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神奇数字7的冒险 - 工作记忆的奥秘

神奇数字7的冒险 - 工作记忆的奥秘

作者: 百万机器猫 | 来源:发表于2019-02-17 13:58 被阅读61次

假如向神灯许愿改善人类的能力,那么唯一值得改善的是工作记忆。
-- 克林贝里《超负荷的大脑》

记忆如何形成,如何更好的记忆,是一个影响每个人的大问题。

很久以前就有人开始研究,100年前出现了艾宾浩斯记忆曲线,提出了记忆策略对记忆的影响,但总会时灵时不灵,对策略的研究有如在门外看门内,笼罩着一道厚厚的迷雾笼罩。

现代实验心理学是深入的阶梯。

1956年,哈佛大学心理系主任乔治.米勒(George A. Miller)决定要把心理学的方向从那些无关痛痒的小事转向研究人本身,提出了认知这个研究主题。

但研究人,研究什么呢,什么样的问题最值得研究,他第一时间就想到了这个大问题:记忆。他给整个科学界提出了他的难题:神奇数字7的奥秘。

数字7具有不可思议的出现频率并且能够激发想象力:世界七大奇迹、七大洋、七宗罪、北斗七星、人生的七个阶段、七重地狱、七种主色调、七声音阶以及七天为一星期。

我们的记忆受制于这个神奇数字,但为什么这样,背后的机制原理如何,需要整个科学界发起冲刺。

存储器

首先交出答卷的是两位科学家 阿特金森和希夫林,人的记忆过程,从输入开始,分别经过 感知记忆 → 工作记忆 → 长时记忆。

其中 感知记忆,大家可以理解为人视觉、听觉、触觉等感官系统所接收到的信息,它经人的神经系统传输到 工作记忆 并进行相应处理之后,才会转到我们人脑中的 硬盘(长时记忆) 去,当然 工作记忆 也可以直接从 硬盘 中读取信息。

取名工作记忆,因为不仅包括短时记忆的信息,还包括信息处理的系统。这是记忆的瓶颈,也是记忆研究的突破口。

这个模型把人的记忆跟计算机的存储进行了类比,神奇数字的限制来源于容量。但是也带来了另外一个假设,记忆的强度取决于读写的频次,记忆次数越多记的越好,记忆是一个无生命的机械结构。

大脑真的会是一台机器吗?故事的主角巴德利教授(Alan Baddeley)登场。

巴德利在当时并不是研究人员,他的工作是优化邮政编码的设计。关于邮编编号,我们国家是纯数字串组成,英国则是「英文+数字」的形式,比如「PO13AX」。巴德利发现「英文+数字」的结构要比纯数字更好记,因为它是有意义的字符串。

巴德利的工作带来了邮局工作效率的大幅度提高。但他更关心的是背后的原理,除了记忆次数,还有其他方法可以改变记忆强度,开始了研究之路。

复读机

第一个切入点是语音,语音信息是最常记忆的,也是最好研究的。

在听人讲话的时候,心中会产生回响。在阅读的时候,内心也会发出声音,记忆的实质会不会是语音。

通过分析语音的工作原理,巴德利提出了工作记忆的第一个模块:语音环(Phonological Loop)。

这个模块最早叫 发声环:我们要保持一段语音,做法是不断重复的朗读,大脑的工作原理也类似,只不过采用的是默读。

语音环由一个语音存储和一个默读环组成,对于语音信息的记忆,是通过不断默读来保持住,就像一台不停工作的复读机,保持的强度决定最终的存储。

这可以解释很多现象:

  1. 看完一段书,然后放空自己,会不断的冒出念头,这是默读在自动工作。
  2. 突然被打断,会丢失刚才记忆的内容,因为默读是不能中断的。
  3. 有的文字很难记,有的文字很好记,会发现难记的文字也难读,因为默读困难。

默读是不是原封不动的读原始语音,研究发现并不是这样。我们读的是“心语”,有些词发音相同,但人脑可以区分,说明不是机械的照搬原来的读音。

另外同样一段文字有的人觉得好读,有的人觉得不好读。因为默读会调用长时记忆上的心理词典,降低难度,积累的越多,读起来越容易,也更容易记忆。

有一些所谓的快速阅读方法,要求关闭默读,不符合记忆原理,也许会读得更快,但记不住有啥意义。

画板

那是不是所有的信息都会转换成语音来记忆,当然不会这么简单。巴德利在研究中发现在一定条件下人可以打破神奇数字7的限制。

巴德利在测试时对受试者引入一些干扰作业,比如去模拟语音处理有困难的人,叫他一直念一个字,如 one、two、tree、four……不断重复,然后去干扰他语音的发音,去看看最后受试者语音和图片记忆保存的结果如何。

最终实验结果表明,语音任务和同时进行图片任务没有互相影响,在处理语音的同时,处理图像信息,两者有各自的限制,而且互相不受影响。

于是提出了第二个模块:视觉空间画板(Visuo-spatial Sketchpad),这是一个跟语音环平行的模块,处理视觉、空间信息。

为什么是 画板,因为处理图像和处理语音是不一样,不需要反复重复,只需要在板上做画就行。

视觉空间信息,有三类:

  1. 大小,形状,颜色,这些视觉特征。
  2. 方位,朝向是空间特征,顺便提一下,在语言中空间特征非常常见。比如上课、下课,用空间来类比开始结束。
  3. 触觉信息,身体的感觉。

视觉空间画板跟语音回路是独立的模块,如果充分利用,相当于额外添加了记忆的设备。

  1. 除了词音、词义,额外增加视觉信息,比如结构、颜色。花花绿绿的脑图会比纯文字好记。
  2. 利用触觉,这也是纸质书阅读很难被电子书取代的原因,好的纸书会带来独特的触觉体验,能帮助记忆。

视觉空间画板相比语音环,研究并不那么充分,因为视觉信息容易受干扰。视觉信息也不是简单的保存,人会进行特征加工,这块研究比较前沿,斯蒂芬.平克就是做这方面研究的。

视觉跟语音处理的分离会带来一个新问题,外界信息并不是严格区分的,人脑怎么来区分,所以出现了第三个模块:中央执行系统(The Central Executive)。

这是一个没有存储容量的纯注意力控制系统。作用就是根据任务来调配 语音环和视觉空间画板工作。

因为这个执行控制系统的作用,两个模块可以并行工作。长时记忆也不会区分语音和图像存储,在这里会做融合。

最经典的工作记忆训练方法叫:Dual n-back,dual的意思是同时做语音和视觉的记忆任务,能充分把工作记忆的三个模块都调动起来,怎么玩的,体验一次就知道。

这个模型是巴德利在1976年提出的,当时只是众多模型之一。但由于整个论证过程非常清晰,每个部分都能实证检验。在科学界经历了20多年的验证和挑战,站稳了脚跟,成为了共识。这篇论文也是科学领域最高被引的论文之一。

一个有效的理论应该做出清晰、可检验的预测。

舞台

最新的工作记忆模型有四个模块,而不是三个,这是为什么?

在模型诞生25年之后,巴德利教授写了一篇论文,说我们低估了大脑的潜力。大脑能做得更多,要为这些潜力增加一个新的模块:情景缓冲器(Episodic buffer)。

教授讲了一个故事来形容他的研究,他说直到现在,还能记起妈妈香水的味道。但很神奇的是,童年时候记起妈妈的香水是一种难受的感觉,现在感受到的是舒适。气味存在长时记忆中不会改变,在什么地方改变的,他称为情景缓冲器。

这个新模块的特征可以用它的名字理解:Episodic buffer。

Episodic 是一个戏剧术语,指的是舞台上一幕的表演,缓冲区表示容量有限。在舞台上,画面、声音等等其他会互相混合,产生超越元素特征的意义。这里使用了一个舞台的隐喻,在这个舞台上,演员、舞美、音乐等等相互混合 ,可以被观众所接受,产生对戏剧的意识。

从缓冲区中提取是有意识发生的,情景缓冲器可能代表了人类的意识产生装置。

生命体

经历了40年的长跑,解答了起点的问题:记忆不是死的处理器,而是活的生命体。

从神奇数字7开始,复读机、画板、舞台,通过这些构造和融合,指向了神奇的意识,我们的记忆背后有生命力的存在。

学者们用了40年时间来探索记忆的奥秘,用大量的实验和扎实的论证来一点点揭开这道迷雾。

这是认知科学最热门、也是最前沿的领域,诞生17万篇相关的论文和三位诺奖,认知皇冠的称号当之无愧。

这是人类最核心的能力之一,是决定人类智力的最重要因素,也是心理学家们所探寻的崇高使命。

生命不过是一场记忆。
-- 王安忆

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