短时记忆及其策略一生发展的横断研究

短时记忆及其策略一生发展的横断研究

陈国鹏/王晓丽

华东师范大学心理学系（上海　200062）

【原文出处】心理科学【原刊期号】200504 【原刊页号】812～815

【内容提要】采用横向研究方法探索短时记忆及策略的一生发展状况。测量120名6-70岁被试在三种材料上的记忆广度，并通过观察记录策略的运用。结果发现，记忆广度在16岁达到最高峰，以后下降。不同材料的记忆广度具有相同的发展趋势，近似于年龄对数的二次函数。策略成熟的时间与记忆广度的最高峰的年龄基本相同，在成年期一直保持在较高水平。45岁以后，策略应用的效率有所下降。论文还根据本研究的结果探讨了短时记忆一生发展的具体模式。

【关键词】一生发展/短时记忆/记忆策略

+ E& g% g# d# N8 q, A4 c& P  ]
　　　　1　引言
原来脱胎于生物学的生长模式的发展只局限于对儿童期的研究，而一生发展观改变了人们对“发展”的理解，认为个体的一生发展是贯穿于整个生命进程的。一生发展心理学不仅研究个体的变化，还致力于把个体行为变化概括为一个整体[1]。尽管研究者们大都认识到了这一点，但迄今为止大多数的发展研究都是集中在某一年龄阶段，很少真正涉及人的整个一生。尽管其目标相同，似乎都是研究随年龄而出现的变化，内容上也有相互的联系，但实际上却是孤立的。
对短时记忆研究的现状也是如此，我们可以看到大量对各个不同年龄阶段的短时记忆的研究，或将儿童与成人比较，或将成人与老年人进行比较。虽然研究者们对人的一生各个阶段短时记忆发展的理解不断深入，但彼此之间缺乏沟通，因为针对儿童短时记忆能力增长与老年短时记忆能力衰退的研究常采用不同的实验任务和控制条件，以至于我们对贯穿整个一生的过程很难能够进行完整的描述。究竟何时发展到高峰，何时衰退以及衰退的程度都存在着争论[2]。/ u- }: F6 ~; \
Baltes提出短时记忆一生发展应该符合“衰退可补偿模式”。要确证这一模式，不仅要描绘出短时记忆能力在一生过程中的发展曲线，还要考察短时记忆重要影响因素——用来实现“补偿”的策略在发展中的作用。策略不仅在儿童期是记忆广度发展的影响因素，也是老年期短时记忆能力的重要补偿方式。本研究在较大的年龄跨度内考察短时记忆的发展状况，试图为这一问题提供实验证据。采用能够适用于较大年龄范围的经典任务——记忆广度任务，探测记忆策略的年龄变化在一生中与记忆广度的发展存在着怎样的关系？是否也有持续一生的发展？能否补偿记忆的衰退？这对于我们理解短时记忆的一生发展是非常重要的。
　　　　2　方法' x. i' Z  ^  z0 [  o
2. 1　被试　10个年龄组，共120个被试参加实验。每组平均年龄分别为6，8，10，13，16，20，30，45，55，70。被试来自上海市区的学校和社区。成年被试文化程度最低为初中，最高为大学本科。每个年龄组12人，各组被试的性别比例均等于或接近于1∶1。所有被试视力正常或矫正视力正常，无色盲或色弱。5 M4 I% h1 r0 K/ B  H8 A6 u5 G
2. 2　仪器　实验在一台带有触摸屏的Macintosh Imac计算机上进行。记忆项目和指令以及反馈都由计算机给出。所有项目都在白色背景中呈现。被试用触摸方式作反应。% n/ Z% P, o3 O2 O* ?: z1 W% a
2. 3　实验材料阿拉伯数字0-9；简单几何图形10种，包括圆形，方块，环形，三角形，菱形，箭头，十字，五角星，椭圆，月亮形；颜色块10种，包括红，黄，兰，绿，褐，紫，橙，白，灰，黑。; j9 \7 B" D( n4 C2 Q: I
2. 4　实验任务
被试的任务是在一系列刺激项目呈现以后立即按照正确的顺序回忆出来。13～45岁组被试从长度为4的系列开始测试，10岁以下的儿童和55岁以上老年被试从长度为3的系列开始。每个长度有4次尝试，如果能够正确回忆出两个以上，刺激系列的长度加1继续进行。否则测试停止。被试能够回忆出两个以上的最大系列长度就作为其记忆的广度；如果在下一个长度的系列中有一次成功的尝试，则再将其广度加上0.5。例如：被试在长度为7的系列中正确回忆了2次，长度为8的四次尝试全部失败，广度记为7，如果该被试长度为8的系列能回忆出一个，广度记为7.5。
呈现给所有被试的刺激系列都是相同的。屏幕上首先出现“请按任意键启动”，当被试按任一反应键500ms后，屏幕中央开始呈现项目，每次一个，呈现时间为1000ms，项目之间有200ms的间隔。最后一个项目呈现完成200ms后，“嘟”的一声响标志着这个系列呈现结束。2秒钟后全部十个项目出现在屏幕上，被试将呈现的刺激按照其出现顺序依次用手指在屏幕上点击出来。如果回忆正确，则开始下一次尝试；否则屏幕上会提示“错”，再开始下一次尝试。
2. 5　实验程序
每个被试都完成全部三种材料的记忆广度任务。刺激类型的顺序效应进行被试间的平衡。在每种刺激的测试开始之前，给被试呈现实验中用到的刺激项目。接着进行练习。从长度为1的序列开始，13岁到45岁被试练习到长度为3的序列，正式测试从长度为4的序列开始。6～10岁儿童和55岁以上被试练习到长度为2的序列，正式测试从长度为3的序列开始。中间可有短暂休息。每个被试测试时间约二十分钟。实验过程中对被试行为进行观察，并结合实验后的访谈对被试的策略进行分析和记录。
　　　　3　结果- }. V* f1 j" _; X# K5 E/ g9 A
　　3. 1　记忆广度. r$ f5 v) z1 m
每个年龄组三种材料的平均记忆广度与标准差如表1中所示。
. q9 ]+ y* B0 Y9 E  }5 s, z: i
表1　不同年龄被试三种材料的记忆广度年龄数字广度(SD)  颜色广度(SD)  图形广度(SD)" ~! v! g4 F3 p$ w5 o! [3 ~4 G3 `
6 5.42(0.73) 3.83(0.89) 2.63(0.57)9 C3 T9 S7 G. P6 C
8 6.46(1.20) 4.00(0.90) 3.33(1.37)
10 6.88(0.96) 4.71(0.81) 4.33(1.09)
13 7.38(1.09) 5.50(0.93) 4.83(1.09)
16 9.50(1.37) 7.04(1.32) 6.33(1.93)7 ]' c8 P6 b! f  C3 Q. [
20 8.50(1.92) 5.96(1.14) 5.50(1.38), ~7 Q. O+ W! p  v5 a- J( U
30 8.58(0.90) 5.33(0.90) 4.88(1.79)
45 7.42(1.53) 4.58(0.87) 3.50(0.77)
55 6.46(0.84) 4.13(1.13) 3.38(0.96)& r  K3 \. d* H! E# _4 T
70 5.58(0.95) 3.21(1.36) 3.13(0.83)
: x9 ]9 f( c: g
用重复测量的MANOVA分析，年龄是被试间因素，刺激类型是被试内因素。结果表明有显著的年龄效应(F(9，110)＝21.636，p＝0.001)。刺激类型有显著效应(Pillai' Trace F(2, 109)=344.136, p＜0.001)，在各个年龄组都是数字广度最高，颜色广度和图形广度接近，但颜色广度始终高于图形广度。Post hoc Tukey HSD检验发现在各个年龄上数字广度与图形广度，数字广度与颜色广度都有显著差异。颜色和图形广度除了6岁(p＝0.001)和45岁(p＝0.05)达到显著差异以外，在其他年龄都不显著。不存在年龄和材料的交互作用。
　　3. 2　短时记忆一生发展趋势的回归分析
为了对短时记忆的一生发展规律做出数学描述，以年龄为自变量，记忆广度为因变量，进行曲线回归分析，回归方程分别为
数字广度
Y＝-12.01＋31.07 lgx－11.68(lgx)[2]! c* t* z+ U. l! c7 z# g7 b
r[2]＝0.871，F(3，7)＝614.79，p＜0.01
颜色广度* `& M4 W0 k& ~$ |
Y＝-10.07＋24.80 lgx－9.57(lgx)[2]+ H( `0 i( v0 P( J: C. {  z% e
r[2]＝0.821，F(3，7)＝270.71，p＜0.01
图形广度
Y＝-11.93＋26.42 lgx－10.07(lgx)[2]" o; O- c+ Y7 Y& }
r[2]＝0.820，F(3，7)＝193.12，p＜0.01
三种记忆广度发展与年龄的最佳拟合曲线见图1。# V' L/ O+ n% Z5 H: x

图1　记忆广度与年龄的最佳拟合曲线' Q+ i$ ]8 W( ]4 `8 U  T: n
　　3. 3　记忆策略的变化. v  J2 f3 b* @( z: p+ Z: F) p
被试在实验中策略使用的证据通过有经验的主试在实验过程中的观察和实验后访谈获得。儿童使用策略时表现出一些外显的行为，但不能报告所使用的策略，因此对年幼的被试主要采用观察法，13岁以后的被试则以访谈和观察相结合。发现策略使用的发展有以下几个特征：
策略行为表现：经历了从外显到逐渐内化，再到外显的过程。6岁和8岁组所有被试有出声的复述和图形命名，到10岁时，部分被试不出声读，但可以观察到明显的唇部动作。16岁以后的被试策略已经不能够从外显行为中观察得到，但通过访谈他们很好地报告所使用的策略。随着被试年龄增大，又逐渐出现外显的行为表现，45岁组中被试偶尔会出声复述，70岁组被试大部分都有出声复述，或者唇部动作，或两种行为交替出现。) x8 t- G" x. Q$ H" a% n
各种策略出现的年龄如表2：; L; J& T) y, c, D5 b! r

  表2　被试的各种策略出现的年龄及频率
  简单复述累积复述单字命名有意识组块
年龄人数  年龄  人数  年龄  人数  年龄  人数
6    5    6    3    8    2 10    2

运用策略种类的变化：不同年龄被试所运用的策略的种类也在发生着变化，如表3所示。随着年龄的增长，被试策略的变化体现在两方面：一是高级的策略形式替代原策略，如图形的单字命名代替多字命名；另一变化是策略的高级形式与原有策略共存，如累积复述和简单复述在各个年龄都同时存在。16岁时策略的种类最为丰富，而且表现出了尝试不同策略，以从中选择最有效策略的过程，20岁以后的被试策略有所减少，70岁组被试的策略在测试开始时与儿童相类似，相对比较原始，一般只用到复述和图形的多字命名，似乎有些倒退，但是在实验中表现出了策略探索的过程，逐渐出现复杂的策略。" _- g! |8 Y* j1 U

表3　不同年龄被试的策略种类年龄                   策略& k0 t1 Q" c( m4 `+ Q2 O
6～8 简单复述，累积复述，图形多字命名
10～13  简单复述，累积复述，组块，图形多字命名，图形单字
      命名- A/ P8 g# Y% f4 a: ?; A! L: |
  16 简单复述，累积复述，组块，动作，意义联想，图形单/ \2 q  i- N1 B) e% `! r& V
      字命名
20～30  简单复述，累积复述，组块，图形单字命名* |' n, }' m' N" [) B( Y1 p# }
45～70  简单复述，累积复述，组块，图形单字命名，图形
      多字命名6 o$ |. r3 t% H6 ?0 ?2 D, z

　　　　4　讨论& c& V1 E# e+ O
实验发现，三种记忆广度在儿童期随着年龄而逐渐增加，都在16岁达到最高峰，以后开始衰退。根据本实验的数据，虽然6到16岁期间记忆广度发展基本呈线性趋势，但与Pascual-Leone记忆发展模型的预测并不一致。Pascual_Leone认为短时记忆容量从3岁开始，每两年增加一个图式(或组块)，直到16岁达到7[3，4]。数字对各个年龄被试来说都比较熟悉，也更容易出现自发的组块，因此数字广度高于Pascual_Leone预测的图式数目。图形和颜色难度较大，相对来说难以形成组块，其广度应该接近于以组块或图式为单位的短时记忆容量。本实验中16岁被试颜色广度和图形广度与Pascule_Leone的估计相近，而6岁、8岁和10岁儿童颜色广度和图形广度都高于Pascule-Leone的预测，他可能低估了年幼儿童的记忆能力。
16岁到20岁期间是短时记忆能力衰退速度最快的年龄阶段，支持流体智力衰退出现较早的观点。与年轻被试相比，老年被试三种材料的记忆能力都出现了较大的衰退。国外很多文献指出，虽然老年人在一些复杂记忆任务会出现较大的下降，但是记忆广度几乎没有下降，一般认为这是因为记忆广度任务只涉及静态存贮，虽然在老年期“存贮”过程有所衰退，但“加工”过程可以补偿存贮过程的衰退。我们在实验中观察到老年人确实在有意识进行“补偿”，策略比年轻人更加明显和多样，但也表现出更多策略失败。老年被试记忆广度低于国外研究的一个可能原因是，本研究中采用触摸方式来回忆。尽管有研究表明回忆方式不影响短时记忆的成绩，但是对不同年龄被试的影响可能是不同的。因为回忆阶段刺激在屏幕上的排列顺序是随机的，老年人动作较慢，更容易在回忆阶段发生遗忘。另一可能原因是年代效应的影响。年代效应的一个主要来源是社会环境造成的不同年龄被试平均受教育程度的差异。本课题中的另一实验采取相同的程序，发现文化程度高的老年被试记忆广度更高，但是仍然低于同等教育程度的年轻被试。说明老年组短时记忆衰退并不完全是年代效应所造成，而确实存在着年龄变化。5 p2 J. `7 s- `; |
李德明的研究测量了10岁到90岁被试数字工作记忆广度[5]。并计算出数字工作记忆广度一生发展的最佳拟合曲线是年龄对数的二次函数：Y＝-8.98＋24.90LgX－9.75(LgX)[2]。这与本研究中颜色广度的最佳拟合曲线非常接近。这说明至少在某些条件下短时记忆广度的发展与工作记忆广度的发展有着相似的进程，而不存在本质的区别。一些关于工作记忆的研究认为，在预测认知能力的个体差异方面，工作记忆广度比短时记忆广度更好，而本研究表明，从发展的角度来说，短时记忆广度的发展与工作记忆的发展对其他认知能力的发展的预测能力应该是相近的。这对认知能力的一生发展研究具有方法学意义。在一生发展研究中，如何找到合适的任务，使之能够适用于较大的年龄范围，本身就是一个重要的课题。记忆广度任务显然要比工作记忆广度任务更易于理解和操作，更适合对年幼儿童和老年被试记忆能力的测量。从这种意义上说，短时记忆广度在发展研究中的作用并没有因为工作记忆广度的提出而失去其意义。
为什么被试在两个任务上的表现有类似的发展趋势呢？可能的原因要从任务分析的角度来寻求。工作记忆广度任务的核心是测量被试“同时的加工和存贮”能力[6]。这里的加工功能是外显的附加认知加工。在一般的短时记忆任务中，也是同时进行着记忆项目的“加工过程”。根据Baddeley的模型，工作记忆任务中外显的加工过程抑制了中央执行对项目做精细加工，以形成组块。短时记忆任务中，如果材料对被试来说是不熟悉或者复杂的，编码的要求超出了一定难度，也会使被试难以组块。两个任务以不同的方式阻止对项目的精细加工，其效果是相同的。
本研究中可以看到策略发展的两个特点，一是外显行为从有到无再到有，二是策略的种类从少到多，成年以后减少，老年又开始增加。从儿童到少年期，不断获得新的策略，到16岁时最多。而且这时被试还能对策略进行选择，一是因为其元认知的发展，二是动机水平比较高，试图做得更好。20岁以后的被试从一开始就选择了自认为是合适的策略，很少再去尝试其他策略。中年以后记忆策略似乎进入了“老化”过程，甚至出现了低水平的策略。一个最明显证据是对图形材料的记忆。8岁时部分儿童已经能够用单字来命名，但从45岁开始被试对图形的编码策略又出现了多字命名。但与年幼儿童不同的是，他们能对策略和记忆成绩的关系进行评价，所以也有探索过程并运用高水平策略。& `, E% K, z& A8 p/ H
策略逐渐发展成熟的时间与记忆广度的高峰年龄基本相同，在成年期一直保持在较高水平。45岁以后，已有的成熟策略并没有丧失，但策略应用的效率有所下降，符合Baltes提出的晶体智力发展模式[7]。但本研究对于策略本身的发展过程还未能做出更细致的探索。策略的运用对于儿童期记忆广度的提高和老年被试补偿其记忆的衰退究竟起到什么样的作用，还需要进一步的研究，特别是进行个体内的分析。也正因为如此，我们对于短时记忆能力一生发展模式的确定面临着更多的困难。根据Baltes的观点，最适合描述和解释短时记忆一生发展过程的是衰退可补偿模式[1]。衰退可补偿模式提出成熟过程包括成长和衰退的阶段。在成长阶段环境因素对观察到的成绩变化只产生微小的影响，因为机体还没有达到生理上所能够达到的最大成就界线。相反，在衰退阶段生理上成绩下降部分可以通过环境因素的作用而得到部分的补偿。& i( [  ]7 |3 K4 m( _# k. g  h
就本研究来说，要提供充分的证据以确认短时记忆的发展呈现衰退可补偿模式首先要解决两个问题。一是短时记忆能力的评估问题。要对短时记忆的一生发展做出描述，采用一个最合适的指标是重要的。Cowan曾区分了短时记忆的功能性容量(functional capacity)和真正的容量(true capacity)[8]。这两个都可表示短时记忆能力，但处于不同的层次。后者是处于前者的机制层面。从机能描述的角度，一生发展的首要目的是研究前者的发展变化。本实验采用记忆广度成绩正是描述短时记忆的“功能性容量”的发展。但是功能性容量已经包含了长时记忆及策略的作用。那么如何判断机体是否已经达到生理上所能够达到的最大成就的时间，这用功能性的容量是不合适的。在这个发展的转折点上，区分“功能性容量”和“真正容量”的发展是重要的。而如果采用“真正容量”来描述一生发展的过程，一是其本身就难以测定，同时也排除了其他因素对短时记忆的影响，这对于描述短时记忆发展是缺乏效度的。这不能不说是一生发展的描述研究中一个两难的问题。如果我们能够确定真正容量发展到最大值的时间早于功能性容量达到最大值的时间，那么就不能说在成长阶段环境因素对成长只起到微小的作用。衰退可补偿模式对心理发展的成长阶段的假设与此不相符合。而如果用“真正容量”来评价，短时记忆的发展模式更有可能是稳定模式，而不是衰退可补偿模式。  k2 o4 l% }. Q! {2 v" N5 i  m' o$ M9 x
本研究中，从现象上看被试主动运用记忆策略补偿着生理上的下降部分，但是补偿的效应是不明显的。策略是否能够或在很大程度上补偿成熟因素导致的衰退，这还需要丰富研究的实验证据。但我们的实验中发现策略在老年期应用效率的降低对这一模式提出了质疑。从个体间的角度，策略可能是具有补偿作用的，而从个体内变化角度，衰退的策略能否进行有效的补偿是值得怀疑的。认知功能的一生发展是一个复杂的过程，发展机制的多样性使得成就表现呈现复杂的变化，我们对于短时记忆发展模式的确证，还需要更多的实验证据。( ?1 j. ]. g: y& G( p3 S) D
8 v5 x* n. d; f& u
【参考文献】3 K' `  e) `3 c" [, @: O9 U
4 F9 L& m. ~1 c
[1]Baltes. ( Hrsg. ) . Entwicklungspsychologie der Lebensspanne. Stuttgart: Klett-Cotta, 1979
[2]王晓丽，陈国鹏. 短时记忆的一生发展研究. 心理科学，2004，27(2)：395～397
[3]Pascual-leone, J. Organismic processes for neo-Piagetian theories: A dialectical causal account of cognitive development, International journal of psychology, 1987, 22: 531～5705 B8 ?: a+ h  f8 f7 p9 K
[4]Pascual-leone, J. & Baillargeon, R. Developmental measurement of mental attention. International journal of Behavioral Development, 1994, 17: 161～200
[5]李德明等. 数字工作记忆广度的毕生发展及其作用因素. 心理学报，2003，35(1)：63～68! W3 |6 e% r- A* Z: J
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[7]Baltes, P. B. , Linderberger, U. & Staudinger, U. M. Life-span theory in developmental psychology. In: Damon, W. ( eds) . Handbook of child psychology ( 5th ed) . New York: J. Wiley, c19984 ?3 q5 i6 t  O1 ]3 t
[8]Cowan, N. The magical number 4 in short-term memory: A reconsideration of mental storage capacity. Behavioral and brain sciences, 2001, 24: 87～185

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