工作記憶中的中央執(zhí)行系統(tǒng)

1、工作記憶中的中央執(zhí)行系統(tǒng)摘要:中央執(zhí)行系統(tǒng)是工作記憶中重要的子成分。目前對于中央執(zhí)行系統(tǒng)的研究逐漸深入和細化，研究工作主要集中于中央執(zhí)行系統(tǒng)的界定、中央執(zhí)行系統(tǒng)的功能和中央執(zhí)行系統(tǒng)神經(jīng)機制幾方面。但在中央執(zhí)行系統(tǒng)的作用機制、研究方法、以及影響因素等方面仍需要進一步的深入研究。關(guān)鍵詞:工作記憶中央執(zhí)行Baddeley在他最初的工作記憶理論構(gòu)建(1974)中，提出了工作記憶三成分學說，即語音環(huán)路(phonologicalloop)、中央執(zhí)行系統(tǒng)(centralexecutive)視空間畫板(visuo-spatialsketchpad,其中，語音環(huán)路和視空間畫板兩部分被認為是WM的附屬系統(tǒng)(Sla

2、veSystem),中央執(zhí)行系統(tǒng)被認為除了在計劃和控制行為上起作用外，還要整合來自于三個附屬系統(tǒng)和長時記憶中的信息(Allard,2001)1。Baddeley(2000)又對之進行了完善,補充了一種新的成分,即即情節(jié)緩沖(episodicbuffer)，它主要是用來解釋當前的工作記憶三成分學說不能解釋的內(nèi)容，另外，episodicbuffer主要內(nèi)容是有限的能力系統(tǒng),它能夠存儲多模道編碼中的相關(guān)信息,同時將新加入的信息和記憶中的信息進行整合,形成系統(tǒng)化的整合的情節(jié)表征2。一般認為,工作記憶中的中央執(zhí)行系統(tǒng)除了在計劃和控制行為上起作用外,還要整合來自于附屬系統(tǒng)和長時記憶中的信息(Allard,

3、2001)。然而，近些年來對工作記憶系統(tǒng)的研究中，研究的最少的就是中央執(zhí)行系統(tǒng)。Baddeley本人(1990)也承認這可能是由于對附屬系統(tǒng)進行觀察要更為容易一些。許多研究者(e.g.Baddeley,1996;Kiss,pisio,Francois&Schopflocher,1998;Morrisandjones,1990都已經(jīng)十分確定的提出了該系統(tǒng)在認知過程中的重要性，是工作記憶中的關(guān)節(jié)組成部分，因此，相關(guān)研究人員對該系統(tǒng)項目的研究應(yīng)該進一步細化和深入。中央執(zhí)行系統(tǒng)的界定中央執(zhí)行系統(tǒng)是Baddeley關(guān)于工作記憶理論的核心，然而對于中央執(zhí)行的界定一直是相當難的問題。Baddeley(197

4、4)最早把中央執(zhí)行描述成“就像一個裝碎布的口袋一樣，里面塞滿了各種復(fù)雜的策略p1.2雙任務(wù)的控制器有的人認為中央執(zhí)行系統(tǒng)在有對同時操作二種任務(wù)方面具有更高的要求，這一點與以前的認為中央執(zhí)行系統(tǒng)既操作加工也操作記憶，認為需要進行的每一個任務(wù)都要進行特定的加工，者可能會導(dǎo)致行為方面的績效降低(Baddeley,Bressi,DellaSal,Logie&Spinner,1991)，這個理論可以合理的解釋同時操作二種或二種以上任務(wù)時的作業(yè)成績沒有只操作單個任務(wù)時的作業(yè)成績好的原因。1.3注意管理系統(tǒng)中央執(zhí)行系統(tǒng)屬于一種注意管理系統(tǒng)，這個思想觀點來源于Norman(1986)等人關(guān)于注意控制模型中的注

5、意管理系統(tǒng)(SupervisoryAttentionSystem,SAS),但是，因為中央執(zhí)行系統(tǒng)中并沒有保護廣泛的SAS，對于很多不確定的任務(wù)，Baddeley(1986)表示，中央執(zhí)行系統(tǒng)能夠自動過濾掉執(zhí)行系統(tǒng)的習慣化反應(yīng)序列的作用，以這個思想為基礎(chǔ)處方，引申出來可以得到中央執(zhí)行系統(tǒng)負責激活反應(yīng)計劃，與此同時能夠發(fā)負責計劃間轉(zhuǎn)換以保持反應(yīng)的新異性(Baddeley,Emslie,Kolodny&Duncan,1998)。1.4協(xié)調(diào)或整合系統(tǒng)這一觀點認為工作記憶是一個多重的系統(tǒng)，其中的信息要通過某種方式來保持同步和協(xié)調(diào)，否則難以形成一致的知覺或表征。中央執(zhí)行系統(tǒng)作為一個協(xié)調(diào)裝置，對工作記憶的

6、各個子系統(tǒng)起到整合的作用，有許多研究者對之進行了詳細研究(Camos,Fayol&Barrouillet,1999;Towse&Hitch,1997;Yee,Hunt&Pellegrino,1991)。中央執(zhí)行系統(tǒng)的功能Smith和Jonides(1998對中央執(zhí)行系統(tǒng)的功能做了較詳細的劃分，提出中央執(zhí)行系統(tǒng)的功能中包含三種不同的操作，隨后又將執(zhí)行控制細化為以下幾個方面：一是任務(wù)管理任務(wù)管理能夠把復(fù)雜的任務(wù)的具體過程進行合理的排序，在對復(fù)雜任務(wù)進行排序期間，注意力將不會被改變；二是注意與抑制任務(wù)管理會把注意例集中放在相關(guān)的信息加工過程上，對沒有意義的信息進行適當?shù)囊种疲蝗潜O(jiān)控對存儲記憶的相關(guān)

7、內(nèi)容進行監(jiān)控，從而為下一步內(nèi)容作出纖細的計劃；四是計劃利用系統(tǒng)能夠作出一系列具體的任務(wù)，并且為完成目標任務(wù)做好準備工作；五是編碼按時間和位置對工作記憶中的表征進行編碼。在這五種操作過程中，前兩個是最基礎(chǔ)的部分，它們之間關(guān)系最密切（Smith&Jonides,1999）45。在概念水平上，由于中央執(zhí)行成分所負責的任務(wù)的多維性，很明顯需要對WM的中央執(zhí)行成分進行分解（fractionate）。事實上，通過對腦損傷病人的個案研究,以及一些群體研究已經(jīng)得出,不同的執(zhí)行任務(wù)間相關(guān)很低,并且在統(tǒng)計上并不顯著。由此,有人提出了中央執(zhí)行成分并不是整合的（unitary），需要對之進行分解。已經(jīng)有許多研究支持這

8、一點，但是對于存在有多少個子成分以及都具有什么特征卻沒有達成一致（Baddeley,1998。Baddeley（1996）曾提出了把中央執(zhí)行分解為不同的功能：在同時進行的需要執(zhí)行操作的兩種任務(wù)間分配資源（雙任務(wù)協(xié)調(diào)）的能力；轉(zhuǎn)換提取策略的能力；選擇性的注意一個刺激,并且抑制其它刺激的干擾效應(yīng)的能力；以及對長時記憶中存儲的信息進行保持和操作的能力；此外,還有一種經(jīng)典的中央執(zhí)行功能是更新功能（updating）6。Miyake等人（2000）使用潛變量分析,來考察不同的執(zhí)行功能在多大程度上可被認為是整合的（unitary）還是分離的（non-unitary）。驗證性因素分析表明三種常見的執(zhí)行功能轉(zhuǎn)

9、換、更新和抑制之間是中度相關(guān)的，但它們有著明顯區(qū)別。而且，結(jié)構(gòu)方程模型表明這三種功能在復(fù)雜的執(zhí)行任務(wù)中分別起作用，而雙任務(wù)協(xié)調(diào)能力則與這三種執(zhí)行功能不同7。FabienneCollette等人(2001)采用神經(jīng)成像的方法來考察工作記憶中的中央執(zhí)行成分，探討了與中央執(zhí)行成分相聯(lián)系的腦機制，并對中央執(zhí)行系統(tǒng)所包含的功能進行分解，分解為四種功能更新(updating)、抑制(inhibition)、轉(zhuǎn)換過程(shiftingprocess)，以及雙任務(wù)的協(xié)調(diào)(dual-taskcoordination)8。更新功能更新機能是執(zhí)行功能中重要的一種，它是指根據(jù)新呈現(xiàn)的信息，對WM內(nèi)容進行持續(xù)修正的能力

10、。這一更新機能要求對新進入的信息進行監(jiān)控和編碼，以使之與當前進行的任務(wù)相關(guān)；然后再適當?shù)男拚齏M中的項目，用新的更為相關(guān)的信息來代替那些已經(jīng)不再和當前任務(wù)有關(guān)的信息。許多研究表明更新功能與BA9區(qū)以及BA46/10區(qū)有關(guān)(Salmon,1996;M.VanderLindenetal)911。抑制功能抑制功能包括較多的內(nèi)容，筆者分析主要的觀點包括以下幾個部分：一是為了防止與目標任務(wù)無關(guān)的信息的介入;二是抑制不符合情景的反應(yīng)的進入;三是防止存儲記憶中不相干的信息的在二次激活。中央執(zhí)行系統(tǒng)的抑制功能的研究模式主要是stroop任務(wù)，hayling任務(wù)，WCST,TowerofHanoi(TOH)等。

11、轉(zhuǎn)換過程中央執(zhí)行系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)化過程也是控制過程的比較重要的內(nèi)容之一，在研究命令的轉(zhuǎn)化過程中，經(jīng)常以人物轉(zhuǎn)化的模型的來對比和研究，很多已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的研究過程不僅僅包括前額的皮層部分，還包括背部的很多區(qū)域和癖習區(qū)域(Duncan,1997;Rogers,2000;konishi,1998;Sohn,2000;Wilkinson,2001Adcock,2000;klingberg,1998)。中央執(zhí)行系統(tǒng)的神經(jīng)基礎(chǔ)中央執(zhí)行系統(tǒng)的研究是從研究阿爾茨海默病人(AlzheimerDisease,AD)的記憶缺失開始的，通常以額葉損傷病人、AD患者、老年人為被試，同時以正常成年人為對照組進行研究。通過比較實驗組與

12、對照組作業(yè)成績間的差別來推斷CE的一些機制。研究發(fā)現(xiàn)額葉損傷的患者在進行計劃和組織等需要工作記憶參與的活動上常表現(xiàn)出嚴重困難，他們不是注意力分散就是不能把注意力從某一任務(wù)上轉(zhuǎn)移開。但由于病變范圍較廣，還不能提示特定的較小區(qū)域或細胞的功能。前額葉皮層(prefrontalcorte,PF)是工作記憶的指揮者，參與視覺空間、物體特征、語言等各種類型的工作記憶。人們發(fā)現(xiàn)，在CE的定位研究中前額葉皮層也起著重要作用12。Baddeley(1996)雖然承認，中央執(zhí)行控制可能與額葉活動關(guān)系密切，但他對該區(qū)域確定為工作記憶的神經(jīng)機制仍持謹慎態(tài)度，因為額葉活動與許多心理過程都有關(guān)。然而，Rosen和Eagl

13、e(1997)曾推斷，中央執(zhí)行功能可能定位于額葉，尤其是背外側(cè)前額皮層(dorsolateralprefrontalcortex)。FMRI研究證實了Rosen等的推測，即執(zhí)行控制與前額皮層有關(guān)，其中額葉皮質(zhì)背外側(cè)與注意資源的分配與協(xié)調(diào)有關(guān)，前扣帶回在雙任務(wù)操作有關(guān)13。額葉損傷的患者進行計劃和組織等需要工作記憶的活動常有嚴重困難。并且，他們不是注意力分散就是不能把注意力從一件任務(wù)上轉(zhuǎn)移開。由于這些病變范圍較廣，不能提示特定小區(qū)域內(nèi)或細胞的功能。近來的猴子和人的腦成像研究則提示前額葉皮層46區(qū)是計劃和注意活動的重要控制者(Fuster,1992),人腦研究也提示了前額葉皮層控制著注意力在兩件任

14、務(wù)間的轉(zhuǎn)換(DEsposito，1995)14。然而在研究CE定位方面不是很具體，例如：如何處理前額葉皮層存在的具體信息，同時由該皮層不同部位進行分工執(zhí)行的特點就是該皮層的功能。且在新的研究中，不難發(fā)現(xiàn)前額葉損傷的病人當中，盡管表現(xiàn)出短時貯存有下降的現(xiàn)象，但是該現(xiàn)象與控制組中的被試相比較來看，在從事雙任務(wù)和抑制不相關(guān)的信息上都一樣的好，而這些研究的發(fā)現(xiàn)中，前額葉皮層在所有的執(zhí)行過程中并不是唯一支持(Andr,P.&VanderLinen,M.,2001)。此外，還有研究得出額葉受損也可能表現(xiàn)出正常的執(zhí)行操作。同時，在對CE的地位工作中，選用FMRI技術(shù)進行研究，在研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MRI技術(shù)盡管可

15、以將附屬系統(tǒng)定位確定在前額葉皮層中，但是在前額葉皮層中不是每一個的附屬系統(tǒng)定位都可以精確的出來，同時，CE定位的證據(jù)是FMRI技術(shù)所不能得出的(Allard,2001)。根據(jù)提示我們可知，在現(xiàn)今我們所發(fā)現(xiàn)的解剖位置中，中央執(zhí)行系統(tǒng)的地位可能存在不局限于該位置，其中它的神經(jīng)機制顯示的更加復(fù)雜。結(jié)語與展望在Baddeley和Hitch(1974)的工作記憶模型中，中央執(zhí)行系統(tǒng)成分最開始被用來避免模型要解釋眾多超出短時記憶問題范圍外的現(xiàn)象的。盡管CE做為注意的組織者或意圖的規(guī)劃者在實驗室任務(wù)中，已經(jīng)能夠解釋一些方面，但對于CE是如何組織，如何起作用，甚至是不起作用遵循如何的機制等問題目前并沒有得到詳

16、細的論述。MayJ等人提出應(yīng)對WM模型中加工和存儲資源之間進行區(qū)別，并對CE如何與附屬子系統(tǒng)相互作用提出了二種可能的觀點。(1)附屬子系統(tǒng)可能只是存儲機制，只是被動地接受從CE來的特殊表征形式，保存它，然后返回到CE去加工；(2)每一個子系統(tǒng)都存儲知識的運用和變化。附屬子系統(tǒng)可以活躍地加工或修改自身的表征，組織并精細地說明內(nèi)容。Barnard(1985，1999)曾提出一個相互作用認知子系統(tǒng)(ICS)模型，強調(diào)了在不同表征水平間心理資源的流動，以及在每一個認知子系統(tǒng)內(nèi)而非彼此之間競爭加工資源。ICS在考慮了所有子系統(tǒng)內(nèi)部機能以及關(guān)于二個主要的子系統(tǒng)間信息的交換方面，較之原始的WM模型更為詳細，

17、區(qū)分了原來的模型所未區(qū)分的加工和存儲。但這一模型由于對傳統(tǒng)任務(wù)的解釋具有寬容性，因而不夠精確。對中央執(zhí)行系統(tǒng)的功能研究已經(jīng)非常細化，而且對于不同功能相對應(yīng)的神經(jīng)機制也有探討。由于現(xiàn)有的工作記憶模型是一個純功能的模型，這就使得對于各子成分的功能的研究顯的尤為重要。尤其是在現(xiàn)實生活中不同的高級認知活動中，中央執(zhí)行系統(tǒng)如何發(fā)揮不同的功能，這些不同的功能又如何得到進一步的增強，都需要進一步的研究。由于中央執(zhí)行系統(tǒng)對于許多認識任務(wù)的操作都存在影響，所以現(xiàn)在對于中央執(zhí)行系統(tǒng)與其他影響因素的關(guān)系，目前研究很少。有人研究得出執(zhí)行機能與年齡有關(guān)，一般而言，CE與年齡關(guān)系密切，隨年齡增長，中央執(zhí)行控制功能降低。還

18、有研究表明CE功能與人格有關(guān)。Lieberman,M.(2000)的研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)向和外向的人，在工作記憶的執(zhí)行成分上可能不同。他采用Sternberg(1995的記憶掃描范式(memoryseanningparadigm，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在對工作記憶中的內(nèi)容和外部的靶子間進行比較時，內(nèi)向的人要慢于外向的人15。此外，對中央執(zhí)行系統(tǒng)的研究中，除主要采用認知方法研究CE的各項認知及神經(jīng)機制外，還采用人類的電生理學記錄，如ERP;神經(jīng)成像方法，如正電子發(fā)射層描術(shù)(PET)、功能性核磁共振成像(FMRI)等(DEsposlto,1995;KalinaChristoff,1999;FraneiseoBareel

19、o,2001;KimM,Cornishet.al,2001);還有計算機輔助的方法(eomputer-assistan)t等等16。在實際的實驗研究中，常常不只是采用一種方法，而是將二種甚至二種以上方法相結(jié)合。許多研究者已經(jīng)提出應(yīng)該同時從認知心理學、神經(jīng)心理學以及神經(jīng)成像的角度來考慮。運用多種研究方法使中央執(zhí)行系統(tǒng)的研究更為深入，為工作記憶研究的進一步擴展提供了保障。參考文獻BaddeleyAD.Workingmemory.Science,1992,255:556-559.BaddeleyAD.Theepisodicbuffer:anewcomponentofworkingmemory?Tre

20、ndsincognitivesciences,2000,4(11):417-423.JohnNTowse,CarmelMT,Houston-Price.ReflectionsontheConceptoftheCentralexecutive,Workingmemoryinperspective,(Chapter11)2001,writtenbyJackieAndrade,NewYork,NY,10001.SmithEE,JonidesJ.Neuroimaginganalysisofhumanworkingmemory.PreceedingsofNationalAcademyofSciences

21、,1998,95:12061-12068.SmithEE,JonidesJ.Storageandprocessesinfrontallobes.Science,1999,283:1657-1661.BaddeleyAD.Thefractionationofworkingmemory.ProceedingsofNationalAcademyofSciences,1996,93:13468-13472.MiyakeA,FriedmanNP,EmersonMT,WitzkiAH,HowerterA.Theunityanddiversityofexecutivefunctionsandtheircon

22、tributionstocomplexfrontallobetasks:alatentvariableanalysis.CognitivePsychology,2000,41:49-100.ColletteF,VanderLindenM.Brainimagingofthecentralexecutivecomponentofworkingmemory.NeuroscienceandBiobehavioralReviews,2002,26:105-125.MorrisN,JonesDM.Memoryupdatinginworkingmemory:theroleofthecentralexecutive.BritishJournalofPsychology,1990,81:111-121.SalmonE,VanderLindenM,ColletteF,DelfioreG,MarquetP,DegueldreC,LuxenA,FranckG.Regionalbrainactivityduringworkingmemorytask.Brain,1996,119:1617-1625.VanderLindenM,ColletteF,Salmon