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)認知老化加工資源的理論，認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，它們在年齡和認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年在短時記憶的基礎上提出的,它是一個對信息進行暫時儲存和加工的記憶系統(tǒng)。Baddeley指出工作記憶至少包含三個子系統(tǒng),分別為中央執(zhí)行系統(tǒng)(centralexecutive),以及兩個從屬的存儲子系統(tǒng):語音環(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)調和監(jiān)控(特別是對于那些同時進行的操作);語音環(huán)路主要存儲言語信息包括數(shù)字信息;視空間初步加工系統(tǒng)主要儲存視覺信息。而認知老化的加工速度理論則認為加工速度隨年齡增長而減慢是認知功能發(fā)生老化的主要原因。工作記憶容量雖然可以解釋許多認知功能的年齡相關變異,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)以及年齡的關系,發(fā)現(xiàn)控制了知覺速度后,工作記憶中的年齡相關變異減小了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知老化中起著更為基礎的調節(jié)作用。歸納推理(InductiveReasoning)能力一直以來被認為是人類高級認知活動的重要方面。Thurstone認為歸納推理能力是構成智力的7種基本心理能力之一。Sternberg則在其三元智力理論中指出,一些被認為是對流體智力最佳測量的認知任務均依賴于歸納推理,無論是在心理測量文獻還是在信息加工文獻中,具有歸納結構的問題都具有十分重要的地位。因此,無論是描述認知功能隨增齡變化過程,還是分析認知老化機制,人們都普遍將歸納推理能力列為認知功能的代表性指標之一。對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知衰退的可能內在機制。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節(jié)變量。Salthouse對18-70歲成年人的圖形歸納推理進行了研究,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。這一研究結果表明,工作記憶的兩個存儲子系統(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節(jié)歸納推理的年齡相關變異,兩個存儲子系統(tǒng)各自在推理老化過程中扮演何種角色,二者誰的衰退更多影響到歸納推理的老化,Salthouse沒有進一步的分析。而這一點對于探明兩個存貯系統(tǒng)在認知活動中的作用是非常關鍵的。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存儲系統(tǒng)的功能是否平衡?這是本研究的一個主要目的。另外,如前所述,有研究表明加工速度在認知老化過程中起著比工作記憶更為基礎的作用,那么,加工速度應該也影響著工作記憶對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生間接作用以外,加工速度對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問題。綜上所述,我們有這樣一些假設:(1)從材料性質來看,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——歸納推理這樣一條層級作用關系。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)、朝陽區(qū)和海淀區(qū)的三個社區(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(標準差為4.93),平均受教育年限為8.35(標準差為4.98)。方差分析表明,年齡與受教育水平之間沒有顯著關系(F(3,211)=1.438,p=.233)。2.2實驗2:單次考驗和4次狀態(tài)下的記憶圖形歸納推理測驗。要求被試找出已知成對圖形的類比規(guī)律,然后從五個備選圖形中選出一個能夠與目標圖形構成符合類比規(guī)律的成對圖形。先用例題向被試說明任務是什么,怎樣做是合題意的。然后進行三個題目的練習,練習題目不再出現(xiàn)在正式題目中。由計算機隨機呈現(xiàn)圖形推理題目,被試確定答案后,進行按鍵反應。記錄3分鐘內被試做對的題目數(shù),每做對一題記一分,總分越高表明個體歸納推理能力越好。工作記憶容量:(A)數(shù)字工作記憶廣度測驗——語音環(huán)路容量:呈現(xiàn)若干組10以內一則加減算術題,請被試心算并同時記住每道題的答案。待一組題目計算完畢后,請被試按從前往后的順序回憶這一組題目的答案?；貞浲戤吅?開始進行下一組題目的計算和記憶。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組不能正確計算或是正確回憶,則停止實驗。如果被試在題目數(shù)量為n時停止實驗,則被試的數(shù)字工作記憶容量為n-1。練習題目共6組,與正式實驗不同。(B)空間工作記憶廣度測驗——視空間初步加工系統(tǒng)容量:左右并排呈現(xiàn)兩個4×4網(wǎng)格,每個網(wǎng)格中隨機分布若干“*”點。要求被試判斷左右兩個網(wǎng)格中的“*”的分布是否相同,同時要求被試記住左邊網(wǎng)格中“*”的分布。判斷結束后,請被試回憶左邊網(wǎng)格的“*”點的分布情況。網(wǎng)格中“*”點的數(shù)目從2到9逐漸增加,每個點數(shù)下包括3次試驗。如果3次試驗中有2次不能正確判斷或者正確回憶,則停止實驗。如果被試在點數(shù)為n時停止實驗,則被試的空間工作記憶容量為n-1。練習3次,與正式實驗所用材料不同。加工速度:(A)數(shù)字比較測驗:由計算機隨機呈現(xiàn)兩串數(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數(shù)字是否相同,并做相應的按鍵反應。每串數(shù)字個數(shù)在3-9位之間,每次同時呈現(xiàn)的兩串數(shù)字長度相同。正式實驗共比較84對數(shù)字串,7種不同位數(shù)的數(shù)字串各12對。正式測驗前有三個練習,不再出現(xiàn)在正式測驗中。記錄被試每次試驗的反應時和正確性,并計算正確反應的平均反應時和正確率。(B)圖形匹配反應:由計算機隨機呈現(xiàn)一組圖形,上邊一個,下邊五個。要求被試在保證正確的情況下盡可能快地從下面五個備選圖形中找出和上面一樣的圖形。5次練習后,開始正式實驗,練習題目不同于正式測驗。記錄被試每次試驗的反應時和正確性,并計算正確反應的平均反應時和正確率。實驗所用計算機屏幕分辨率為1024*768,操作系統(tǒng)為windows2000,P3及以上處理器。在每項測驗任務之前,先要求被試熟悉鍵盤設置。針對不同任務中用到的鍵盤,進行鍵盤反應練習,以保證被試的反應時中不含找鍵的時間。2.3老年被試反應正確率分析原始數(shù)據(jù)由測驗系統(tǒng)自動以Access格式保存,然后導出為Excel格式數(shù)據(jù),最后在spss10.0中導入并儲存為spss10.0格式數(shù)據(jù)進行管理和統(tǒng)計分析,統(tǒng)計軟件包括spss10.0和AMOS4.01。首先對數(shù)字比較和圖形比較這兩項測驗中被試的反應正確率進行分析,對于老年被試而言,要求正確率達到80%及以上,其反應時才作為有效數(shù)據(jù)。217位被試中沒有人在2項測驗中正確率均低于80%,但有一些被試在某一項測驗上的正確率低于80%,對于這些被試,將其反應時定義為系統(tǒng)缺失。具體來看,數(shù)字比較測驗有14個缺失值,圖形比較測驗有5個缺失值。在建立結構方程時,以各年齡組的平均數(shù)替代了缺失值。3優(yōu)化模型結構3.1歸納推理、工作記憶容量、加工速度各項觀測指標的年齡特征3.2工作記憶容量、加工速度對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構方程模型。模型擬合檢驗表明,該結構模型是可接受的。為了考察加工速度是否對歸納推理有直接作用,我們在圖1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。調整后,模型擬合檢驗結果顯示,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)模型簡潔的原則,我們仍然接受圖1所示的模型結構。由圖1我們可以看到,工作記憶容量對歸納推理的效應值為.75。其中數(shù)字工作記憶廣度和空間工作記憶廣度分別對歸納推理的效應值為0.50和0.52。數(shù)字工作記憶廣度對歸納推理的解釋率為25%,空間工作記憶廣度對歸納推理的解釋率為27%,即語音環(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中介變量,其中加工速度為一級中介,工作記憶容量為次級中介。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別工作記憶容量對歸納推理的效應值為.75,表明工作記憶的兩個存儲系統(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致了歸納推理能力的下降,與Salthouse的研究結果一致,也與認知老化的加工資源理論觀點一致。我們的歸納推理任務實際上是A:B::C:(D1,D2)形式的類比推理問題。Sternberg曾經(jīng)詳細描述了完成這樣一個任務的信息加工順序:首先,被試將A和B進行編碼,在工作記憶中將可能相關的特征儲存起來。其次,被試推斷A和B的關系。而后,他們對類比項C進行編碼。接下來,被試將他們從A和B之間推斷出來的關系映射到類別的第二部分。然后被試應用他們從A和B中推斷出來的關系,在類比中形成一個理想答案。接著,被試將兩個答案選項D1和D2進行編碼。緊接著,他們對每個答案選項和推測的理想答案進行比較,希望確定一個和理想答案一致的選項。如果找到這一項,就對這一問題產生反應。如果比較失敗,答案選項不能完美地符合理想答案,被試驗證某一選項作為接近的但還未達理想化的答案。最后,被試作出反應?？梢钥闯?工作記憶的存儲系統(tǒng)在這一加工過程中充當著十分重要的角色,每一次編碼后的信息儲存以及每一次類比時所調用的信息資源都與工作記憶密切相關。因而,工作記憶容量一旦下降,勢必影響到整個推理任務的完成,導致被試在歸納推理問題上的績效下降。之前我們假設工作記憶的視空間初步加工系統(tǒng)在歸納推理任務中的參與程度高于語音環(huán)路,但研究結果表明,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)對歸納推理的解釋率為27%,語音環(huán)路的解釋率為25%。由此可見,雖然我們的推理任務采用的是圖形刺激,但是被試在完成任務時,并不完全依靠視覺信息編碼,同時還需要語音信息編碼。語音信息編碼可能來自兩個方面。一是被試對主試給出的指導語充分編碼和加工,以便理解任務要求。在具體施測過程中,我們發(fā)現(xiàn)許多被試在完成任務過程中不斷口頭重復任務要求,以此提示自己以順利完成任務。二是在類比項特征的編碼以及類比項關系的推斷中,被試將具體圖形變換的規(guī)則抽象為言語,以語音形式編碼和加工,以此形成對類比關系更為清晰明確的認識。本研究結果在一定程度上可能暗示,不論歸納推理任務的材料是何種形式,工作記憶的兩個存儲子系統(tǒng)的參與程度是一致的。但這一推測還需要運用其他材料的研究進一步證實。4.2加工速度調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,加工速度的慢化導致了工作記憶容量的下降,進而導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機制(simultaneitymechanism)來解釋。同時機制的基本前提假設是許多復雜活動需要該活動的各部分任務同時進行。如果相關加工操作能夠快速執(zhí)行,則同步進行比較容易。而當一項任務中相關操作的加工速度較慢時,則會使較高水平加工同時所需的有用信息減少,即當加工速度較慢時,前面加工的結果可能會在后面加工需要時已經(jīng)丟失或畸變。進行某項任務時同時激活的信息總量反映在工作記憶容量上,因為工作記憶被認為是由即時可用的信息組成的。由于加工速度的減慢,同時激活的信息量少,反映出來則是工作記憶容量減小,那么在歸納推理過程中,進行諸如編碼、推斷、提取、整合、抽象等復雜操作時可用的信息也隨之減少,因而導致了整個加工不能順利進行,隨之表現(xiàn)出歸納推理能力的下降。近年來,有關認知老化機制的解釋,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知功能之間存在一種層次模型的觀點,即年齡控制最高層次的一