On the Relation of Working Memory and Multitasking: Memory Span and Synthetic

Work Performance ଝ

Thomas S. Redick

Purdue University， United States

Recent research has identified working memory as a critical component of multitasking ability. These studies showed that working memory accounted for multitasking variance over-and-above that predicted by other cognitive，personality， and experience-based variables. However， a limitation of these previous studies was that the tasks selected to measure working memory were dual-tasks themselves. The purpose of the current research was to determine if working memory measures must be dual-tasks to predict multitasking performance， or if other types of working memory measures that do not rely upon the dual-task methodology predict multitasking just as well，if not better. Three different serial order memory span tasks (one dual-task and two single-task) and one multitask were administered to a sample of healthy young adults. The results showed that single- and dual-task working memory measures predicted multitasking to a similar degree. The results indicate there is something fundamental about working memoryrsquo;s relationship with multitasking ability.

Keywords: Working memory， Multitasking， Applied

Working memory functioning is important for many activ-ities both in and out of the lab. While experimental work has shown effects of working memory load upon decision-making，attention， and memory search， individual differences research has demonstrated relations between an individualrsquo;s working memory level and reading comprehension， fluid intelligence，and mathematics ability. As another example of individual dif-ferences research on working memory， one outside-of-the-lab activity that applied cognitive psychologists have frequently investigated is multitasking. Recent research has identified working memory as a critical component of multitasking ability，and these studies showed that working memory predicted multitasking performance over-and-above other cognitive， personality， andexperience-based variables. However， a limitation of many of these previous studies was that the tasks selected to measure working memory were multitasks themselves. The purpose of the current research was to determine if working memory measures must be dual-tasks to predict multitasking performance， or if other types of working memory measures that do not rely upon the dual-task methodology predict multitasking just as well，if not better. If single-task working memory measures predict multitasking performance， this implies that there is something fundamental about working memoryrsquo;s relationship with multi-tasking ability， irrespective of any overlap of the method used to measure both working memory and multitasking

Memory Span Measures of Working Memory

All of the aforementioned studies included complex memory span tasks as working memory measures， in which participants must remember a sequence of items while also performing an interleaved distracting task. For example， in the reading span，examinees read sentences and make a decision about the veracity or sensibility of the statement， and are presented with an item to remember (e.g.， letter). A number of these processing-and-storage stimuli are presented， before participants are asked to recall the to-be-remembered items in order. Tasks like reading span are often called processing-and-storage or complex span tasks in contrast to storage-only， simple span tasks such as letter span， in which participants are instructed to serially recall a sequence of letters in order without the additional interleaved distractor task. One current view is that individual differences in working memory， as measured by complex span tasks， reflect a personrsquo;s ability to maintain a select number of items in active memory， retrieve information from inactive memory， and control attention to counteract interference and distraction.

Although earlier studies suggested a distinction between the working memory processes measured by complex versus simple span tasks，more recent research has indicated that simple and complex span tasks measure largely overlapping processes and account for similar variance in cognitive abilities，particularly when partial credit-scoring and longer simple-span list lengths are used.In addition， studies using variants of a running span task， in which participants must report a specified number of items at the end of a sequence of stimuli(e.g.， letters)， produce strong correlations with complex span tasks and also account for shared variance in cognitive abilities.

Multitasking

Multitasking is important for many aspects of human behavior， particularly in certain employment sectors (e.g.， medical field， military， aviation) where multitasking is necessary for vocational success and multitasking failures pose serious safety-related consequences. In the current work， I adopted the definition of multitasking provided by Oswald， Hambrick， and Jones(2007)， whereby multitasking requires: (a) performing multiple tasks; (b) consciously shifting from one task to another;and (c) performing the component tasks over a relatively short time span. There are numerous operational definitions possible for multitasking， but in the current study I used the Syn Win multitask， an established measure of synthetic work.Syn Win involves simultaneous performance of four unrelated tasks varying in self and externally-paced timing， visual and auditory information processing， and verbal and numerical stimuli.Syn Win is thus similar to other tasks used in applied multitasking research， including the SIMKAP and Multi-Attribute Task Battery.

This performance-based way of measuring multitasking stands in contrast with alternatives such as self-report of the frequency of engaging in different types of multitasking.This distinction is critical， because whereas previous r

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关于工作记忆和多任务的关系：记忆跨度和合成工作绩效

Thomas S. Redick

Purdue University， United States

摘要

最近的研究表明工作记忆是多任务能力的关键组成部分。这些研究表明，工作记忆占多任务方差超过其他认知，个性和经验为基础的变量预测。然而，这些以前的研究的局限性在于，选择测量工作记忆的任务本身是双重任务。目前的研究的目的是确定工作记忆措施是否必须是双重任务才能预测多任务性能，或者如果不依赖于双重任务方法，用其他类型的工作记忆测量是否也可以预测多任务，如果不是更好。以健康年轻人的样本进行三种不同的序列记录跨度任务（一个双任务和两个单任务）和一个多任务。结果表明，单任务和双任务工作记忆可以预测多任务处理程度。结果表明，工作记忆与多任务能力的关系有一些基本的。

关键词：工作记忆，多任务，应用

1 引言

工作记忆功能对于实验室内外的许多活动都很重要。虽然实验工作已经显示出工作记忆负荷对决策，注意力和记忆搜索的影响，但个体差异研究表明个人工作记忆水平与阅读理解能力，流动智力和数学能力之间的关系。另一个例子是对工作记忆的个体差异研究，应用认知心理学家经常调查的一个实验室外活动是多任务的。最近的研究发现工作记忆是多任务能力的关键组成部分，这些研究表明，工作记忆预测多任务性能超过其他认知，个性和经验变量。然而，许多以前的研究的局限性在于，选择用于测量工作记忆的任务本身是多任务的。目前的研究的目的是确定工作记忆措施是否必须是双重任务来预测多任务性能，或者如果不依赖于双重任务方法的其他类型的工作记忆测量是否也可以预测多任务，如果不是更好。如果单任务工作记忆的措施预测多任务的性能，这意味着工作记忆与多任务能力的关系存在一些基本关系，无论用任何重叠的方法来衡量工作记忆和多任务。

1.1 记忆跨度测量工作记忆

所有上述研究包括复杂的记忆广度任务的工作记忆测量，其中参与者必须记住一系列项目，同时还执行交错分心的任务。例如，在阅读期间，考生阅读句子并作出决定的准确性或敏感性的陈述，并呈现要记住的项目（例如，信件）。在参与者被要求按顺序召回要记住的项目之前，提出了一些这些处理和存储刺激。读取广度的任务通常被称为处理和存储或复杂的跨度任务，与仅存储的简单跨度任务（例如字母跨度）形成对比，其中参与者被指示按顺序连续地重新调用一系列字母，而不需要附加的交错牵引器任务。目前的观点是，复杂跨度任务所测量的工作记忆中的个体差异反映了人们在活动记忆中保持选定数量的项目的能力，从非活动记忆中检索信息，并控制注意力以抵消干扰和分心。

虽然早期的研究表明区分复杂和简单跨度任务测量的工作记忆过程，但更近期的研究表明，简单的和复杂的跨度任务措施很大程度上是重叠的过程和认知能力相似的变化，特别是当部分信用评分和使用更长的简单列表长度。此外，使用运行跨度任务的变体的研究，其中参与者必须在刺激序列（例如字母）的末尾报告指定数量的项目，与复合物产生强相关性同时考虑认知能力的共同差异。

1.2 多任务处理

多任务对于人类行为的许多方面尤都很重要，特别是在某些职业部门（例如医疗领域，军事，航空）方面，多任务是职业成功所必需的，多任务故障会造成严重的安全后果。在目前的工作中，我通过了Oswald，Hambrick和Jones（2007）提供的多任务定义，其中多任务的要求是：（a）执行多项任务; （b）有意识地从一个任务转移到另一个任务;（c）在较短时间内执行组件任务。对于多任务处理，有许多操作定义的可能，但是在目前的研究中，我使用了Syn Win多任务，这是合成工作的一个已建立的测量。Syn Win涉及同时执行四个不相关任务，这些任务有不同的自我和外部节奏的时间，视觉和听觉信息处理和言语和数字刺激。因此，Syn Win与应用多任务研究中使用的其他任务类似，包括SIMKAP和多属性任务电池。

这种基于绩效的测量多任务的方式与参与不同类型的多任务的频率的自我报告的替代方案形成对比。这种区别是至关重要的，因为以前的研究表明，复杂的跨度任务与Syn Win强相关，多任务的自我报告措施与复杂的跨度任务无关或弱负相关。

除了Hambrick等人（2010），另外两项检查Syn Win和工作记忆性能的研究与目前的研究相关。首先，Hambrick等人（2011年）对海军水手的大样本进行了口头（数字）n-back任务和Syn Win。 N-back工作记忆任务要求参与者观察一系列刺激，并确定当前刺激是否与所呈现的N个项目相匹配。 Hambrick et 等人（2011）观察到n-back和Syn Win表现呈正相关，n-back在职业能力倾向测验测试成绩上超过了Syn Win的方差。因此，数字n-back，单一任务口头工作记忆测量，仅与复杂的跨度工作记忆度量度弱相关（Jaeggi，Buschkuehl，Perrig＆Meier，2010; Kane，Conway，Miura，＆Colflesh，2007; Redick＆ Lindsey，2013）也占据了大量的多任务性能，提供了工作记忆和多任务之间关系不依赖于测量工作记忆的双重任务方法的初步信息。我和我的同事进行的第二项研究研究了工作记忆训练对各种认知结果的影响（Redick 等，2013）。为了目前的工作，我重新分析了预先测试中的数据，然后将参与者分配到培训和控制组之前。在预测课程中执行的任务是对称跨度，正在运行的信号跨度和Syn Win。在N = 72个参与者中，对称跨度-Syn Win和运行信号跨度-Syn win相关性是相同的（两者都是r = 0.37，均为p lt;0.01）。另外，这些结果表明工作记忆和多任务关系具有相似的量级独立于跨度任务的单任务或双任务性质，尽管这些数据是不确定的，考虑到方法（双重和单任务）和被记住的内容（非言语和言语刺激）内容的对称性跨度和运行信度跨度不同。

2 目前的研究

目前研究的优势在于，虽然阅读范围本身就是一项双重任务，但信函跨度和运行信函跨度并不是双重任务，因此，与多任务标准的关系的解释更为直接（Cowanet等，2005）比使用组合处理和存储分数来预测多任务性能（例如，Colom等，2010）。此外，参与者要求的要记住的信息和任务在每个记忆跨度任务（即记得字母顺序）中是相同的，有助于在同一参与者之间的工作记忆度量之间进行公平的比较（比较Hambrick等人，2011，以及Redick等人，2013，以上）。如果口头记忆跨越任务，没有辅助任务组件可以预测多任务以及复杂的跨任务，可以令人信服地得出结论，在以前的研究中观察到的工作记忆和多任务关系在方法上是最稳健的，工作记忆是多任务能力的重要贡献者独立于所管理的确切措施。

使用跨度任务变化的另一个优点是允许不同列表长度对多任务性能的贡献的计算和比较。 例如，对于复杂的跨度任务，如阅读量，以前的研究表明，最短列表长度与最长列表长度的流体智能方面的差异很大（Salthouse＆Pink，2008; Unsworth＆Engle，2006）。 相比之下，Unsworth和Engle（2006）表明，在简单的跨度任务（如信函跨度）上，最短列表长度与流体智力具有弱/非显着关系，但随着列表长度的增加，相关幅度增加。

Unsworth和Engle（2006）提供的解释是，跨度任务反映了主内存中的维护和从二级内存检索的组合，但不同跨度任务上的不同列表长度以不同的方式利用这些能力。 复杂跨度任务反映了所有列表长度上的主动维护和检索的组合，因为牵引器处理任务将要记忆的项目从主存储器移位到辅助存储器中。 因此，当被调查回收当前列表中的项目时，最近呈现的项目可能仍然在主存储器中，因为没有后续的分散器任务将其从主存储器移位，而是必须从辅助存储器检索其他项目。 这种情况发生在短列表长度和长列表长度上——根据此说明，复杂跨度任务中列表长度的不同是从辅助内存检索所需的项目数。

相比之下，根据Cowan（2001）和Luck and Vogel（2013）的估计，简单跨度任务中的最短列表长度可以完全保持在主记忆体内，大多数成年人可以主动维持4plusmn;1个项目。 然而，在简单跨度任务中的长列表长度上，待记录项目的数量超过主内存容量，这意味着某些项目必须从辅助存储器调用并从主内存访问。

因此，由于简单跨度任务上的短列表长度主要测量主内存容量，而在简单跨度任务上的更长列表长度和复杂跨度任务上的所有列表长度都可以测量主存储器和辅助存储器功能，因此与高阶认知的前一相关性应 比后者的相关性弱。 虽然已经针对与流体智能相关的简单和复杂的跨度任务观察到相关性的列表长度依赖模式（Unsworth和Engle，2006），但还没有检查其他能力，包括多任务。
此外，我对运行信函跨度任务进行了列表长度分析。 在这里，没有以前的研究来明确比较，但预测的是，这里管理的运行信函应该类似于简单跨度任务的较长列表长度。 具体来说，通过所有运行跨度试验的任务，按顺序重新调用最后4个项目，再次将必要的待记忆项目保存在主内存容量内。 然而，正如Broadway 和 Engle （2010）所表明的，在这里使用的运行版本中，参与者似乎试图记住所有提交的项目，然后在提示召回时，仅在列表末尾选择必要的项目。 行为将表明参与者使用主内存和辅助内存来保存所有项目，直到调用，因此在这里管理的运行跨度上的所有列表长度应与Syn Win适度地和平等地相关。

3 方法

3.1 被试

六十五名参与者从美国中西部的一所校园招募，并获得了课程学分的补偿。在提供人口统计信息后，参与者执行了多任务（Syn Win; Elsmore，1994）和三个不同的内存跨度任务，每个任务需要记住一系列无关的字母，这些字母被视觉呈现。 该协议经IRB大学批准，所有与会者均提供知情同意书。

3.2 材料

同胜在Syn Win中，提出了四个同时的子任务，每个子任务都在其自身的屏幕象限中，围绕参与者当前总分的中心显示（图1）。四个子任务包括：（a）探测识别记忆; （b）算术; （c）视觉监测;（d）听觉监测。所有任务属性和评分公式与Hambrick等人在“线性”条件下使用的公式相同（2010，2011）。在探测识别子任务中，在任务块开始时简要（5秒）呈现六个字母。对于块中的剩余时间，六个字母不再可见，要求参与者将列表保存在内存中，尽管参与者可以通过单击空的内存集框来再次选择“同步”罚点10分。在整个任务块的其余部分，每隔10秒呈现一个探测信，参与者作出是/否的决定，无论探针是否在记忆体中。获得10分正确答案，10分被扣除错误答案，10分被扣除（未在5秒内回复探头字母）。在算术子任务中，参与者添加了两个3位数字，并提供了最终解决方案。只有在提交了答案后，才出现了一个新问题 - 这是根据参与者的步调提出刺激的唯一次要任务。为正确的答案获得了二十分，对于错误的答案，减去了10分。没有对算术子任务的回应没有明确的惩罚。在视觉监控子任务中，连续（燃油表）连续显示的显示（间隔= 200 ms）从100逐渐下降到0，并通过点击量规将其重置为100。点数在量表达到0之前得到回应，并且如果计量器达到0，则点数被调低。评分算法使得参与者如果在压力表更接近0时点击加油（最多10点） ，而当量规仍然接近100时点击加油 - 然而，让量规跌落到0的惩罚是严重的。如果仪表达到0，则会发出一声不响的报警音，并且显示的当前分数减少，因为以每秒10点的速率减去点数，直到仪表重置为止。在听觉监测子任务中，每10秒呈现高频和低频音（分别为2000Hz和1000Hz），并且在不频繁（概率= .20）的情况下，指示参与者点击象限，提出了高频音调。获得了10分，命中率为10分，误报和虚惊。

参与者首先收到有关每个子任务的说明。 对于实践，参与者首先完成每个子任务1分钟，然后同时完成所有四个子任务的1分钟。 完成实践并确保参与者了解任务指导后，参与者随后完成了所有四个子任务的两个5分钟的块。 参与者的总分是通过将两个实验块中所有四个子任务所获得的积分相结合的公式来确定的。 虽然主要分析使用了两个区块平均的总分，但补充分析使用了两个区块平均的个别子任务得分。

记忆体任务。 在所有三个任务中，参与者看到单独提交的信件，并使用鼠标点击以连续的顺序回忆每次试验中的字母。 在所有任务中，由于随机方法表现出改进的预测有效性（St.Clair-Thompson，2012），随机混合设置大小与增加的设定大小预先相反。 在所有工作记忆的任务中，如果信件处于正确的连续位置，则无论正确召回给定试验中的整个字母集，都是正确的。 使用部分信用评分方法是因为其与替代评分技术相比具有既定的心理测量特性（Conway等，2005; Redick等，2012）。 请注意，如果将全面或全部评分方法用于跨度任务，下面报告的结论并不是不同。

在信函中，参与者看到两个列表，每组大小为3-9个字母，最大可能得分为84.在完成实验试验之前，参与者完成了4次实践考试，每次试验都提供了2个或3个字母。在阅读期间，参与者将信件跨度任务的连续回忆方面与需要真/假判断的句子验证任务相结合（Redick等，2012）。首先，参加者完成了一套规模为2的练习试验。然后，参与者完成了15次仅对句子验证任务的练习。采用Sentworth，Redick，Heitz，Broadway和Engle（2009）报告的方法，对句子验证任务的单任务条件进行了后期双重任务试验的上限设置。参与者在进行双重任务试验

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