ISSN 2079-6617 (Print)
ISSN 2309-9828 (Online)
Соотношение хранения и переработки информации в рабочей памяти

Соотношение хранения и переработки информации в рабочей памяти

Скачать в формате PDF

Поступила: 29.05.2016

Принята к публикации: 12.06.2016

Дата публикации в журнале: 30.08.2016

Страницы: 18-27

DOI: 10.11621/npj.2016.0202

Ключевые слова: рабочая память; переработка информации; разделение ресурсов; хранение; переключение ресурсов; внимание

Доступно в on-line версии с: 30.08.2016

Для цитирования статьи:

Величковский Б.Б. Соотношение хранения и переработки информации в рабочей памяти. // Национальный психологический журнал 2016. № 2. c.18-27. doi: 10.11621/npj.2016.0202

Скопировано в буфер обмена

Скопировать
Номер 2, 2016

Величковский Борис Борисович Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Аннотация

Рабочая память (РП) представляет собой центральный конструкт многих современных когнитивных теорий. Ее определяющими функциями являются хранение и переработка информации. В статье рассматриваются перспективные направления исследований функций хранения и переработки информации в рабочей памяти. Показано, что их основное различие сводится к дихотомии независимости/зависимости хранения и переработки. В рамках концепции разделения единого ресурса и исследований эффектов порядка стимула и времени переработки предполагается, что хранение и переработка тесно связаны, и их функционирование основывается на разделении единого неспецифического ресурса. Направления, связанные с исследованием переключения когнитивных ресурсов и сопоставлением совместного и изолированного выполнения функций рабочей памяти предполагают относительную независимость хранения и переработки. Отмечалось, что такое предположение требует представления о существовании специализированной инстанции – «диспетчера», осуществляющего оптимальное переключение ресурсов между хранением и переработкой с учетом ограничений текущего контекста. Также рассматривались результаты исследований корреляций эффективности хранения и переработки.

На основе анализа эмпирических подходов к изучению соотношения хранения и переработки информации делаются следующие выводы: в реализации функций хранения и переработки принимают участие неспецифические когнитивные ресурсы; функции хранения и переработки реализуются независимо друг от друга; взаимодействие функций хранения и переработки осуществляется опосредованно на основе оптимального переключения ресурсов посредством активности специализированного механизма.

Полученные результаты могут быть использованы для дополнения современных моделей РП и расширения представлений о реализации оперативного хранения и переработки.

Рабочая память (РП) представляет со­бой систему когнитивных процес­сов, обеспечивающих оперативное хранение и переработку информации. Значение РП для познания можно продемонстрировать на примере вычислений «в уме». В этом случае ресурсы рабочей памя­ти привлекаются для хранения операндов, промежуточных и основных результатов, а также для применения арифметических операций к оперативно удерживаемым данным. Как система оперативного хране­ния и переработки информации РП зани­мает центральное место во многих совре­менных теориях познания (Baddeley, 2012; Bargh, 2005; Белова и Малых, 2013). Это связано с тем, что фундаментальной осно­вой когнитивных теорий является идея о психике как системе сбора и переработ­ки информации и построения модели мира на этой основе (Найссер, 1981). Поэтому неудивительно, что рабочая память, предъявляющая «эксклюзивные права» на переработку информации человеком, претендует на роль системы, опосредую­щей познавательную деятельность.

Важная роль РП в реализации познава­тельной деятельности проявляется в на­личии выраженных корреляций между ее индивидуальными характеристиками и эффективностью различных видов слож­ной деятельности. В частности, объем РП коррелирует с эффективностью обуче­ния иностранным языкам и языкам про­граммирования, с пониманием текстов, со способностью к умозаключениям и управлению сложными техническими си­стемами (Engle & Kane, 2004). Эти эмпи­рические связи кульминируют при нали­чии сильных корреляций между объемом рабочей памяти и текучим интеллектом gF (Ackerman et al., 2005). До 50% дисперсии способности к решению новых, интеллек­туально-сложных задач может быть объ­яснено индивидуальной изменчивостью РП. Хотя эти связи носят корреляционный характер, их существование заставляет исследователей обращать пристальное вни­мание на рабочую память, ее механизмы и структуру.

Современные исследования РП долгое время испытывали влияние модели рабо­чей памяти А. Бэддели (Baddeley, 1986). Эта модель предполагает выделение в структу­ре РП подсистемы, ответственной за пе­реработку информации, контроль оперативного хранения и контроль внимания (центральный исполнитель), а также ряд подсистем хранения информации (фонологическая петля, зрительно-пространст­венный блокнот, эпизодический буфер). На сегодняшний день существует несколь­ко альтернативных моделей рабочей па­мяти, развивающих представления о роли процессов внимания в ней (Cowan, 1999), о дифференциации различных актива­ционных состояний оперативно удержи­ваемой информации (Oberauer, 2009), а также о значении разделения ресурсов хранения и переработки в реализации ее функций (Barroillet & Camos, 2007). Все существующие модели РП сходятся в том, что ее функционирование основывает­ся на совместной реализации функций хранения и переработки информации. В настоящей работе рассматриваются во­просы возможной организации такого взаимодействия.

Хранение и переработка в рабочей памяти

Совместная реализация функций хранения и переработки в РП являет­ся основой ее определения (Daneman & Carpenter, 1980). Рабочая память, по­нимаемая как кратковременная память, т.е. как система оперативного хранения без реализации функции переработки, неспособна играть центральную роль в обеспечении познавательной деятель­ности (на что претендует конструкт РП). Это проявляется в наличии расхождения между эффектами индивидуальных ха­рактеристик кратковременной памяти и РП. Так, не обнаруживаются выражен­ные связи основного средства оценки объема кратковременной памяти – циф­рового охвата (который используется, например, в шкале интеллекта Векслера) с общим интеллектом. Добавление к зада­че удержания набора цифр задания пере­работки информации позволяет рассчи­тать показатели объема РП, выраженно коррелирующие с общим интеллектом (Величковский, 2014). Таким образом, совмещение хранения и переработки яв­ляется конституирующим признаком ра­бочей памяти, как системы, опосредую­щей познавательную деятельность.

Можно выделить несколько направ­лений исследований, проблематизиру­ющих взаимосвязь функций хранения и переработки в РП. Основная дихото­мия, различающая эти подходы – это дихотомия зависимости/независимости хранения и переработки в РП. Первый вопрос: зависят ли хранение и перера­ботка друг от друга или же они реали­зованы как независимые, изолирован­ные функции? Если они зависят друг от друга, то второй вопрос: каков харак­тер этой зависимости? Ниже будут рас­смотрены сначала направления, трак­тующие хранение и переработку как взаимодействующие функции, затем на­правления, трактующие хранение и пе­реработку как независимые функции. Потом будет рассмотрен эмпирический подход к проблеме зависимости/незави­симости хранения и переработки.

Первое направление рассматривает хранение и переработку как функции, взаимодействующие на основе разделе­ния единого «когнитивного ресурса». В рамках этой концепции представляется, что один и тот же ограниченный ресурс должен выделяться для осуществления и хранения, и переработки. Очевидно, что в этом случае реализация одной функции приводит к затруднениям в реализации другой функции – обе функции выступа­ют по отношению друг к другу в качест­ве «дополнительных задач». Увеличение объема хранения приводит к снижению эффективности переработки и наоборот. Такие представления развивались, напри­мер, в работе М. Daneman и Р. Carpenter, в которой впервые был реализован прин­цип совмещения функций хранения и переработки для создания теста на опреде­ление объема рабочей памяти (Daneman & Carpenter, 1980). Концепция разделе­ния ресурсов, очевидно, перекликается с концепцией внимания как резервуара не­специфических когнитивных ресурсов Д. Канемана (2006) и разделяет с ней методологические проблемы операциональ­ного определения понятия ресурса.

Концепция разделения ресурсов по­лучает эмпирическое подтверждение в рамках второго направления исследо­вания, трактующего хранение и перера­ботку как взаимодействующие функции рабочей памяти. Это направление за­ключается в изучении эффекта порядка стимула и эффекта времени переработ­ки, обнаруживаемых при выполнении тестов на определение объема РП. Впер­вые эти эффекты были показаны в ра­боте J. Towse с коллегами (Towse et al., 1998). Эффект порядка стимула состоит в том, что объем хранения в РП увели­чивается, если продолжительность пере­работки в ходе выполнения теста снижается. Эффект времени переработки заключается в том, что скорость перера­ботки снижается к ее концу.

Оба эффекта указывают на отрицатель­ную корреляцию между функциональны­ми возможностями хранения и перера­ботки в рабочей памяти. Эффект порядка стимула может быть связан с тем, что, если в конце выполнения теста переработка за­нимает меньшее время, т.е. для нее требу­ется меньше ресурсов, то эти ресурсы мо­гут быть выделены для удержания новых элементов информации в дополнение к тем, которые уже содержаться в РП. Та­ким образом, общий объем хранения в рабочей памяти будет увеличиваться. Эф­фект времени переработки может быть связан с тем, что к концу выполнения те­ста увеличение количества удерживаемых в РП элементов приводит к выделению до­полнительных ресурсов для хранения ин­формации, что приводит к нехватке ре­зервов для переработки и к снижению ее эффективности. Таким образом, оба эф­фекта объясняются с позиции разделения единого неспецифического ресурса меж­ду функциями хранения и переработки в РП. Обе функции в этом случае оказыва­ются зависимыми друг от друга.

Альтернативное направление иссле­дований исходит из признания незави­симости функций хранения и перера­ботки (Towse & Hitch, 1995; Barrouillet & Camos, 2007). Его авторы предполагают, что необходимые для реализации этих функций ресурсы разделяются между ними на основе некоторого алгоритма их переключения. Например, при вы­полнении тестов на определение объ­ема РП ресурсы направляются сначала на функцию хранения, затем переключаются на реализацию функции пере­работки, потом переключаются на реа­лизацию функции хранения и так далее. Таким образом, в ходе выполнения зада­ния не происходит разделение единого ресурса между хранением и переработ­кой в той или иной пропорции, а имеет место систематическое переключение ресурсов между ними. При этом возни­кает снижение объема хранения при интенсивной переработке, вследствие угасания активированной в рабочей па­мяти информации в то время, когда не­обходимые для ее реактивации ресурсы переключены на переработку. Очевидно, что при такой трактовке ресурсы РП по­нимаются как ресурсы внимания.

Ярким примером такого подхода яв­ляется модель основанного на време­ни разделения ресурсов П. Барруиллэ (Barrouillet & Camos, 2007). Эта модель предполагает, что ресурсы рабочей па­мяти выделяются на реализацию фун­кций хранения и переработки поочеред­но. При этом хранение обеспечивается ресурсами тогда, когда они не заняты обеспечением переработки. Если ресур­сы переключены на переработку, храня­щаяся в РП информация угасает. Когда ресурсы переключены на хранение, они могут быть использованы для реактива­ции хранящихся в рабочей памяти элементов информации, препятствуя их угасанию. Эта концепция получила эм­пирическое подтверждение в серии эк­спериментов, в которых использовались задания на определение объема РП, со­четающие хранение набора элементов и очень простую, высокоавтоматизированную задачу переработки. Казалось бы, такая задача переработки совершен­но не требует когнитивных ресурсов и поэтому хранение не должно страдать от нехватки ресурсов (согласно моде­ли разделения ресурсов). Такая карти­на действительно наблюдается, однако, только если задача переработки подает­ся с невысокой скоростью. При высо­кой скорости подачи стимуляции в зада­че переработки, объем хранения резко снижается. Эти результаты свидетель­ствуют о переключении ресурсов меж­ду хранением и переработкой в рамках определенных интервалов времени.

Еще одно направление в исследовании взаимодействия функций рабочей памя­ти – это сопоставление совместного и изолированного выполнения заданий на хранение и переработку. Это направле­ние так же, как и предыдущее, читает хра­нение и переработку независимыми функциями РП. Например, S. Duff и R.Logie показали, что совмещение заданий на хранение и на переработку информации снижает эффективность их выполнения не более чем на 30%, по сравнению с их изолированным выполнением (Duff & Logie, 2001). При этом у большинства испытуемых вообще не наступало никакого снижения эффективности выполнения заданий при их совмещении. Возника­ющее же у части испытуемых снижение (интерференция двойной задачи) может быть объяснено трудностями координа­ции их выполнения и возможной кон­куренцией за разделяемые структурные ресурсы. В пользу этого также свидетель­ствует тот факт, что снижение сходства между заданием на хранение и задани­ем на переработку приводит к редукции снижения эффективности совместного выполнения заданий по сравнению с их изолированным выполнением. Все эти эффекты говорят о том, что хранение и переработка являются независимыми функциями, а их взаимодействие носит опосредованный характер.

Последним, чисто эмпирическим и не отягощенным теоретическими пред­почтениями направлением является из­учение корреляционных взаимосвязей эффективности хранения и перера­ботки информации в рабочей памяти. В целом ряде исследований этого на­правления были получены результаты, противоречащие гипотезе о разделении ресурсов между функциями хранения и переработки. Оказалось, что эффектив­ность хранения коррелирует со скоро­стью переработки либо положитель­но (Barrouillet & Camos, 2007; Towse & Hitch, 1995), либо статистически незна­чимо (Waters & Caplan, 1996). Такой же результат был получен и относительно корреляций точности хранения с точ­ностью переработки – они также могут быть либо положительными (Daneman & Tardiff, 1987; Shah & Miyake, 1996), либо незначимыми (Shah & Miyake, 1996; Turner & Engle, 1989). Эти данные пред­ставляют большой интерес, так как здесь предсказанная концепциями разделения ресурсов отрицательная корреляция эф­фективности хранения и переработки не наблюдается. Кроме того, интерес представляет положительная корреля­ция скорости и точности переработки, выводимая из этих данных. Любая мо­дель взаимодействия хранения и пере­работки в РП должна будет объяснить эти противоречивые результаты.

Открытые вопросы соотношения хранения и переработки

Приведенные выше результаты не по­зволяют сделать однозначный вывод о механизмах взаимодействия функций хранения и переработки в рабочей па­мяти. С одной стороны, существуют концепции тесной взаимосвязи этих функций на основе механизма разде­ления единого ресурса. С другой сто­роны, существуют данные, говорящие о независимости функций хранения и переработки и опосредованности их взаимодействия. Также существуют эмпирические свидетельства в пользу того, что эффективность хранения и пере­работки в РП позитивно коррелируют между собой, т.е. представляют родст­венные или, даже, эмпирически нераз­личимые конструкты. Какая же из этих интерпретаций существующих данных является корректной?

Прежде чем попытаться ответить на этот вопрос, следует прояснить, в чем заключается суть эмпирических проти­воречий. Представляется, что в основе противоречивых позиций лежат две эм­пирические оппозиции.

Во-первых, это противоречие между данными об эффектах порядка стиму­ла и времени переработки (Towse et al., 1998; Maehara & Saito, 2007), с одной сто­роны, и данными о независимости фун­кций хранения и переработки, с другой стороны (Barrouillet & Camos, 2007; Duff & Logie, 2001). Действительно, эффекты порядка стимула и времени переработки показывают, что хранение и переработ­ка связаны негативной зависимостью и что поэтому для их выполнения должен разделяться единый ресурс. Первый эф­фект заключается в том, что количество удерживаемых в компонентах хранения рабочей памяти элементов информации может быть большим, если первоначаль­но выполняются продолжительные, а позднее – короткие задачи переработ­ки. При обратной последовательности задач переработки становится сложнее (и даже невозможно) удерживать в РП большое количество элементов инфор­мации. Если предположить, что и пере­работка, и хранение требуют для своей реализации один и тот же ресурс, то эф­фект порядка стимула может получить следующую интерпретацию.

В начале выполнения теста рабочей памяти в компонентах хранения удер­живается небольшое количество эле­ментов. Их удержание требует неболь­шой доли ресурса, и оставшаяся часть обеспечивает выполнение затратной (продолжительной) задачи переработ­ки. В конце выполнения теста в компо­нентах хранения удерживается большое количество элементов, удержание кото­рых требует большой доли ресурса. Он может быть выделен, так как незатрат­ная (непродолжительная) задача пере­работки требует незначительной доли ресурса. Таким образам, взаимодейст­вие хранения и переработки сводит­ся к разделению единого ресурса меж­ду ними в какой-то пропорции (причем эффект порядка стимула предполага­ет также, что в случае превышения об­щего количества ресурса суммарными требованиями к нему ресурсное обеспечение переработки будет иметь приори­тет над ресурсным обеспечением хране­ния). Наличие аналогичного механизма можно предположить и для объяснения эффекта времени переработки. В конце выполнения теста на определение объе­ма РП в компонентах хранения удержи­вается большое количество элементов. Их удержание требует значительной доли разделяемого ресурса, и на выполнение задачи переработки может быть выделена только малая его доля. Поэто­му задача переработки выполняется ме­нее эффективно, т.е. менее быстро.

Концепция переключения ресурсов предполагает другое видение взаимо­действия хранения и переработки в РП. Здесь тоже предполагается, что один и тот же ресурс обеспечивает реализацию обеих функций. Однако для реализации конкретной функции он должен быть за­действован целиком. Поэтому возникает необходимость в механизме переключе­ния, а также в гипотетическом компонен­те – «диспетчере», который осуществляет это переключение. Например, в моде­ли разделения ресурсов, основанного на времени, (Barrouillet & Camos, 2007) переключение осуществляется в соответст­вии с фиксированными отрезками вре­мени, выделенными на выполнение задач хранения и переработки.

Во-вторых, в основе противоречивых данных о взаимодействии хранения и пе­реработки лежит оппозиция результатов, свидетельствующих о негативной связи эффективности хранения и переработки (первые четыре исследовательских направления) и результатов, говорящих об их позитивной/нулевой связи (послед­нее, «эмпирическое» исследовательское направление). Концепция разделения ре­сурсов, например, предполагает, что реа­лизация функций хранения и переработ­ки обеспечивается единым разделяемым ресурсом. Очевидно, что в этом случае концепция предсказывает антагонисти­ческие отношения между хранением и переработкой – выделение большего количества ресурса на реализацию одной функции и, следовательно, ее большая эффективность будут связаны с выделе­нием меньшего количества ресурсов на выполнение другой функции и, соответ­ственно, с ее меньшей эффективностью. Яркие примеры такой негативной связи представляют собой предполагаемые в рамках концепции разделения ресурсов (первое и второе исследовательские на­правления) механизмы возникновения эффектов порядка стимулов и времени переработки, описанные выше.

Концепция переключения ресур­сов так же, по крайней мере, на первый взгляд, предполагает антагонистические отношения между эффективностью ре­ализации хранения и переработки. Это происходит, несмотря на то, что эта концепция постулирует независимость этих функций. При переключении ре­сурса на выполнение задачи переработ­ки (эффективное ее выполнение), эффективность хранения страдает за счет угасания активированных в компонен­тах хранения элементов информации. Так становится возможной негативная связь межу переработкой и хранением. Обратная ситуация, кстати говоря, на­личествует необязательно – переключе­ние ресурса на обеспечение хранения не обязательно снижает эффективность переработки, так как последняя просто не реализуется в этот момент.

Наиболее нейтральные теорети­ческие предсказания дают результа­ты исследований совмещенного и изо­лированного выполнения заданий на хранение и переработку. Так как они предполагают независимость функций хранения и переработки, то их резуль­таты совместимы с нулевыми корреля­циями эффективности хранения и пе­реработки, а опосредованно – через механизм координации совместного выполнения и с позитивными корреля­циями. Однако через механизм струк­турной интерференции результаты исследований совмещенного и изолированного выполнения заданий на хра­нение и переработку совместимы и с негативными корреляциями эффектив­ности хранения и переработки. В целом, необходимо понять, какие механизмы рабочей памяти могут приводить к воз­никновению наблюдаемых позитивных/ нулевых корреляций, несмотря на пред­полагаемую антагонистичность хране­ния и переработки информации в ней.

Имеющиеся эмпирические противо­речия заставляют поднять ряд вопросов о реальном соотношении функций хра­нения и переработки. Это следующие вопросы:

  1. Существует ли единый ресурс, обес­печивающий реализацию и функции хранения, и функции переработки?

  2. Являются ли функции хранения и пе­реработки независимыми или они связны с действием единых механиз­мов?

  3. Необходимо ли существование ме­ханизма переключения ресурса («ди­спетчеризация»)?

  4. Как можно совместить данные о пози­тивной/нейтральной корреляции эф­фективности хранения и переработки с имеющимися теоретическими моде­лями РП?

Ответы на эти вопросы предполага­ют рассмотрение гипотетических ме­ханизмов рабочей памяти (в частности, выполнения заданий на определение ее объема), а также критического анализа современных моделей РП. Действитель­но, имеющиеся сегодня теоретические построения в области моделирования рабочей памяти отличаются достаточ­но большой степенью произвольности и концептуальной неясности. Это во мно­гом объясняется тем, что для когнитивных моделей характерна апелляция к «интуитивно понятным» метафорам и схемам, за которыми часто скрывается отсутствие четко понимаемых механиз­мов реализации тех или иных когнитив­ных функций. Хотя такое положение дел понятно и даже продуктивно на начальных стадиях разработки определенной тематики, современное состояние иссле­дований РП требует перехода к описа­нию не метафор, а механизмов функцио­нирования этой важнейшей подсистемы когнитивной сферы. Такие требования уже выражаются ведущими исследовате­лями рабочей памяти (Oberauer, 2013).

Возникающие при анализе соотноше­ния хранения и переработки в РП пробле­мы, безусловно, относятся к существенным проблемам изучения рабочей памяти. Это следует из конституирующего значения этих функций для самого понятия РП, как отмечалось выше. Центральной пробле­мой при этом является проблема возмож­ной независимости функций хранения и переработки и их возможного антаго­низма, а также попытки разрешить эти проблемы посредством привлечения по­нятия когнитивных ресурсов. Решение этих проблем представляет собой насущ­ную необходимость для прогресса в обла­сти эмпирических исследований РП.

Схема соотношения хранения и переработки

Ниже будут рассмотрены возможные сегодня ответы на поднятые вопросы о соотношении хранения и переработки в рабочей памяти.

Существование единого ресурса.

Существование единого неспеци­фического ресурса, необходимого для выполнения различных когнитивных функций, является одной из наибо­лее устойчивых метафор когнитивной психологии (Navon, 1984). В контек­сте изучения РП свидетельства в пользу существования единого ресурса предо­ставляют факты снижения эффектив­ности хранения и переработки при их совместном выполнении (по сравнению с изолированным). Об этом также сви­детельствуют эмпирические эффекты антагонизма хранения и переработки, проявляющиеся в описанных выше эф­фектах порядка стимула и времени пе­реработки. Существование единого ре­сурса предполагается и эмпирически достаточно хорошо обоснованной кон­цепцией переключения ресурсов.

Следует отметить, что само фундамен­тальное различение функций хранения и переработки может оказаться необо­снованным. При внимательном анализе можно отметить, что только функция хранения носит базовый характер, а пе­реработка является производной фун­кцией. Например, при переработке требуется удерживать в оперативной па­мяти исходные данные и результаты пе­реработки, т.е. переработка сама требу­ет реализации функции оперативного хранения. Это очевидно в заданиях на определение объема РП, таких как ох­ват операций (Turner & Engle,1989). В них задача переработки включает в себя удержание нескольких цифр в дополнение к удержанию в рамках выполнения задачи на хранение набора букв. Поэто­му реализацию функций хранения и пе­реработки могут выполнять единые ме­ханизмы, что может трактоваться как действие «единого ресурса».

Интересно, что концепция разделе­ния единого ресурса может быть со­гласована с прямо противоположными исходами расчета корреляций эффек­тивности хранения и переработки. С одной стороны, она предсказывает от­рицательные корреляции, так как вы­деление доли ресурса на реализацию одной функции уменьшает долю ресур­са, доступную другой функции. С дру­гой стороны, она совместима с поло­жительными корреляциями, так как в этом случае за функциями хранения и переработки может угадываться дейст­вие единого фактора – единого ресур­са. Низкая специфичность концепции разделения ресурсов по отношению к результатам корреляционных исследо­ваний взаимодействия хранения и пере­работки заставляет усомниться в ее прогностической силе.

Особенно проблематичными для концепции единого ресурса представ­ляются результаты исследований о совместном и изолированном выпол­нении заданий на хранение и перера­ботку. Наблюдающееся во многих случа­ях отсутствие снижения эффективности совместного исполнения функций хра­нения и переработки по сравнению с изолированным исполнением свидетельствует о том, что хранение и пере­работка не обязательно разделяют об­щий ресурс. Их взаимодействие, если оно существует, должно носить опосре­дованный характер. Например, оно мо­жет быть ограничено конкуренцией за общие структурные ресурсы. В целом, следует отметить, что концепция разде­ления единого ресурса между функция­ми хранения и переработки не находит однозначного подтверждения, а под­тверждающие ее эффекты могут быть связаны с частичным пересечением ме­ханизмов, реализующих процедуры из­мерения хранения и переработки.

Независимость хранения и переработки.

Являются ли хранение и переработ­ка независимыми функциями? Положи­тельно ответить на этот вопрос можно на основе результатов исследований в рамках концепции разделения ресурсов и сравнения совместного и изолирован­ного исполнения функций хранения и переработки. Оба исследовательских направления предполагают, что хране­ние и переработка реализуются изолированно, не будучи связанными единым механизмом. Такая изоляция функций хранения и переработки представляет­ся выигрышной в рамках доминирую­щих структурной модели рабочей памя­ти (Baddeley, 1986) и в контексте общих представлений о модулярности когни­тивных функций (Fodor, 1983). Дейст­вительно, независимые функциональ­ные компоненты в составе когнитивных систем обладают повышенной устойчи­востью к ошибкам, сниженной интер­ференцией и изолированной модифицируемостью, что дает таким системам эволюционные преимущества. Теорети­чески, это делает изолированную организацию хранения и переработки более привлекательной.

Поддержку представлениям о незави­симости хранения и переработки в РП оказывает так называемая концентриче­ская модель рабочей памяти (Oberauer, 2009). В этой модели в составе РП вы­деляются компоненты с различным ак­тивационным уровнем содержащихся в них репрезентаций. В частности, разли­чаются компоненты оперативного хра­нения (представляющие собой активи­рованное подмножество репрезентаций долговременной памяти) и фокус вни­мания, в котором содержится актуаль­но перерабатываемая репрезентация и который является локусом когнитивной переработки. Наши исследования (Ве­личковский, Румянцев, Никонова, 2015), проведенные на основе метода аддитив­ных факторов С. Стернберга, указывают на относительную независимость ком­понентов оперативного хранения и фо­куса внимания как компонента текущей переработки (эти компоненты оказыва­ются чувствительными к действию раз­личных экспериментально манипули­руемых факторов). Аналогично, нами было показано (Величковский, 2014б), что при факторном анализе показателей эффективности выполнения различных заданий на РП выделяются независимые (т.е. некоррелирующие) факторы, свя­занные с фокусом внимания и компо­нентами оперативного хранения. Таким образом, наличествует известная сте­пень независимости функций перера­ботки и хранения в рабочей памяти.

Проблематичным для представления о независимости хранения и перера­ботки являются эффекты порядка сти­мула и времени переработки. Действи­тельно, эти эффекты могут трактоваться как свидетельствующие об обратно про­порциональной зависимости эффектив­ности хранения и переработки, т.е. о те­сной связи между этими функциями. Для этих эффектов, однако, характерно сме­шение понятий интенсивности и време­ни переработки (более длительная пе­реработка рассматривается как более интенсивная, т.е. как требующая боль­ших ресурсов). Однако понятие про­должительности переработки является также основным конструктом концеп­ции переключения ресурсов. Рассматри­вая указанные эмпирические эффекты в рамках этой концепции, можно дать им и другую интерпретацию. Эффект порядка стимула возникает, потому что менее продолжительная переработка в конце теста позволяет реактивировать большое количество элементов в компо­ненте хранения. Эффект времени пере­работки возникает потому, что в конце теста необходимо чаще перенаправлять ресурсы интеллектуального внимания на реактивацию элементов. Их переклю­чение на задачу переработки становит­ся более дробным и ее выполнение за­медляется.

Таким образом, эмпирические эф­фекты, трактуемые в пользу тесной зави­симости хранения и переработки, могут получить объяснение и в рамках кон­цепции независимости этих функций. В целом, имеющиеся данные можно ин­терпретировать как говорящие о незави­симой реализации функций хранения и переработки, а их взаимодействие сле­дует рассматривать как опосредованное специализированным механизмом переключения когнитивных ресурсов и разрешения структурных конфликтов. Такое предложение требует более де­тального рассмотрения этого гипотети­ческого механизма.

Необходимость «диспетчеризации».

Представление об изолированной реа­лизации функций хранения и переработ­ки и переключении когнитивных ресур­сов между ними требует постулирования в составе РП системы, контролирующей выделение ресурсов на основе опреде­ленных алгоритмов. Например, ресурсы могут переключаться между хранением и переработкой на основе схемы систе­матического чередования, если соот­ветствующая стимуляция тоже подается чередующимся образом. Компонент, ко­торый выполняет такую координацию реализации функций хранения и переработки, должен иметь доступ к специали­зированным ресурсам, к оценке ресурсо­емкости тех или иных заданий, к оценкам вероятности стимульных событий, к мо­тивационным переменным и многим другими факторам, определяющим опти­мальные приоритеты в ресурсном обес­печении когнитивных функций.

Очевидно, что такие механизмы пла­нирования и регуляции когнитивной де­ятельности свойственны префронталь­ным отделам коры (Лурия, 2003). Следует отметить, что в модели внимания как уси­лия Д. Канемана (2006) – а при анализе проблемы выделения когнитивных ресур­сов в РП речь идет, прежде всего, о ресур­сах интеллектуального внимания (Cowan, 1999) – содержится компонент, реализу­ющий подобные функции координации обеспечения внимательной переработ­ки ресурсам на основе внутренних схем и мотивационных переменных. Можно предположить, что именно такой компо­нент должен быть добавлен в современ­ные модели рабочей памяти. Следует от­метить, что это соответствует тенденции к рассмотрению РП и внимания как тесно связанных конструктов, как, например, в концепции рабочей памяти как регули­рующего внимания (Engle & Kane, 2004).

Объяснение корреляций.

Каким образом представления об ог­раниченной роли неспецифических ресурсов в реализации функций РП, независимости функций хранения и пе­реработки, а также переключении ре­сурсов посредством координирующей инстанции могут быть согласованы с имеющимися данными о корреляциях показателей эффективности хранения и переработки?

Нулевые корреляции эффективности хранения и переработки хорошо согла­суются с указанными граничными усло­виями структурной организации рабо­чей памяти. Действительно, отсутствие корреляций функциональных возмож­ностей хранения и переработки может возникать как следствие их независимо­сти друг от друга и опосредованности их взаимодействия механизмами раз­решения динамической и структурной интерференции. При этом такие корре­ляции могут возникать в результате соче­тания действия многих факторов, кото­рые снижают степень согласованности в реализации обеих функций РП. В частно­сти, такие факторы, как скорость предъявления стимуляции, иррелевантная ин­терференция и, что особенно важно, – семантика предъявляемого материала, могут оказывать существенное влияние на динамику реализации функций рабо­чей памяти. Поэтому обнаружение нуле­вых корреляций не противоречит идее (опосредованного) взаимодействия хра­нения и переработки, но особенно хоро­шо согласуется с идей их относительной независимости.

Обнаружение положительных корре­ляций эффективности хранения и пе­реработки также хорошо согласуется с выявленными особенностями соотно­шения этих функций в рабочей памя­ти. Положительные корреляции обыч­но трактуются как результат действия общего фактора. В данном случае таким общим фактором, возможно, являет­ся действие механизма, регулирующего взаимодействие хранения и переработ­ки («диспетчер»). Как отмечалось выше, такой механизм оптимизирует это взаимодействие на основе учета множества переменных, так что эффективность и хранения, и переработки становится оптимальной в имеющихся условиях. Эм­пирически это приводит к появлению положительных корреляций при сохра­нении независимости обеих функций РП. В любом случае и сделанные выше предположения о структуре рабочей памяти, и факт отсутствия негативных корреляций эффективности хранения и переработки противоречат упрощенной идее о разделении единого когнитивно­го ресурса между этими функциями.

Проведенный анализ позволяет по­строить следующую схему взаимодейст­вия хранения и переработки в РП (рис. 1). В рабочей памяти реализуются две не­зависимые функции – хранение и пере­работка. Их реализация основывается на множестве механизмов удержания и трансформации информации – как общих, так и модально-специфических. Для выполне­ния хранения и переработки необходимо выделение когнитивных ресурсов (напри­мер, для реактивации удерживаемой в РП информации). Ресурсы могут быть затре­бованы функциями хранения и перера­ботки напрямую, а также опосредованно выделяться через специальную инстан­цию – «диспетчер». Диспетчер осуществ­ляет оптимальное переключение ресур­сов между хранением и переработкой с учетом текущих условий, отражающих­ся в когнитивных и мотивационных пе­ременных. Так возникает опосредован­ное взаимодействие данных функций РП, приводящее, например, к появлению по­ложительных корреляций показателей их эффективности. Схема не исключает, что в случае конкретных тестов на определе­ние функциональных возможностей ра­бочей памяти при реализации хранения и переработки могут использовать общие механизмы, что приводит к их более те­сному эмпирическому взаимодействию.

Рисунок 1. Взаимодействие хранения и переработки в рабочей памяти на основе стратегии оптимального переключения ресурсов (сплошная линия – обязательные связи, прерывистая линия – опциональные связи)


Заключение

В статье рассматривался вопрос о со­отношении двух конституирующих фун­кций РП – хранения и переработки. Проанализированы основные направления исследований этого вопроса. Было пока­зано, что их основное различие сводит­ся к дихотомии независимости/зависи­мости хранения и переработки. В рамках концепции разделения единого ресурса и исследований эффектов порядка сти­мула и времени переработки предпола­гается, что хранение и переработка те­сно связаны, и их функционирование основывается на разделении единого не­специфического ресурса. Направления, связанные с исследованием переключе­ния когнитивных ресурсов и сопостав­лением совместного и изолированного выполнения функций рабочей памяти, предполагают относительную независи­мость хранения и переработки. Отмеча­лось, что такое предположение требует представления о существовании специ­ализированной инстанции – «диспетче­ра», осуществляющего оптимальное переключение ресурсов между хранением и переработкой с учетом ограничений текущего контекста. Также рассматрива­лись результаты исследований корреля­ций эффективности хранения и пере­работки. Отмечалось, что современные модели взаимодействия хранения и пе­реработки должны объяснять результа­ты, получаемые в исследованиях, прохо­дящих в их рамках.

В результате проведенного анализа было показано:

  1. в реализации функций хранения и пе­реработки принимают участие неспе­цифические когнитивные ресурсы;

  2. функции хранения и переработки ре­ализуются независимо друг от друга;

  3. взаимодействие функций хранения и переработки осуществляется опосре­дованно на основе оптимального пе­реключения ресурсов посредством активности специализированной ин­станции.

Предложена схема взаимодействия хранения и переработки в РП. Сделан­ные выводы хорошо согласуются с ре­зультатами корреляционных иссле­дований эффективности хранения и переработки, а также с результатами экспериментальных исследований пе­реключений ресурсов при реализации функций рабочей памяти. Сделанные выводы также позволяют дать новую интерпретацию эффектам порядка стиму­ла и времени переработке как поддер­живающих концепцию переключения ресурсов. Полученные в настоящей ра­боте результаты могут быть использова­ны для дополнения современных моде­лей РП и расширения представлений о реализации ее конституирующих фун­кций – хранения и переработки.

Исследование поддержано РГНФ, грант № 16-06-00065.

Литература:

Белова А.П., Малых С.Б. Природа индивидуальных различий рабочей памяти // Теоретическая и экспериментальная психология. – 2013. – Т. 6. – С. 54–64.

Величковский Б.Б. Тестирование рабочей памяти: от простого к сложному и снова к простому // Теоретическая и экспериментальная психология. – 2014 (а). – Т. 7. – № 2. – С. 133–142.

Величковский Б.Б. Структура корреляционных зависимостей между показателями эффективности выполнения разных классов заданий на рабочую память // Вестник Московского университета. Серия 14. Психология. – 2014 (б). – № 4. – С. 18–32.

Величковский Б.Б., Никонова Е.Ю., Румянцев М.А. Структура рабочей памяти: Эффекты увеличения количества информации, усложнения обработки и интерференции // Психологический журнал. – 2015. – Т. 36. – № 3. – С. 38–48.

Канеман Д. Внимание и усилие. – Москва : Смысл, 2006.

Лурия А.Р. Основы нейропсихологии. – Москва : Академия, 2003.

Найссер У. Познание и реальность. – Москва : Прогресс, 1981.

Ackerman, P.L., Beier, M.E., Boyle, M.O. (2005) Working memory and intelligence: the same or different constructs? Psychological Bulletin. 131, 30-60.

Baars, J. (2005) Global workspace theory: Toward a cognitive neuroscience of human experience? Progress in brain research. 150, 45-55.

Baddeley, A. (1986) Working memory. Oxford, Oxford University Press.

Baddeley, A. (2012) Working memory: Theories, Models, and Controversies. Annual Review of Psychology. 63, 1-29.

Barrouillet, P., & Camos, V. (2007) The time-based resource-sharing model of working memory. The cognitive neuroscience of working memory. Oxford: Oxford University Press. 59-80.

Cowen, N. (1999) An embedded-processes model of working memory. Models of Working Memory. Mechanisms of active maintenance and executive control. Cambridge, Cambridge University Press. 62-101.

Daneman, M., & Carpenter, P.A. (1980) Individual differences in working memory and reading. Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior. 19, 450-466.

Daneman, M., & Tardiff, T. (1987) Working memory and reading skill re-examined. Attention and Performance. NY, Erlbaum. 491-508.

Duff, S., & Logie, R. (2001) Processing and storage in working memory span. The quarterly journal of experimental psychology. 2001. 54, 31-48.

Engle, R., & Kane, M. (2004) Executive attention, working memory capacity, and a two-factor theory of cognitive control. The psychology of learning and motivation. NY, Academic Press. 145-199.

Fodor, J. A. (1983) Modularity of Mind: An Essay on Faculty Psychology. Cambridge, Mass., MIT Press.

Maehara, Y., Saito S. (2007) The relationship between storage and processing in working memory span: not two sides of the same coin. Journal of Memory and Language. 56, 212-228.

Navon, D. (1984) Resources – a theoretical soupstone? Psychological Review. 91, 216-234.

Oberauer, K. (2009) Interference between storage and processing in working memory: Feature overwriting, not similarity-based competition. Memory & Cognition. 37. 346-357.

Oberauer, K. (2013) The focus of attention in working memory – from metaphors to mechanisms. Frontiers in Human Neuroscience. 7, 673.

Pogozhina, I. N. (2015). Determination of cognitive development: postnonclassical theoretical model. National Psychological Journal [Natsional’nyy psikhologicheskiy zhurnal]. 3 (19), 35-44.

Shah, P., & Miyake, A. (1996) The separability of working memory resources for spatial thinking and language processing: An individual differences approach. Journal of Experimental Psychology: General. 125, 4-27.

Towse, J. & Hitch, G. (1995) Is there a relationship between task demand and storage space in tests of working memory capacity? Quarterly Journal of Experimental Psychology. 48, 108-124.

Towse, J. Hitch, G., & Hutton, U. (1998) A reevaluation of working memory capacity in children. Journal of Memory and Language. 39, 195-217.

Turner, M., & Engle, R. (1989) Is working memory capacity task dependent? Journal of Memory & Language. 1989. 28, 127-154.

Waters, G., & Caplan, D. (1996) The measurement of verbal working memory capacity and its relation to reading comprehension. Quarterly Journal of Experimental Psychology. 49, 51-79.
Для цитирования статьи:

Величковский Б.Б.Соотношение хранения и переработки информации в рабочей памяти. // Национальный психологический журнал. 2016. № 2. c.18-27. doi: 10.11621/npj.2016.0202

Скопировано в буфер обмена

Скопировать