工作記憶與短時記憶的區別

撰文 東華君(南昌大學神經科學博士生)

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兩個概念的歷史

工作記憶( working memory)的概念是1960 年 Miller 等人在他們的著作《行為的計劃與結構》一書中首次提出的[1, 2]。他們發明這個辭彙的目的是為了方便將思維研究與電腦的理論進行比較。1968 年, Atkinson 和Shiffrin開始在心理學的研究中使用工作記憶這個概念, 用它解釋他們所提出的模塊模型（modal model）中的短時記憶理論[3]。這就是為什麼我們現在所說的工作記憶之前會被稱為short-term memory、short-term store、primary memory和immediate memory等概念的原因。1974年，Baddeley和Hitch在模擬短時記憶障礙的實驗基礎上提出了工作記憶的三系統概念[4]，突出了工作記憶對信息的監控、加工和保持。從此，工作記憶和短時記憶有了不同的意義。自上世紀80年代以來，在Goldman-Rakic等人的引領下，一大批神經科學家也投身於對工作記憶的研究[5]。時至今日，工作記憶被認為是人類高級認知活動的核心基礎，已經成為了神經科學界的熱點問題之一。

兩者的定義

我們定義短時記憶時，是將其與感覺記憶和長時記憶一同介紹的。三者純粹是從信息保存時間的長短進行區分的。短時記憶指的是那些能夠維持幾秒至幾分鐘的記憶。換言之，在這個範圍內的記憶就可以被認定為短時記憶。

而工作記憶指的是個體在執行認知任務中, 對信息暫時儲存與操作的能力（圖1）。工作記憶就猶如一個「思維的黑板」[2]，能提供一個界面，我們可以在之上暫時放置信息，使其「浮現在腦海」。然後我們可以通過一些處理，將這些信息與其他信息聯繫或轉換為新的信息[3]。例如，工作記憶允許我們記住電話號碼、完成心算和計劃接下來的事情。這些過程通常都在秒級的時間內完成。

圖1. 工作記憶的定義

兩者的同與不同

從兩者的定義，我們就可以看出，短時記憶強調的是記憶維持的時間，工作記憶強調的是信息的存儲和操作。這也是兩者之間的主要區別。但是除此之外，還有一些其他的區別。

第一，從信息維持的時間而言：短時記憶指的是那些能夠維持幾秒至幾分鐘的記憶，而工作記憶的維持時間正好位於這個區間。如果僅從對信息的存儲時間這一角度考慮，可以說，工作記憶只是一種特殊的短時記憶。

第二，從記憶機能而言：工作記憶所維持的信息是服務於隨後的認知活動的，並且基於這種存儲基礎上的處理與加工是這些認知活動的前提條件。舉一個例子，比如說心算中的記憶就是一種工作記憶。而短時記憶的機能僅僅是起到對信息的存儲作用，其存儲的信息不一定會被下一步認知活動所運用到。比如，我們奔跑在鄉間的小路上時，不經意間記住的野花的顏色。如果僅從對信息的存儲這一角度考慮，工作記憶與短時記憶是相通的，但是在機能方面工作記憶比短時記憶，多了一個對信息的加工功能（圖2）。

圖2. 心算過程中，對"7-11=-4"和"-4÷8=-0.5"的記憶為工作記憶。我們不經意間也會記住圖中阿拉伯數字的顏色，這是一種普通的短時記憶。

第三，從組成成分而言：與短時記憶只具備存儲功能不同的是，工作記憶到底包括哪些組成成分一直存在著巨大的爭議（具體請參見：工作記憶的理論模型）。因此工作記憶系統與短時記憶系統的組成成分之間的關係，也一直都是人們爭論的話題。但是，在心理學領域，大體的說，大部分人都主張工作記憶系統包含短時記憶系統。他們認為工作記憶系統是由 「短時記憶」 和 「控制加工系統」 兩個部分構成的（部分人因此認為短時記憶是工作記憶的子系統）。以Baddeley等人的多成分模型為例，中央執行系統就是「控制加工系統」，而語音迴路、視空間模板和情景緩衝區就是「短時記憶」（圖3）。

圖3. Baddeley的四成分工作記憶模型[2]

但是，也有一些人在試圖修正短時記憶的定義。他們認為，短時記憶的存儲僅僅靠「短時記憶存儲庫」這一個單一的功能是無法實現的。要想實現短時記憶的機能，「控制加工系統」也是不可缺少的重要部分[6]。從這個觀點出發工作記憶與短時記憶在組成結構上並沒有大的差別，都是由「短時記憶」和「控制加工系統」所構成的。但是工作記憶與短時記憶在組成結構的差別上就在於工作方式上的不同，工作記憶比短時記憶更依賴於「控制加工系統」。

第四，從信息的形式而言：工作記憶所涉及的信息包括腦內存儲的記憶（長時記憶）和外界輸入的感官刺激。這一點上，短時記憶和工作記憶其實沒有什麼不同。但是，工作記憶是服務於語言理解、推理和計劃等認知能力的[7]。工作記憶中存儲的信息常是可以通過有意識的過程而接觸（或訪問）的知識，類似陳述性記憶（比如，情景記憶）[8]。而短時記憶，似乎也包括一些我們無法通過有意識的過程而接觸的知識，類似於非陳述性記憶（比如，技巧和習慣）。

第五，從信息的去向而言：我們將工作記憶比喻成「思維的黑板」，是因為其中維持的信息在被使用之後，通常就會被「擦除」。例如，圖2中的心算結束後，我們只記得「（7-11）÷8=-0.5」，而「7-11=-4」則會從我們的記憶中消失。而短時記憶中的信息卻不一樣，其中的很多信息會進一步被轉化成長時記憶。

但是值得注意的是，當前學術界關於這兩個概念的定義還沒有特別確定的表述，因此兩者之間的關係還存在一些爭議。但是大體而言，目前的主流觀點認為工作記憶是短時記憶一種特殊形式：工作記憶=「短時記憶」+「控制加工系統」。

參考文獻：

1. Miller, G.A., E. Galanter, and K.H. Pribram, Plans and the structure of behavior. Nueva York, Holt, Rine hart & Winston, 1960.

2. Baddeley, A., Working memory: looking back and looking forward. Nat Rev Neurosci, 2003. 4(10): p. 829-39.

3. Atkinson, R.C. and R.M. Shiffrin, Human memory: A proposed system and its control processes, in The psychology of learning and motivation, K.W. Spence and J.T. Spence, Editors. 1968, Academic Press: London. p. 89-195.

4. Baddeley, A.D. and G.J. Hitch, Working memory. The psychology of learning and motivation, 1974. 8: p. 47-89.

5. Arnsten, A.F., The neurobiology of thought: the groundbreaking discoveries of Patricia Goldman-Rakic 1937–2003. Cerebral Cortex, 2013. 23(10): p. 2269-2281.

6. Aben, B., S. Stapert, and A. Blokland, About the distinction between working memory and short-term memory. Frontiers in psychology, 2012. 3: p. 301.

7. Baddeley, A., Working memory. Science, 1992. 255(5044): p. 556-559.

8. Engle, R.W., et al., Working memory, short-term memory, and general fluid intelligence: a latent-variable approach. J Exp Psychol Gen, 1999. 128(3): p. 309-31.

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