工作记忆与短时记忆的区别

撰文 | 东华君 (南昌大学神经科学博士生)

编辑 | Azure

两个概念的历史

工作记忆( working memory)的概念是1960 年 Miller 等人在他们的著作《行为的计划与结构》一书中首次提出的[1, 2]。他们发明这个词汇的目的是为了方便将思维研究与电脑的理论进行比较。1968 年, Atkinson 和Shiffrin开始在心理学的研究中使用工作记忆这个概念, 用它解释他们所提出的模块模型（modal model）中的短时记忆理论[3]。这就是为什么我们现在所说的工作记忆之前会被称为short-term memory、short-term store、primary memory和immediate memory等概念的原因。1974年，Baddeley和Hitch在模拟短时记忆障碍的实验基础上提出了工作记忆的三系统概念[4]，突出了工作记忆对信息的监控、加工和保持。从此，工作记忆和短时记忆有了不同的意义。自上世纪80年代以来，在Goldman-Rakic等人的引领下，一大批神经科学家也投身于对工作记忆的研究[5]。时至今日，工作记忆被认为是人类高级认知活动的核心基础，已经成为了神经科学界的热点问题之一。

两者的定义

我们定义短时记忆时，是将其与感觉记忆和长时记忆一同介绍的。三者纯粹是从信息保存时间的长短进行区分的。短时记忆指的是那些能够维持几秒至几分钟的记忆。换言之，在这个范围内的记忆就可以被认定为短时记忆。 
而工作记忆指的是个体在执行认知任务中, 对信息暂时储存与操作的能力（图1）。工作记忆就犹如一个“思维的黑板”[2]，能提供一个界面，我们可以在之上暂时放置信息，使其“浮现在脑海”。然后我们可以通过一些处理，将这些信息与其他信息联系或转换为新的信息[3]。例如，工作记忆允许我们记住电话号码、完成心算和计划接下来的事情。这些过程通常都在秒级的时间内完成。

图1. 工作记忆的定义

两者的同与不同

从两者的定义，我们就可以看出，短时记忆强调的是记忆维持的时间，工作记忆强调的是信息的存储和操作。这也是两者之间的主要区别。但是除此之外，还有一些其他的区别。

第一，从信息维持的时间而言：短时记忆指的是那些能够维持几秒至几分钟的记忆，而工作记忆的维持时间正好位于这个区间。如果仅从对信息的存储时间这一角度考虑，可以说，工作记忆只是一种特殊的短时记忆。

第二，从记忆机能而言：工作记忆所维持的信息是服务于随后的认知活动的，并且基于这种存储基础上的处理与加工是这些认知活动的前提条件。举一个例子，比如说心算中的记忆就是一种工作记忆。而短时记忆的机能仅仅是起到对信息的存储作用，其存储的信息不一定会被下一步认知活动所运用到。比如，我们奔跑在乡间的小路上时，不经意间记住的野花的颜色。如果仅从对信息的存储这一角度考虑，工作记忆与短时记忆是相通的，但是在机能方面工作记忆比短时记忆，多了一个对信息的加工功能（图2）。

图2. 心算过程中，对"7-11=-4"和"-4÷8=-0.5"的记忆为工作记忆。我们不经意间也会记住图中阿拉伯数字的颜色，这是一种普通的短时记忆。

第三，从组成成分而言：与短时记忆只具备存储功能不同的是，工作记忆到底包括哪些组成成分一直存在着巨大的争议（具体请参见：工作记忆的理论模型）。因此工作记忆系统与短时记忆系统的组成成分之间的关系，也一直都是人们争论的话题。但是，在心理学领域，大体的说，大部分人都主张工作记忆系统包含短时记忆系统。他们认为工作记忆系统是由 “短时记忆” 和 “控制加工系统” 两个部分构成的（部分人因此认为短时记忆是工作记忆的子系统）。以Baddeley等人的多成分模型为例，中央执行系统就是“控制加工系统”，而语音回路、视空间模板和情景缓冲区就是“短时记忆”（图3）。

图3. Baddeley的四成分工作记忆模型[2]

但是，也有一些人在试图修正短时记忆的定义。他们认为，短时记忆的存储仅仅靠“短时记忆存储库”这一个单一的功能是无法实现的。要想实现短时记忆的机能，“控制加工系统”也是不可缺少的重要部分[6]。从这个观点出发工作记忆与短时记忆在组成结构上并没有大的差别，都是由“短时记忆”和“控制加工系统”所构成的。但是工作记忆与短时记忆在组成结构的差别上就在于工作方式上的不同，工作记忆比短时记忆更依赖于“控制加工系统”。

第四，从信息的形式而言：工作记忆所涉及的信息包括脑内存储的记忆（长时记忆）和外界输入的感官刺激。这一点上，短时记忆和工作记忆其实没有什么不同。但是，工作记忆是服务于语言理解、推理和计划等认知能力的[7]。工作记忆中存储的信息常是可以通过有意识的过程而接触（或访问）的知识，类似陈述性记忆（比如，情景记忆）[8]。而短时记忆，似乎也包括一些我们无法通过有意识的过程而接触的知识，类似于非陈述性记忆（比如，技巧和习惯）。

第五，从信息的去向而言：我们将工作记忆比喻成“思维的黑板”，是因为其中维持的信息在被使用之后，通常就会被“擦除”。例如，图2中的心算结束后，我们只记得“（7-11）÷8=-0.5”，而“7-11=-4”则会从我们的记忆中消失。而短时记忆中的信息却不一样，其中的很多信息会进一步被转化成长时记忆。

但是值得注意的是，当前学术界关于这两个概念的定义还没有特别确定的表述，因此两者之间的关系还存在一些争议。但是大体而言，目前的主流观点认为工作记忆是短时记忆一种特殊形式：工作记忆=“短时记忆”+“控制加工系统”。

参考文献：

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.

往期推荐

“脑人言”原创作品，欢迎转载，转载请注明来源！

脑人言｜聊聊脑科学

微信ID：ibrain-talk

新浪微博ID：脑人言

读者交流QQ群：638710880

点击右上角，分享让更多人获益！