大学生抑制能力训练对工作记忆及流体智力的影响

胡 哲，谢威士

（合肥师范学院教师教育学院心理系，安徽合肥230061）

在人的日常生活中，要顺利完成某种活动往往需要将自己的需求暂时保存在记忆中并同时对其进行操作与整合，如在购物时，要根据需求记住想买商品的价格或者质量，并对不同商品进行比较和选择。Baddeley等人[1]提出在个体执行任务过程中，对信息暂时保持和操作的能力为工作记忆(Working Memory)。工作记忆在人的认知活动中起着不可替代的作用，包括学习、推理、问题解决和智力活动等，被看作是个体在复杂认知行为中表现差异的重要的甚至是核心的因素[2-3]。

近年的研究表明，工作记忆具有可塑性，通过训练可以有效提高个体的工作记忆水平[4-6]。中央执行系统功能的训练是工作记忆训练的核心和实质，即包括对抑制、刷新和转换能力的训练，其常用的训练方法分别有，Stroop任务、N-back任务、转换任务等[7-8]。有研究通过对中央执行系统的刷新能力或转换能力进行训练发现，与未经过训练的工作记忆任务成绩相比，经过训练后的工作记忆任务成绩有明显提高，且个体大脑的神经活动有明显变化[9-10]，也有研究发现抑制能力与工作记忆容量关系密切[11]。工作记忆训练不仅可以提高工作记忆水平，而且还可以迁移至其它高级心理功能（如流体智力）[12-13]。

Cattell[14]区分了流体智力（Fluid Intelligence）和晶体智力（Crystallized Intelligence）。流体智力是独立于所学知识而存在，是使用逻辑推断来分析新问题、识别模式和关系的能力。研究表明，流体智力可有效预测学业水平和后天成就[15]。工作记忆和流体智力的关系一直备受争议。过去一般认为流体智力由生物遗传决定，不能被后天经验改变[10,16]，但近年来，越来越多的研究证据表明，认知训练尤其是工作记忆训练可以促进流体智力的改善。研究发现，通过对中央执行系统不同功能进行有效训练，不仅使工作记忆任务成绩提高，而且这种工作记忆训练的效应还可以迁移至流体智力中[12,17]。但工作记忆训练在流体智力上的迁移效应并没有一致的结论，如Li等人[18]的研究并未发现这一效应。因此，本研究以大学生为研究对象，通过对中央执行系统抑制能力进行训练，检验其是否可以增加言语工作记忆广度，及其对流体智力提升的影响。

1 对象与方法

1.1 被试

实验对象选取合肥师范学院心理系大一新生48名（另有两名被试数据损坏，不计入），年龄在18-20周岁，全部为右利手，视觉、听力、智力正常。所有被试在实验之前没有接受过任何记忆方面的训练和智力测验。根据学号将被试随机分为训练组和对照组，人数与性别均等。所有被试均在同一间实验室进行实验，并尽量避免无关因素干扰。

1.2 实验设计及流程

采用随机两等组（训练组，对照组）前后测实验设计。自变量为是否参与抑制能力训练任务，因变量包括言语工作记忆广度和瑞文标准推理测验成绩。实验设计见表1。

为保证两组被试的同质性，在前测阶段，对每个被试进行言语工作记忆广度任务及瑞文标准推理测验，分别考察被试的言语工作记忆广度和流体智力水平。

训练期间，被试分为训练组和对照组。训练组要完成为期4周共16天（每周4天）的工作记忆抑制能力训练任务，每天约40分钟，训练时间依据被试的空闲时间确定。对照组完成与认知能力无关的电脑游戏，时间与训练组相同。

训练结束后，再次通过与前测相同的任务考察被试的言语工作记忆广度和流体智力水平，以反映训练前后的变化情况。

表1 实验设计

1.3 实验任务

言语工作记忆广度任务

实验任务参照Li等人[18]的研究进行，实验流程见图1。向被试呈现一系列算式-词语对，算式和词语同时呈现在电脑屏幕，呈现时间为2000ms。每呈现一个算式-词语对时，要求被试大声读出屏幕呈现内容，首先判断二十以内的算术题的答案是否正确，然后按键做出判断，并且记忆算式后出现的词语。在连续呈现若干个算式-词语刺激出现之后会出现问号“？？？”，此时要求被试1分钟内在答题纸上尽可能按顺序写出该组词语。实验过程中的算式一半为正确，一半为错误，按键顺序在被试间平衡。数学运算正确率达到80%时认定为有效成绩。

实验所用词语摘自北京语言大学出版社的《现代汉语频率词典》[19]，共120个，均为中等词频，随机将词语分为两组，用于训练前及训练后两个测验，每个测验中的算式-词语对按个数呈现顺序为2，2，2，3，3，3，4，4，4，5，5，5，6，6，6。被试每回忆对1个词语记1分，总分为60分。

图1 言语工作记忆任务流程

瑞文标准推理测验

使用瑞文标准推理测验（Raven’s Standard Progressive Matrices，SPM）测量被试的流体智力[20]。题干是由线条、不规则图形等组成的图片，图片的某部分会出现空缺，需要被试从图片下方的6张或8张小图片中选择一个合适的填充到题干图片中，将题干图片补充完整。被试按键判断，判断不做时间要求。共60题，每答对1题记1分，总分为60分。根据题目编号的奇偶，均等分为前后两个测验，各30题。测验范例见图2。

图2 瑞文标准推理测验范例

训练任务

根据相关研究[2,7]，使用E-prime编制标准的训练任务，包括色词stroop任务、数值大小任务及Go/No-Go任务，每次训练均要完成这3项任务。

色词Stroop任务 向被试呈现用不同颜色书写的表示颜色的汉字，如用红色书写的“绿”，要求被试完成念字和唱色两组任务，被试按键之后进入下一试次。

数值大小任务 向被试呈现大小不同的两个数字，包括三种情况，数值大小与数字形状大小一致，如“93”；数值大小与数字形状大小不一致，如“39”；以及数值与大小无关的中性条件，如“39”；要求被试判断两个数的数值大小，被试按键之后进入下一试次。

Go/No-Go任务 向被试逐一呈现英文字母，包括辅音和元音两类，要求被试看到辅音字母按键，看到元音字母则不按键，被试按键之后进入下一试次。

1.4 数据记录与分析

使用Presentation及E-prime软件呈现刺激，并记录行为数据。Presention编制言语工作记忆广度任务和瑞文智力测验的实验程序，E-Prime编制色词Stroop任务、数值大小任务及Go/NoGo任务的实验程序。采用SPSS22.0对行为数据进行整理和分析。

2 结果

根据每一名被试的言语工作记忆广度和瑞文标准推理测试的成绩，计算得到相应两种任务的正确率结果，并用后测成绩减去前测成绩，分别求出训练组和对照组的增值分数。表2、表3分别列出了训练前后训练组和对照组在言语工作记忆任务和瑞文标准推理测验的平均成绩以及增值分数,并绘制柱状图（见图3）。主要运用独立样本t检验对各项成绩进行统计分析以检测工作记忆抑制能力训练对言语工作记忆及流体智力的影响。

图3 言语工作记忆与瑞文智力测验的结果对比图

2.1 言语工作记忆任务的结果

首先，对训练组和对照组的前测成绩进行比较分析。结果显示，二者成绩没有显著差异，t(46)=0.1，p>0.05。表明被试的语言工作记忆水平在训练前是一致的。

然后，对训练组和对照组的增值分数进行显著性检验,结果显示，训练组言语工作记忆成绩的增值分数显著高于对照组言语工作记忆成绩的增值分数，t(46)=2.64，p＜0.05。表明训练任务显著的提高了训练组被试的记忆成绩。

表2 言语工作记忆广度及增值分数（M±SD）

2.2 瑞文标准推理测验的结果

首先，对训练组和对照组的前测成绩进行比较分析。结果显示，二者成绩没有显著差异，t(46)=0.63，p>0.05。表明被试的流体智力水平在训练前是一致的。

然后，对训练组和对照组的增值分数进行显著性检验,结果显示，训练组瑞文标准推理测验成绩的增值分数显著高于对照组瑞文标准推理测验成绩的增值分数，t(46)=2.11，p＜0.05。表明与对照组相比，训练任务显著的提高了训练组被试的流体智力水平。

表3 瑞文标准推理测验的成绩及增值分数（M±SD）

3 讨论

本研究采用随机两等组前后测实验设计对大学生的工作记忆中央执行系统的抑制能力进行训练，研究结果显示，经过4周16次的训练，被试的言语工作记忆广度得到显著提高，流体智力也表现出一定程度的提升。在认知活动中大脑将注意分配到相关信息和加工过程上，并保持对无关信息的抑制是中央执行系统抑制能力的本质[3]。当抑制能力训练过程中，被试逐渐将更多认知资源分配到与当前任务目标相关的信息上，避免将注意浪费在无用信息或已自动化的加工上，并在大脑中建立自上而下的抑制控制模式，从而获得反应优势，提高任务成绩。在本研究中的言语工作记忆任务中可以发现，成绩在训练前后有明显差异，而未训练组的成绩没有变化，表明训练成效显著，也验证了工作记忆可塑性的观点。Brewin和Smart[21]要求被试完成不同难度的思维抑制任务，结果发现任务完成效果越好，所测量的的工作记忆容量就越高。表明抑制能力与工作记忆容量关系密切。也有研究从反面证明了这一点，Grant等人[22]以负启动效应测量抑制能力，比较老年人和年轻人在工作记忆广度与负启动效应关系上的区别，结果发现年龄越大抑制能力越弱，并导致工作记忆容量衰减。

言语工作记忆可以对语音编码的信息进行短时储存和加工，它由语音存储和发音复述两个装置构成，语音存储加工听觉语音信息，发音复述可将视觉语音信息转换成听觉语音信息，还可加强将要消退的记忆痕迹，故发音复述装置在言语工作记忆中起着无可替代的作用[1]。而在抑制能力训练过程中，尤其是在Stroop任务中，被试在完成任务时会通过默读来加强色词信息的记忆痕迹，可能是这些训练任务使得被试的发音复述能力得到强化，进而在后测的运算-词语广度任务中表现出来。

尽管工作记忆与智力关系密切是心理学家的共识，但通过工作记忆训练是否能提升流体智力却没有一致的结论。本研究发现与对照组相比，训练组的瑞文推理测验分数有更明显的提高。这可能是由于认知资源分配方案在训练过程中的优化，及大脑自上而下的抑制控制模式的建立。如赵鑫等人[9]通过20天的工作记忆训练发现9-11岁儿童的流体智力得到显著提高。彭君等人[12]也通过抑制能力训练使训练后被试的流体智力成绩明显优于对照组。但另一种观点认为短期训练对心理机能的提高只是一种暂时性的启动或状态性调整，即训练只是将被试的某项机能调整到了最佳状态[12]。而本研究中，即使训练组和对照组的增值分数差异显著，但分数都非常小，很难证明训练使得相应的心理机能或大脑功能发生了质的变化。结合本实验，出现这一结果的原因既可能是被试量较少及训练时间较短引起的一定误差，加上训练提高了被试的执行速度和效能，同时训练成绩能较为灵敏的反映被试训练水平的改变，于是引起两组成绩差异显著。

综上所述，本研究通过多种任务对中央执行系统的抑制能力进行短期训练，不仅表明抑制能力可以独立发挥作用，证明了工作记忆可塑性观点，表明这种训练可以有效提升工作记忆水平，并能在一定程度上对流体智力表现有积极作用。当然，作为初步的实验研究，训练所产生的效应是否可以长期保持以及是否可以在大脑层面观察到稳定可持续的变化，还有待后续的研究进一步验证。

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