Marek Kowalczyk
Instytut Psychologii UAM
PAMIĘĆ ROBOCZA
OD MODELU MODALNEGO
DO WIELOSYSTEMOWEGO MODELU PAMIĘCI ROBOCZEJ
“Model modalny” (Atkinson i Shiffrin, 1968)
pamięć krótkotrwała umiejscowiona pomiędzy pamięcią sensoryczną a długotrwałą
jeden system pamięci krótkotrwałej o ograniczonej pojemności
kodowanie w pamięci krótkotrwałej (rozumianej jako pamięć operacyjna) wyłącznie
akustyczne bądź artykulacyjne
(werbalna) pamięć krótkotrwała = pamięć robocza
PROBLEMY MODELU MODALNEGO
Jak informacja sensoryczna moŜe być zinterpretowana (zidentyfikowana) w pamięci
krótkotrwałej, jeśli nie wchodzi wcześniej w jakiś kontakt z wiedzą zapisaną w pamięci
długotrwałej? (zob. zmodyfikowany model modalny)
Jak w świetle modelu moŜliwe jest kodowanie informacji w pamięci trwałej i wydobywanie
informacji z pamięci trwałej w warunkach obciąŜenia werbalnej pamięci krótkotrwałej do
granic jej pojemności? Jak moŜliwe jest normalne kodowanie informacji w pamięci trwałej u
osób o silnie ograniczonej pojemności (zakresie) pamięci krótkotrwałej?
PAMIĘĆ
SENSORYCZNA
PAMIĘĆ
KRÓTKOTRWAŁA
(ROBOCZA)
PAMIĘĆ
DŁUGOTRWAŁA
REAKCJE
2
Jak moŜliwe jest występowanie (w warunkach wzrokowej ekspozycji bodźców) normalnych
efektów przypisywanych „pamięci krótkotrwałej” (efekt świeŜości, poziom sprawozdania
całościowego w próbach takich jak w eksperymentach Sperlinga), kiedy pamięć krótkotrwała
jest obciąŜona do granic swojej pojemności materiałem podawanym słuchowo (Scarborough,
1972)?
Jak moŜliwe są rozumowania przeprowadzane w warunkach pełnego obciąŜenia werbalnej
pamięci krótkotrwałej?
Jak moŜliwe jest (przy uszkodzeniach mózgu) selektywne upośledzenie bezpośredniego
odtwarzania materiału werbalnego przy normalnym odtwarzaniu sekwencji ruchów (bądź
odwrotnie)?
Jak to moŜliwe, Ŝe osoby o drastycznie ograniczonym (do 1–2 elementów) zakresie
bezpośredniej pamięci werbalnej radzą sobie w Ŝyciu i w miarę normalnie funkcjonują?
Zmodyfikowany model modalny (Shiffrin i Atkinson, 1969)
WIELOSYSTEMOWY MODEL PAMIĘCI ROBOCZEJ BADDELEYA I HITCHA (1974)
w miejsce jednego – trzy systemy pamięci krótkotrwałej/roboczej o róŜnych lokalizacjach
mózgowych
pętla fonologiczna
szkicownik wzrokowo-przestrzenny
centralny system zarządczy
częściowe rozdzielenie funkcji „operacyjnych” (zarządczych) i funkcji podtrzymywania śladu
PAMIĘĆ
SENSORYCZNA
PAMIĘĆ
DŁUGOTRWAŁA
PAMIĘĆ
KRÓTKOTRWAŁA
REAKCJE
3
Model pamięci roboczej Baddeleya i Hitcha (1974)
PĘTLA FONOLOGICZNA
magazyn dźwięków mowy + proces powtórek odświeŜający jego zawartość
magazyn fonologiczny
"biernie" przechowuje dźwięki mowy
czas zanikania bez odświeŜania: 1,5–2 s
proces artykulacyjny
subwokalne powtórki „odświeŜające” zanikające ślady [im krócej
wypowiadane słowa, tym więcej moŜe być utrzymanych w PF]
zamiana wzrokowych reprezentacji liter na kod fonologiczny
według Baddeleya geneza magazynu fonologicznego i procesu artykulacyjnego wiąŜe się
odpowiednio z procesami percepcji i produkcji mowy
CZYNNIKI ZAKŁÓCAJĄCE PRZECHOWYWANIE W PĘTLI FONOLOGICZNEJ
podobieństwo fonologiczne
dźwięki mowy i inne dźwięki poza uwagą
długi czas wypowiadania słów
bo dłuŜszy czas odświeŜania
bo większe zapominanie w trakcie wydobywania
CENTRALNY
SYSTEM
ZARZĄDCZY
PĘTLA
FONOLOGICZNA
SZKICOWNIK
WZROKOWO
- PRZESTRZENNY
4
tłumienie artykulacyjne blokuje
powtórki
zamianę reprezentacji liter na kod fonologiczny
zatem w warunkach wzrokowej prezentacji materiału znosi efekty:
podobieństwa fonologicznego
długości słowa
zakłócającego wpływu dźwięków poza uwagą
ZASTOSOWANIA PĘTLI FONOLOGICZNEJ
krótkotrwałe przechowywanie materiału werbalnego
w szczególności: zapamiętywanie sekwencji słów
uczenie się
słownika [języka ojczystego i obcego]
mówienia i czytania
procesy rozumienia wypowiedzi (podtrzymywanie śladu umoŜliwiające zinterpretowanie)
liczenie obiektów i wykonywanie obliczeń w myślach
udział w kierowaniu działaniem? (Baddeley i in., 2001)
SZKICOWNIK WZROKOWO-PRZESTRZENNY
system krótkotrwałego przechowywania i przetwarzania informacji o charakterze
przestrzennym i wzrokowym
ZASTOSOWANIA
integrowanie informacji wzrokowej i „przestrzennej” o charakterze niewzrokowym
(np. dotykowej)
orientacja w przestrzeni [gdy utrudniona jest bezpośrednia kontrola wzrokowa]
planowanie zachowań w przestrzeni
5
rozwiązywanie problemów o charakterze „przestrzennym”
tworzenie wyobraŜeń w procesie twórczym
korzystanie z mnemotechnik angaŜujących wyobraŜenia interakcyjne
interpretowanie zdań z wyrazami takimi jak „nad”, „pod”, „wewnątrz”, „na zewnątrz”
CZYNNIKI ZAKŁÓCAJĄCE FUNKCJE „SZKICOWNIKA”
zadania wymagające działań „przestrzennych” lub wykorzystywania informacji wzrokowej
bodźce wzrokowe poza uwagą
w koncepcji Logie’a (1995) wyróŜnia się dwa składniki szkicownika wzrokowo-
przestrzennego
pasywny magazyn wzrokowy (visual cache)
(biernie) przechowuje informację o kształcie i kolorze
informacja w nim podlega zacieraniu się wraz z upływem czasu oraz interferencji, kiedy
pojawia się nowa informacja wzrokowa
wewnętrzny system kopiujący (inner scribe)
przechowuje informację dotyczącą przestrzeni i ruchów, aktywnie odświeŜa informację
wzrokową i przestrzenną
CENTRALNY SYSTEM ZARZĄDCZY
regulacyjny system uwagowy kierujący pracą pozostałych systemów pamięci roboczej
Wyjaśniając działanie Centralnego Systemu Zarządczego, Baddeley odwoływał się pierwotnie
do teorii Normana i Shallice’a (1986; zob. s. 10-12). Centralny System Zarządczy miał
uczestniczyć, tak jak Nadzorczy System Uwagowy w koncepcji Normana i Shallice’a, w
regulacji tych zachowań, które mają charakter nierutynowy, są realizowane wbrew presji
bodźców zewnętrznych i utrwalonym nawykom; w sytuacjach nowych, niestandardowych,
takich, dla których nie ma wykształconych schematów regulujących działanie; kiedy w
realizacji czynności pojawia się problem czy trudność, z którymi nie radzą sobie mechanizmy
regulacji schematowej (mechanizmy „automatycznej” selekcji schematów).
6
ZADANIA EKSPERYMENTALNE ANGAśUJĄCE CENTRALNY SYSTEM
ZARZĄDCZY
generowanie nieregularnych („losowych”) sekwencji liter lub cyfr
wystukiwanie nieregularnego rytmu
(czyli takie zadania, w których przezwycięŜane muszą być nawyki, schematy, tendencja do
powtarzania pewnych zachowań)
Przykład badań inspirowanych modelem:
Robbins i in. (1996)
Jaką rolę poszczególne systemy pamięci roboczej odgrywają w grze w szachy?
selektywne „blokowanie” (angaŜowanie właściwie dobranym zadaniem) poszczególnych
subsystemów pamięci roboczej
tłumienie artykulacyjne
wystukiwanie pewnej sekwencji cyfr na kalkulatorze ukrytym przed wzrokiem
(wzór przestrzenny)
generowanie „losowych” sekwencji liter
analiza wpływu na zapamiętywanie sytuacji szachowej u graczy o róŜnym poziomie
zaawansowania
wniosek:
istotna rola „szkicownika” i „centralnego zarządcy”, brak znaczącego wpływu obciąŜenia
„pętli”
SUBPROCESY UCZESTNICZĄCE W REALIZACJI FUNKCJI ZARZĄDCZYCH
ogniskowanie uwagi
zob. wyŜej badania Robbinsa i in. (1996)
„dzielenie uwagi”
funkcja łączenia zadań moŜe być selektywnie zaburzona – np. w chorobie
Alzheimera (Logie i in., 2000)
przerzucanie uwagi
Baddeley i in. (2001) – wyniki sugerujące znaczącą rolę pętli
7
tworzenie łącznika (interface) pomiędzy subsystemami pamięci roboczej i pamięcią trwałą
uczestniczy w tym subsystem pamięci roboczej, który został wyodrębniony w
najnowszej wersji modelu – Bufor Epizodyczny
funkcjonowanie BE pozostaje w ścisłym związku z CSZ
PROBLEMY MODELU TRÓJKOMPONENTOWEGO
pamiętanie (w odtwarzaniu bezpośrednim)
sekwencji bodźców eksponowanych wzrokowo w warunkach tłumienia artykulacyjnego
(około 5 elementów)
nawet kilkunastowyrazowych zdań (ogólniej: zjawisko grupowania)
wielu elementów treści tekstu – takŜe u niektórych osób dotkniętych amnezją!
w kaŜdym wypadku
„pętla” jest wykluczona jako wyjaśnienie tych efektów (tłumienie artykulacyjne, ograniczona
pojemność, zakłócanie związane z werbalnym wydobywaniem)
„szkicownik” jest wyjaśnieniem bardzo mało prawdopodobnym (pamiętanie sekwencji, brak
dowodów, Ŝe te efekty są ściśle związane z kodowaniem treści, które łatwo jest sobie
wyobrazić)
„centralnemu zarządcy” w ogóle nie przypisywano funkcji przechowywania
INNE PROBLEMY
w jaki sposób informacja w pamięci długotrwałej wpływa na wyobraŜenia?
jak moŜliwe jest integrowanie informacji w róŜnych kodach?
jak interpretować „zakres pamięci roboczej” (zob. plik Pamięć robocza_2)?
8
Wielokomponentowy model pamięci roboczej (Baddeley, 2000)
BUFOR EPIZODYCZNY
system odpowiedzialny za krótkotrwałe przechowywanie informacji z róŜnych źródeł (pętla,
szkicownik, pamięć długotrwała) i zapisanej w róŜnych kodach oraz integrowanie jej w
multimodalne reprezentacje spójnych epizodów zachodzących w przestrzeni i w czasie
BE uczestniczy w:
zapisywaniu informacji w długotrwałej pamięci epizodycznej
wydobywaniu informacji z długotrwałej pamięci epizodycznej
kreowaniu nowych informacji, które mogą być zapisane w długotrwałej
pamięci epizodycznej
według Baddeleya (2000) w integrowaniu informacji z róŜnych źródeł w spójne epizody
uczestniczy Centralny System Zarządczy (zob. strzałki na rysunku ilustrujące domniemany
przepływ informacji w systemie); nowsze badania sugerują moŜliwość bezpośrednich przejść:
pętla fonologiczna (szkicownik wzrokowo-przestrzenny) → bufor epizodyczny
1
CSZ moŜe manipulować reprezentacjami w BE, uzyskując do nich dostęp poprzez
świadomość (conscious awarenes)
1
Zob. Piotrowski, Stettner, Orzechowski, Balas (2009), punkt „Bufor epizodyczny” (s. 33-34) oraz
ryc. 2.1. (s. 27).
CENTRALNY
SYSTEM
ZARZĄDCZY
PĘTLA
FONOLOGICZNA
SZKICOWNIK
WZROKOWO
- PRZESTRZENNY
BUFOR
EPIZODYCZNY
SEMANTYKA EPIZODYCZNA JĘZYK
WZROKOWA PAMIĘĆ
DŁUGOTRWAŁA
9
FUNKCJE ZARZĄDCZE
Jakie mechanizmy decydują o ukierunkowaniu zachowania oraz myślenia człowieka
odpowiednio do zmieniających się warunków, instrukcji czy celów, we względnej
niezaleŜności od bezpośrednich oddziaływań otoczenia oraz presji mechanizmów
popędowych? Za sprawą jakich mechanizmów działanie róŜnych subsystemów umysłu jest
organizowane odpowiednio do zadań podejmowanych przez podmiot? Jakie procesy
umoŜliwiają ludziom zorganizowane zachowanie w sytuacjach dla nich nowych? Jakie
procesy są odpowiedzialne za „przerzucanie się” z jednego zadania na inne (reorganizowanie
się umysłu odpowiednio do tych zadań)?
procesy, które mają realizować te funkcje, określane są mianem „procesów zarządczych” albo
„procesów wykonawczych” (ang. executive processes)
SYNDROM ZABURZENIA FUNKCJI ZARZĄDCZYCH
zachowane uprzednio nabyte sprawności, ale z trudem przyswajane nowe
np. niezłe wyniki w róŜnego rodzaju testach inteligencji, ale zarazem wielkie trudności
w nauczeniu się czegoś nowego
mieszanka bierności i zachowań inicjowanych przez przypadkowe bodźce
niepodejmowanie działań spontanicznie (długotrwałe okresy bezruchu, milczenia), ale
reagowanie na przedmioty odpowiednio do ich funkcji, nawet kiedy kontekst jest
nieodpowiedni
Lhermitte (1983) „zachowania wykorzystujące” (utilization behaviour) sięganie po
przedmiot i wykorzystywanie go zgodnie z jego funkcją bez związku z bieŜącą
sytuacją
rozproszenie, podatność na dystraktory
sztywność i perseweratywność
Wisconsinowski Test Sortowania Kart (Wisconsin Card Sorting Test, WCST):
wykrywają pierwszą regułę sortowania (czyli intelektualnie są zdolne do wykrycia
reguły), natomiast nie potrafią dokonać odpowiedniej korekty w sortowaniu, kiedy
reguła się zmienia
wykonaj trzy razy jeden gest: powtarzają go wielokrotnie
wykonaj trzy róŜne gesty: powtarzają pierwszy
generowanie egzemplarzy kategorii: wymieniają znacznie mniej egzemplarzy w
jednostce czasu niŜ osoby z nieuszkodzonym mózgiem, popełniają błędy i persewerują
10
właściwości funkcjonowania osób z syndromem zaburzenia funkcji zarządczych oraz
podobne (w pewnych okolicznościach) właściwości funkcjonowania osób z nieuszkodzonym
mózgiem tłumaczy teoria Normana i Shallice’a
NORMANA I SHALLICE’A TEORIA DOWOLNEJ I AUTOMATYCZNEJ REGULACJI
ZACHOWANIA
„schematowa” teoria mechanizmów regulujących działanie (przykład wykorzystania idei
teorii schematów do wyjaśnienia „automatycznych” mechanizmów regulacji zachowania)
oryginalna, wczesna propozycja teoretyczna dotycząca mechanizmów „wykonawczych”
dwa piętra (dwie instancje) mechanizmów regulacji zachowania i myślenia
NADZORCZY SYSTEM UWAGOWY (Supervisory Attentional System)
SYSTEM SCHEMATÓW
schemat
program regulujący działanie (zachowanie w świecie zewnętrznym lub umysłowe)
moŜe być silniej lub słabiej wzbudzony
zostaje „uruchomiony” (zachowanie jest realizowane), kiedy zostanie przekroczona pewna
progowa wartość wzbudzenia
schematy są powiązane hierarchicznie (na zasadzie całość – część) oraz sekwencyjnie
porządek hierarchiczny:
PROWADZENIE SAMOCHODU
WŁĄCZANIE SIĘ DO RUCHU
WRZUCANIE „JEDYNKI”
WCISKANIE PEDAŁU SPRZĘGŁA
porządek sekwencyjny:
wciśnięcie pedału sprzęgła → przesunięcie dźwigni biegu → spojrzenie w lusterko
wsteczne → włączenie kierunkowskazu → zwolnienie pedału sprzęgła → dodanie gazu
11
źródła wzbudzenia schematu:
schematy nadrzędne („źródłowe”)
schematy powiązane z nim sekwencyjnie
„wyzwalacze” (specyficzne dla schematu bodźce uruchamiające działanie)
system motywacyjny
NADZORCZY SYSTEM UWAGOWY
„programowanie przez rywalizację” (contention scheduling)
schematy rywalizujące o kontrolę nad zachowaniem wzajemnie (obocznie) się hamują, co
zapewnia zwiększenie przewagi silniejszego – nasila się róŜnica w poziomie ich
wzbudzenia
zapobiega to „patowi” bądź chaosowi (kiedy to Ŝadne zachowanie nie jest realizowane
bądź obydwa są realizowane na raz)
zgodnie z tą teorią zachowanie jest na bieŜąco „programowane” przez interakcje systemu
schematów (które się wzajemnie pobudzają i hamują) i oddziaływań otoczenia
NADZORCZY SYSTEM UWAGOWY jest odpowiedzialny za:
planowanie i decydowanie
korektę błędów
realizację
nowych, słabo opanowanych sekwencji działaniowych
zachowań niebezpiecznych bądź trudnych technicznie
zachowań wymagających przezwycięŜenia reakcji nawykowych
bądź oparcia się pokusie
NSU
nie jest omnipotentny i nie zawiesza regulacji schematowej – wpływa na zachowanie poprzez
dokładanie swojej porcji pobudzenia albo hamowania do poziomu pobudzenia schematów
12
wielkości wkładu NSU we wzbudzenie (wyhamowanie) schematu odpowiada subiektywne
poczucie większego albo mniejszego udziału woli w realizacji zachowania
niekiedy wyemitowanie zachowania wymaga tylko minimalnego zaangaŜowania NSU
(schemat odpowiedzialny za zachowanie jest i tak silnie wzbudzony) lub to zaangaŜowanie
jest w ogóle zbędne
niekiedy wyemitowanie zachowania albo zablokowanie zachowania wymaga silnego
zaangaŜowania NSU (np. kiedy trzeba przezwycięŜyć utrwalony nawyk lub oprzeć się
pokusie)
niekiedy pobudzający bądź hamujący wpływ NSU na schematy jest zbyt słaby, by
zrealizować zamierzone zachowanie lub powstrzymać zachowanie niepoŜądane: system
schematów „wygrywa” z NSU, selekcjonując zachowanie wbrew intencji podmiotu
NSU niesprawny (u osób z uszkodzonym mózgiem) lub zaabsorbowany czymś innym niŜ
kontrola i regulacja bieŜącego zachowania:
zachowanie nie jest inicjowane „endogennie”, kiedy więc brakuje bodźców
pobudzających schematy, człowiek pozostaje bierny
kiedy bodźce się pojawiają, zachowanie moŜe być wyemitowane nawet wtedy, kiedy
jest sytuacyjnie nieadekwatne bądź niezgodne z intencją podmiotu; o wyborze
zachowania decyduje rywalizacja schematów i „wyzwalacze”, a nie obrany plan –
selekcja schematów nie jest „odgórnie” modyfikowana odpowiednio do szerszego
kontekstu okoliczności i realizowanych celów
schemat ostatnio uŜyty lub często uŜywany moŜe wygrywać rywalizację z innymi
(pojawiają się perseweracje)
prawdopodobne są zachowania wykorzystujące
jeŜeli czynność składa się z wielu kroków i w danych warunkach ma być zrealizowana
ich nietypowa sekwencja, prawdopodobne są „ześlizgi” działania (zrealizowanie
sekwencji typowej, niezgodnej z intencją)
13
CZY FUNKCJE ZARZĄDCZE SĄ ZWIĄZANE
Z DZIAŁANIEM TYLKO JEDNEGO MECHANIZMU?
Zaburzenie stosowania strategii (strategy application disorder)
niezdolność koordynowania czynności równoczesnych przy zachowanych innych funkcjach
zarządczych
dezorganizacja, roztargnienie, problemy z planowaniem i podejmowaniem decyzji
Miyake i in. (2000)
wyodrębnienie kilku funkcji zarządczych
dobranie zadań, które miały tych funkcji dotyczyć
analiza związków pomiędzy wskaźnikami poziomu ich wykonania u tych samych osób
analizowane funkcje:
zmiana zadań, operacji lub nastawień zadaniowych (przerzutność)
odświeŜanie (aktualizowanie) i monitorowanie zawartości pamięci roboczej odpowiednio
do wykonywanego zadania
hamowanie dominujących nieadekwatnych reakcji
wyniki
konfirmacyjna analiza czynnikowa pokazała, Ŝe te trzy funkcje są ze sobą umiarkowanie
skorelowane, ale zarazem odrębne (model zakładający ich odrębność jest lepiej dopasowany
do danych niŜ model jednoczynnikowy)
metoda modelowania strukturalnego ujawniła, Ŝe te funkcje są w róŜnym stopniu
zaangaŜowane przy wykonywaniu poszczególnych zadań tradycyjnie uŜywanych do diagnozy
mechanizmów „zarządczych”
funkcje o dominującym znaczeniu przy wykonywaniu tych zadań:
Wisconsinowski Test Sortowania Kart – przerzutność
WieŜa w Hanoi – hamowanie
generowanie losowych sekwencji liczb – przerzutność i odświeŜanie
zakres pamięci roboczej dla zadania arytmetycznego (operation span) – odświeŜanie
podwójne zadanie (werbalne + przestrzenne) – Ŝadna z tych trzech!
14
Literatura:
Baddeley, A. (1999). Human memory: Theory and practice. Hove: Psychology Press.
Baddeley, A. (2000). The episodic buffer: A new component of working memory? Trends in
Cognitive Sciences, 4, 417-423.
Baddeley, A. (2001). Is working memory still working? American Psychologist, 56, 849-864.
Burgess, P.W. (2000). Strategy application disorder: the role of the frontal lobes in human
multitasking. Psychological Research, 63, 278-288.
Miyake, A., Friedman, N.P., Emerson, M.J., Witzki, A.H., Howerter, A., Wager, T.D. (2000).
The unity and diversity of executive functions and their contributions to complex “frontal
lobe” tasks: A latent variable analysis. Cognitive Psychology, 41, 49-100.
Norman, D.A., Shallice, T. (1986). Attention to action: Willed and automatic control of
behaviour, (w:) R.J. Davidson, G.E. Schwartz i D. Shapiro (red.) Consciousness and self-
regulation: Advances in research and theory, Vol. 4 (s. 1-18). New York: Plenum Press.
Piotrowski, K.T., Stettner, Z., Orzechowski, J., Balas, R. (2009). Jak działa pamięć robocza?
[w:] J. Orzechowski, K.T. Piotrowski, R., Balas, Z., Stettner (red.). Pamięć robocza (s. 25-
46). Warszawa: Wydawnictwo SWPS Academica.