWM中的AII提供了錨定點，從而為AII的提取創(chuàng)造了可能性和必要性；二是具有豐富的背景知識，為RC與AII之間提供了意義關聯(lián)，背景知識越豐富，兩者之間的關聯(lián)就越緊密；三是對認知任務本身非常熟悉。只有面對熟悉的任務，個體才有能力從長時記憶中與RC有意義關聯(lián)的內(nèi)隱信息中快速選出與當下任務有關的AII。然而，LTWM提出者沒有說明下面的兩個問題：一是RC對AII的提取是基于何種心理機制；二是背景知識與任務的熟悉度是如何影響RC與AII之間的關系強度的。

ICM可以對上述問題中的心理機制做出解釋：首先，RC之所以能將LTWM中的信息牽引出來，是因為RC與AII處于同一個ICM上。同個ICM之上的任何知識結點由于和其它信息之間都存在某種意義關聯(lián)，所以很容易在將整個ICM牽引出來。由于同一個信息結點處于多個ICM上，在不同的認知任務中，基于用到的ICM不同，RC所能引出來的ICM就各不相同。其次，背景知識的參與為個體建構一個完整有效的認知框架提供了可能，這是由于RC與AII只有被放置在一個宏大的背景知識之上時，才有可能被封裝于同一個ICM中，從而建立起有意義的聯(lián)結。最后，熟悉的任務可以幫助個體將LTWM中的信息自動化地提取并加以操作，因為只有當個體對認知任務非常熟悉時，穩(wěn)定的ICM才有可能建立。

可見，通過上述四種建構途徑，RC與AII被建構在同一個ICM中。當ICM形成之后，只要其中任意一個信息可以進入STWM，ICM中的大量信息就都能存儲于LTWM中，這就增加了長時記憶中大量可用信息的易得性，同時避免了STWM超小容量對工作記憶的限制，使得個體即時存儲并操作大量信息成為可能，于是可以提升個體記憶效率并能優(yōu)化記憶品質。

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[學術編輯張婉莉]

[責任編輯熊偉]

The Optimizationof Mechanism Module of the Long-term Working Memory——Based on the Analysis of Ideal Cognitive Model

SUN Jian

(Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710048, China)

Mnemonics are memory strategies that establish a meaningful contact between the new and the inherent information. Mnemonics can effectively improve the quality of memory because they can help to construct an ICM (ideal cognitive model) which is stable and serves as a chunk that is easily recalled to the working-memory storage. The parts of a chunk in consciousness serve as a recalling clue and pull the other parts into the long-term working memory so as to effectively break the capacity of short-term working memory. In one sentence, mnemonics optimize the long-term working memory by establishing an ICM, so as to improve individual’s memory efficiency and enhance the quality of memory.

mnemonics; long-term working memory; ideal cognitive model; chunk

2015-11-22;

2016-03-06

孫健，男，陜西延安人，西安交通大學職員，主要研究方向：認知心理學。

■教育理論

A

2095-770X(2016)08-0010-06