歸納推理老化中工作記憶容量和加工速度的作用

歸納推理老化中工作記憶容量和加工速度的作用

1信息加工研究中的研究可提高到了根據(jù)認(rèn)知老化加工資源的理論，認(rèn)知功能隨著年齡的增加而減少，這是由于老年人在心理任務(wù)中缺乏心理資源，他們可以快速提取。這些資源主要是指工作記憶，它們?cè)谀挲g和認(rèn)知功能之間用作中介變量?！肮ぷ饔洃洝钡母拍钍荁addeley和Hitch于1974年在短時(shí)記憶的基礎(chǔ)上提出的,它是一個(gè)對(duì)信息進(jìn)行暫時(shí)儲(chǔ)存和加工的記憶系統(tǒng)。Baddeley指出工作記憶至少包含三個(gè)子系統(tǒng),分別為中央執(zhí)行系統(tǒng)(centralexecutive),以及兩個(gè)從屬的存儲(chǔ)子系統(tǒng):語(yǔ)音環(huán)路(phonologicalloop)和視空間初步加工系統(tǒng)(visuospatialsketchpad)。中央執(zhí)行系統(tǒng)的主要功能是協(xié)調(diào)和監(jiān)控(特別是對(duì)于那些同時(shí)進(jìn)行的操作);語(yǔ)音環(huán)路主要存儲(chǔ)言語(yǔ)信息包括數(shù)字信息;視空間初步加工系統(tǒng)主要儲(chǔ)存視覺信息。而認(rèn)知老化的加工速度理論則認(rèn)為加工速度隨年齡增長(zhǎng)而減慢是認(rèn)知功能發(fā)生老化的主要原因。工作記憶容量雖然可以解釋許多認(rèn)知功能的年齡相關(guān)變異,但是如果控制了加工速度后,工作記憶的解釋力就大大下降。甚至,工作記憶容量本身的年齡相關(guān)變異也可以由加工速度來解釋。例如,Salthouse和Meinz考察了詞匯工作記憶廣度、算術(shù)工作記憶廣度和知覺速度(字母比較和模式比較)以及年齡的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)控制了知覺速度后,工作記憶中的年齡相關(guān)變異減小了84.6%,說明工作記憶中的大部分年齡差異可以由知覺速度來解釋。大量研究表明,加工速度較之工作記憶在認(rèn)知老化中起著更為基礎(chǔ)的調(diào)節(jié)作用。歸納推理(InductiveReasoning)能力一直以來被認(rèn)為是人類高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)的重要方面。Thurstone認(rèn)為歸納推理能力是構(gòu)成智力的7種基本心理能力之一。Sternberg則在其三元智力理論中指出,一些被認(rèn)為是對(duì)流體智力最佳測(cè)量的認(rèn)知任務(wù)均依賴于歸納推理,無論是在心理測(cè)量文獻(xiàn)還是在信息加工文獻(xiàn)中,具有歸納結(jié)構(gòu)的問題都具有十分重要的地位。因此,無論是描述認(rèn)知功能隨增齡變化過程,還是分析認(rèn)知老化機(jī)制,人們都普遍將歸納推理能力列為認(rèn)知功能的代表性指標(biāo)之一。對(duì)影響歸納推理能力老化的因素的探討顯然將有助于揭示老年人認(rèn)知衰退的可能內(nèi)在機(jī)制。但到目前為止,只有為數(shù)不多的研究從信息加工角度入手探討影響歸納推理能力老化的調(diào)節(jié)變量。Salthouse對(duì)18-70歲成年人的圖形歸納推理進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)推理能力的年齡差異是由工作記憶容量的有限性所導(dǎo)致,即在加工過程中,有限的信息保持能力是引起推理能力差異的主要原因。這一研究結(jié)果表明,工作記憶的兩個(gè)存儲(chǔ)子系統(tǒng)在圖形歸納推理能力老化中起著重要作用。不過,工作記憶容量具體在多大程度上調(diào)節(jié)歸納推理的年齡相關(guān)變異,兩個(gè)存儲(chǔ)子系統(tǒng)各自在推理老化過程中扮演何種角色,二者誰(shuí)的衰退更多影響到歸納推理的老化,Salthouse沒有進(jìn)一步的分析。而這一點(diǎn)對(duì)于探明兩個(gè)存貯系統(tǒng)在認(rèn)知活動(dòng)中的作用是非常關(guān)鍵的。鑒于此,本研究仍采用圖形歸納推理材料考察工作記憶的兩個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的功能是否平衡?這是本研究的一個(gè)主要目的。另外,如前所述,有研究表明加工速度在認(rèn)知老化過程中起著比工作記憶更為基礎(chǔ)的作用,那么,加工速度應(yīng)該也影響著工作記憶對(duì)歸納推理能力老化的作用。但是,加工速度是否完全通過工作記憶容量作用于推理能力?除了以工作記憶容量為中介產(chǎn)生間接作用以外,加工速度對(duì)歸納推理能力的老化是否存在直接作用?這是本研究感興趣的又一個(gè)問題。綜上所述,我們有這樣一些假設(shè):(1)從材料性質(zhì)來看,圖形歸納推理似乎和視覺信息有更多聯(lián)系,那么視空間初步加工系統(tǒng)在這一認(rèn)知過程中可能起到更大的作用。(2)在年齡和歸納推理能力之間,至少存在年齡——加工速度——工作記憶容量——?dú)w納推理這樣一條層級(jí)作用關(guān)系。2以中康的60歲以上老人為主方便取樣。分別在北京市崇文區(qū)、朝陽(yáng)區(qū)和海淀區(qū)的三個(gè)社區(qū)選取身體基本健康的60歲以上老人217人。平均年齡為69.95(標(biāo)準(zhǔn)差為4.93),平均受教育年限為8.35(標(biāo)準(zhǔn)差為4.98)。方差分析表明,年齡與受教育水平之間沒有顯著關(guān)系(F(3,211)=1.438,p=.233)。2.2實(shí)驗(yàn)2:單次考驗(yàn)和4次狀態(tài)下的記憶圖形歸納推理測(cè)驗(yàn)。要求被試找出已知成對(duì)圖形的類比規(guī)律,然后從五個(gè)備選圖形中選出一個(gè)能夠與目標(biāo)圖形構(gòu)成符合類比規(guī)律的成對(duì)圖形。先用例題向被試說明任務(wù)是什么,怎樣做是合題意的。然后進(jìn)行三個(gè)題目的練習(xí),練習(xí)題目不再出現(xiàn)在正式題目中。由計(jì)算機(jī)隨機(jī)呈現(xiàn)圖形推理題目,被試確定答案后,進(jìn)行按鍵反應(yīng)。記錄3分鐘內(nèi)被試做對(duì)的題目數(shù),每做對(duì)一題記一分,總分越高表明個(gè)體歸納推理能力越好。工作記憶容量:(A)數(shù)字工作記憶廣度測(cè)驗(yàn)——語(yǔ)音環(huán)路容量:呈現(xiàn)若干組10以內(nèi)一則加減算術(shù)題,請(qǐng)被試心算并同時(shí)記住每道題的答案。待一組題目計(jì)算完畢后,請(qǐng)被試按從前往后的順序回憶這一組題目的答案?；貞浲戤吅?開始進(jìn)行下一組題目的計(jì)算和記憶。每組題目數(shù)量從1道到9道,逐漸增加題目數(shù)。同一數(shù)量的題目共有3組,如果3組中有2組不能正確計(jì)算或是正確回憶,則停止實(shí)驗(yàn)。如果被試在題目數(shù)量為n時(shí)停止實(shí)驗(yàn),則被試的數(shù)字工作記憶容量為n-1。練習(xí)題目共6組,與正式實(shí)驗(yàn)不同。(B)空間工作記憶廣度測(cè)驗(yàn)——視空間初步加工系統(tǒng)容量:左右并排呈現(xiàn)兩個(gè)4×4網(wǎng)格,每個(gè)網(wǎng)格中隨機(jī)分布若干“*”點(diǎn)。要求被試判斷左右兩個(gè)網(wǎng)格中的“*”的分布是否相同,同時(shí)要求被試記住左邊網(wǎng)格中“*”的分布。判斷結(jié)束后,請(qǐng)被試回憶左邊網(wǎng)格的“*”點(diǎn)的分布情況。網(wǎng)格中“*”點(diǎn)的數(shù)目從2到9逐漸增加,每個(gè)點(diǎn)數(shù)下包括3次試驗(yàn)。如果3次試驗(yàn)中有2次不能正確判斷或者正確回憶,則停止實(shí)驗(yàn)。如果被試在點(diǎn)數(shù)為n時(shí)停止實(shí)驗(yàn),則被試的空間工作記憶容量為n-1。練習(xí)3次,與正式實(shí)驗(yàn)所用材料不同。加工速度:(A)數(shù)字比較測(cè)驗(yàn):由計(jì)算機(jī)隨機(jī)呈現(xiàn)兩串?dāng)?shù)字,要求被試在保證正確的情況下盡可能快地比較這兩串?dāng)?shù)字是否相同,并做相應(yīng)的按鍵反應(yīng)。每串?dāng)?shù)字個(gè)數(shù)在3-9位之間,每次同時(shí)呈現(xiàn)的兩串?dāng)?shù)字長(zhǎng)度相同。正式實(shí)驗(yàn)共比較84對(duì)數(shù)字串,7種不同位數(shù)的數(shù)字串各12對(duì)。正式測(cè)驗(yàn)前有三個(gè)練習(xí),不再出現(xiàn)在正式測(cè)驗(yàn)中。記錄被試每次試驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)和正確性,并計(jì)算正確反應(yīng)的平均反應(yīng)時(shí)和正確率。(B)圖形匹配反應(yīng):由計(jì)算機(jī)隨機(jī)呈現(xiàn)一組圖形,上邊一個(gè),下邊五個(gè)。要求被試在保證正確的情況下盡可能快地從下面五個(gè)備選圖形中找出和上面一樣的圖形。5次練習(xí)后,開始正式實(shí)驗(yàn),練習(xí)題目不同于正式測(cè)驗(yàn)。記錄被試每次試驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)和正確性,并計(jì)算正確反應(yīng)的平均反應(yīng)時(shí)和正確率。實(shí)驗(yàn)所用計(jì)算機(jī)屏幕分辨率為1024*768,操作系統(tǒng)為windows2000,P3及以上處理器。在每項(xiàng)測(cè)驗(yàn)任務(wù)之前,先要求被試熟悉鍵盤設(shè)置。針對(duì)不同任務(wù)中用到的鍵盤,進(jìn)行鍵盤反應(yīng)練習(xí),以保證被試的反應(yīng)時(shí)中不含找鍵的時(shí)間。2.3老年被試反應(yīng)正確率分析原始數(shù)據(jù)由測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)自動(dòng)以Access格式保存,然后導(dǎo)出為Excel格式數(shù)據(jù),最后在spss10.0中導(dǎo)入并儲(chǔ)存為spss10.0格式數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和統(tǒng)計(jì)分析,統(tǒng)計(jì)軟件包括spss10.0和AMOS4.01。首先對(duì)數(shù)字比較和圖形比較這兩項(xiàng)測(cè)驗(yàn)中被試的反應(yīng)正確率進(jìn)行分析,對(duì)于老年被試而言,要求正確率達(dá)到80%及以上,其反應(yīng)時(shí)才作為有效數(shù)據(jù)。217位被試中沒有人在2項(xiàng)測(cè)驗(yàn)中正確率均低于80%,但有一些被試在某一項(xiàng)測(cè)驗(yàn)上的正確率低于80%,對(duì)于這些被試,將其反應(yīng)時(shí)定義為系統(tǒng)缺失。具體來看,數(shù)字比較測(cè)驗(yàn)有14個(gè)缺失值,圖形比較測(cè)驗(yàn)有5個(gè)缺失值。在建立結(jié)構(gòu)方程時(shí),以各年齡組的平均數(shù)替代了缺失值。3優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)3.1歸納推理、工作記憶容量、加工速度各項(xiàng)觀測(cè)指標(biāo)的年齡特征3.2工作記憶容量、加工速度對(duì)歸納推理能力老化的作用以圖形歸納推理能力為因變量,年齡為自變量,加工速度、工作記憶容量為中介變量建立結(jié)構(gòu)方程模型。模型擬合檢驗(yàn)表明,該結(jié)構(gòu)模型是可接受的。為了考察加工速度是否對(duì)歸納推理有直接作用,我們?cè)趫D1所示的模型中加入一條直接由加工速度指向歸納推理的路徑。調(diào)整后,模型擬合檢驗(yàn)結(jié)果顯示,模型擬合程度并未顯著改變(χ2=16.928,χ2/df=2.116,NFI=0.996,CFI=0.998,TLI=0.993,RMSEA=0.072),且由加工速度指向歸納推理的路徑系數(shù)(路徑系數(shù)為-.18)并不顯著。根據(jù)模型簡(jiǎn)潔的原則,我們?nèi)匀唤邮軋D1所示的模型結(jié)構(gòu)。由圖1我們可以看到,工作記憶容量對(duì)歸納推理的效應(yīng)值為.75。其中數(shù)字工作記憶廣度和空間工作記憶廣度分別對(duì)歸納推理的效應(yīng)值為0.50和0.52。數(shù)字工作記憶廣度對(duì)歸納推理的解釋率為25%,空間工作記憶廣度對(duì)歸納推理的解釋率為27%,即語(yǔ)音環(huán)路和視空間初步加工系統(tǒng)在圖形歸納推理過程中參與程度幾乎相同。工作記憶容量和加工速度在歸納推理能力老化過程中充當(dāng)中介變量,其中加工速度為一級(jí)中介,工作記憶容量為次級(jí)中介。年齡、加工速度和工作記憶容量可以解釋歸納推理能力中57%的變異。加工速度并不直接作用于歸納推理,而是通過影響工作記憶容量進(jìn)而影響歸納推理能力,也就是說,加工速度隨增齡衰退使得工作記憶容量下降,從而引起歸納推理能力的下降。4討論4.1類型化和工作記憶的識(shí)別工作記憶容量對(duì)歸納推理的效應(yīng)值為.75,表明工作記憶的兩個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)在歸納推理老化過程中具有重要作用,工作記憶容量的有限性導(dǎo)致了歸納推理能力的下降,與Salthouse的研究結(jié)果一致,也與認(rèn)知老化的加工資源理論觀點(diǎn)一致。我們的歸納推理任務(wù)實(shí)際上是A:B::C:(D1,D2)形式的類比推理問題。Sternberg曾經(jīng)詳細(xì)描述了完成這樣一個(gè)任務(wù)的信息加工順序:首先,被試將A和B進(jìn)行編碼,在工作記憶中將可能相關(guān)的特征儲(chǔ)存起來。其次,被試推斷A和B的關(guān)系。而后,他們對(duì)類比項(xiàng)C進(jìn)行編碼。接下來,被試將他們從A和B之間推斷出來的關(guān)系映射到類別的第二部分。然后被試應(yīng)用他們從A和B中推斷出來的關(guān)系,在類比中形成一個(gè)理想答案。接著,被試將兩個(gè)答案選項(xiàng)D1和D2進(jìn)行編碼。緊接著,他們對(duì)每個(gè)答案選項(xiàng)和推測(cè)的理想答案進(jìn)行比較,希望確定一個(gè)和理想答案一致的選項(xiàng)。如果找到這一項(xiàng),就對(duì)這一問題產(chǎn)生反應(yīng)。如果比較失敗,答案選項(xiàng)不能完美地符合理想答案,被試驗(yàn)證某一選項(xiàng)作為接近的但還未達(dá)理想化的答案。最后,被試作出反應(yīng)。可以看出,工作記憶的存儲(chǔ)系統(tǒng)在這一加工過程中充當(dāng)著十分重要的角色,每一次編碼后的信息儲(chǔ)存以及每一次類比時(shí)所調(diào)用的信息資源都與工作記憶密切相關(guān)。因而,工作記憶容量一旦下降,勢(shì)必影響到整個(gè)推理任務(wù)的完成,導(dǎo)致被試在歸納推理問題上的績(jī)效下降。之前我們假設(shè)工作記憶的視空間初步加工系統(tǒng)在歸納推理任務(wù)中的參與程度高于語(yǔ)音環(huán)路,但研究結(jié)果表明,二者在歸納推理老化過程中幾乎起著相同的作用:視空間初步加工系統(tǒng)對(duì)歸納推理的解釋率為27%,語(yǔ)音環(huán)路的解釋率為25%。由此可見,雖然我們的推理任務(wù)采用的是圖形刺激,但是被試在完成任務(wù)時(shí),并不完全依靠視覺信息編碼,同時(shí)還需要語(yǔ)音信息編碼。語(yǔ)音信息編碼可能來自兩個(gè)方面。一是被試對(duì)主試給出的指導(dǎo)語(yǔ)充分編碼和加工,以便理解任務(wù)要求。在具體施測(cè)過程中,我們發(fā)現(xiàn)許多被試在完成任務(wù)過程中不斷口頭重復(fù)任務(wù)要求,以此提示自己以順利完成任務(wù)。二是在類比項(xiàng)特征的編碼以及類比項(xiàng)關(guān)系的推斷中,被試將具體圖形變換的規(guī)則抽象為言語(yǔ),以語(yǔ)音形式編碼和加工,以此形成對(duì)類比關(guān)系更為清晰明確的認(rèn)識(shí)。本研究結(jié)果在一定程度上可能暗示,不論歸納推理任務(wù)的材料是何種形式,工作記憶的兩個(gè)存儲(chǔ)子系統(tǒng)的參與程度是一致的。但這一推測(cè)還需要運(yùn)用其他材料的研究進(jìn)一步證實(shí)。4.2加工速度調(diào)整中的信息總量加工速度和工作記憶容量是年齡和歸納推理之間關(guān)系的中介變量,年齡、加工速度和工作記憶容量共同解釋了歸納推理57%的變異。隨著年齡的增加,加工速度的慢化導(dǎo)致了工作記憶容量的下降,進(jìn)而導(dǎo)致歸納推理能力的下降。加工速度通過工作記憶影響歸納推理能力,可以由加工速度理論的同時(shí)機(jī)制(simultaneitymechanism)來解釋。同時(shí)機(jī)制的基本前提假設(shè)是許多復(fù)雜活動(dòng)需要該活動(dòng)的各部分任務(wù)同時(shí)進(jìn)行。如果相關(guān)加工操作能夠快速執(zhí)行,則同步進(jìn)行比較容易。而當(dāng)一項(xiàng)任務(wù)中相關(guān)操作的加工速度較慢時(shí),則會(huì)使較高水平加工同時(shí)所需的有用信息減少,即當(dāng)加工速度較慢時(shí),前面加工的結(jié)果可能會(huì)在后面加工需要時(shí)已經(jīng)丟失或畸變。進(jìn)行某項(xiàng)任務(wù)時(shí)同時(shí)激活的信息總量反映在工作記憶容量上,因?yàn)楣ぷ饔洃洷徽J(rèn)為是由即時(shí)可用的信息組成的。由于加工速度的減慢,同時(shí)激活的信息量少,反映出來則是工作記憶容量減小,那么在歸納推理過程中,進(jìn)行諸如編碼、推斷、提取、整合、抽象等復(fù)雜操作時(shí)可用的信息也隨之減少,因而導(dǎo)致了整個(gè)加工不能順利進(jìn)行,隨之表現(xiàn)出歸納推理能力的下降。近年來,有關(guān)認(rèn)知老化機(jī)制的解釋,研究者們探討較多的是感覺功能、加工速度、工作記憶和加工抑制四種因素在認(rèn)知功能老化過程中的作用。而且研究者們較多傾向于接受這四種因素與年齡和認(rèn)知功能之間存在一種層次模型的觀點(diǎn),即年齡控制最高層次的一