刷新功能训练对儿童流体智力的影响

摘要：最近的研究表明，工作记忆训练可以提高流体智力。然而，这些早期的研究混淆了工作记忆存功能和中央执行功能对培训效果的影响。本研究采用双盲对照实验设计，采用活动记忆任务训练9-11岁儿童的刷新功能。结果表明，通过工作记忆刷新训练，儿童的流体智力有显著提高。总的来说，我们的研究结果表明，通过工作记忆训练使得流体智力的提高与改善中央执行功能有关。

关键词：工作记忆刷新功能；流体智力；儿童

引言

人类的智力是否可以通过早期的训练得到提高，一直是心理学研究中一个有争议的问题^[1-3]。最近的研究表明，通过工作记忆训练可以提高流体智力^[4,5]。Klingberg等人^[4]采用一种新的工作记忆训练任务训练患有注意缺陷多动障碍（ADHD）的儿童20天，每天训练20分钟，每周训练4-6天。这项训练采用视觉空间记忆任务、数字广度任务、词语广度任务和选择反应时等任务。结果表明，工作记忆训练能改善ADHD患儿的工作记忆能力，改善其临床症状。与此同时，另一项研究报告发现，通过工作记忆训练，多动症儿童的智力测试分数得到显著提高。另外，Jaeggi等人使用N-back任务训练成人的工作记忆能力。在实验中，将被试随机分为4组，分别接受长度为8、12、17、19的项目串的训练。结果显示，与对照组相比，接受工作记忆训练的被试的智力表现有显著提高。此外，随着训练天数的增加，被试在训练任务上的得分显著提高。

已有多项研究表明工作记忆可用于预测智力^[6,7]。基于这些发现，研究了工作记忆训练提高流体智力的可能性^[3,8]。然而，工作记忆作为人类高级认知活动的核心，具有相对复杂的结构^[9,10]。Klingberg等人^[4]和Jaeggi等人^[5]的研究采用了工作记忆广度任务和N-back任务作为训练任务对工作记忆能力进行训练。这些任务中既包含了短时记忆成分又包含了中央执行成分。因此，很难确定是因为扩大了存储容量还是因为改善了中央执行功能而使得个体工作记忆能力以及流体智力得到提高。

在研究工作记忆与智力之间的关系时，越来越多的研究集中在工作记忆中央执行功能的作用上^[13-15]。有研究者提出工作记忆刷新功能在工作记忆与智力的关系中起着重要的作用^[16]。首先，保持与目标相联系的信息并同时进行加工，寻找新的规则和过滤无关信息的能力对于智力测试成绩的提高至关重要^[17]，而这些能力背后的处理过程与工作记忆刷新功能所涉及的处理过程类似。其次，工作记忆的刷新功能几乎调节了所有年龄变化引起的流体智力的变化，是年龄与流体智力变化的重要中介变量^[19]。第三，一些间接的证据表明，工作记忆刷新功能与流体智力的脑机制在前额叶区存在着部分重叠^[14]。这些证据都表明，通过工作记忆训练提高智力水平，很有可能与刷新功能有关。刷新是工作记忆中央执行功能的一个重要部分，其主要功能是监控输入的信息，用与当前任务相关较大的新信息来替换与正在进行的任务无关的旧信息，以不断对记忆中的内容进行修正。活动记忆任务被广泛地用作刷新功能训练任务。该任务要求被试看一些未知长度的项目串，然后按顺序回忆一个指定长度的项目串^[20]。重要的是，活动记忆任务纯粹反应工作记忆中央执行功能，消除了存储功能的影响。Van der Linden和他的同事报告说^[21]，健康老年人的存储功能是完整的，即使他们在活动记忆任务中的表现不佳。Mirris和John^[20]使用活动记忆任务来干扰语音循环系统，他们的研究结果表明，活动记忆任务的干扰并不影响语音循环的更新，这也证明了活动记忆任务反映的是中央执行功能，而不是存储功能。因此，本研究采用活动记忆任务来训练工作记忆刷新功能，来探究训练工作记忆刷新功能训练效果可以迁移至流体智力。

我们从北京的一所小学招募了33名（19男，14女）被试。所有被试均为4年级，年龄为9~11岁（平均9.76岁，标准差为0.61）。所有被试的视力、听力和智力正常且之前都没有参加过类似的实验。根据学生身份证号随机分为训练组（16人，男7人，女9人）和对照组（17人，男12人，女5人）。我们将两组人的智力进行配对，将瑞文标准推理测验的分数作为实验前的测验数据。采用独立t检验发现两组被试在年龄和智力方面没有显著差异。

我们的训练任务是由Collect et al.^[18]和Mir-ris et al.^[20]描述的活动记忆任务范例的改编版本。该程序是由Visual c#编译的。这个范例包括两个任务，如下所示。（ⅰ）动物活动记忆任务：首先，在屏幕中央出现一个固定的“ ”表示任务开始。然后，每隔1750毫秒，动物的图片一个接一个地呈现出来。在不同的实验中，动物刺激的数量有所不同，每次实验都有5张、7张、9张或11张图片。每一种实验类型都随机出现5次，所以总共出现了20次。被试被要求依次记住最后呈现的3只动物。（ⅱ）卡通人物方位活动记忆任务：首先，在屏幕中央显示一个固定的“ ”，表示任务开始。然后在屏幕中央呈现一个9平方的网格，其中包含一张卡通人脸（任天堂的角色“马里奥”）的图像，可以出现在9个方格中的任何一个位置，每次持续时间为1750毫秒。在不同的实验中，人脸出现的次数不同，所以有4种实验类型，其中有5次、7次、9次或11次。每种实验类型随机展示5次，共计20次。被试被要求按顺序记住最后三个出现马里奥图像所在方块的位置。最后，在屏幕中央会出现3个9平方的网格，被试需要依次点击最后三个出现马里奥图像所在方块的位置。在完成一个试验后，被试将通过点击“确定”来确认他们的选择，然后开始下一个试验。正确的回答被记录为“1”分，总分为20分。当回答正确时，屏幕底部会显示一个笑脸作为反馈；当回答不正确时，屏幕底部会显示一个炸弹图案。每一次实验后都会给予被试反馈，被试将根据他们的分数获得奖励。为了避免可能的安慰剂效应和其他无关的干扰变量（如熟悉的实验者和环境）的影响，我们采用双盲对照实验设计。所有33名被试都在同一间教室完成实验。此外，我们尽量减少在测试过程中干扰被试注意力的干扰声音。在测试前和测试后阶段之前插入一个30天的周期。在训练阶段，训练组在学校机房进行活动记忆任务训练，每天15-20分钟的训练，每周3-4天，连续4周，结果总共训练了15天。对照组在同一个房间里玩与实验无关的电脑游戏。

采用SPSS13.0进行数据汇总和统计分析，采用单因素方差分析（ANOVA）检验训练效果。结果如图1和图2所示。结果显示，随着训练天数的增加，儿童在动物活动记忆任务训练的得分显著提高（F(14210)=17.300，Plt;0.001，eta;=0.536）。此外，随着训练次数的增加，儿童在卡通活动记忆任务训练的分数也显著提高（F(210)=17.199，Plt;0.001，eta;=0.534）。

图1 动物活动记忆任务训练成绩趋势

图2 卡通任务方位活动记忆任务训练成绩趋势

对于瑞文标准推理测验分数，我们从测试后的分数中减去测试前的分数，然后计算训练组和对照组的平均值。采用独立样本t检验用于检验附加值（即刷新功能训练对儿童流体智力的影响）。表1列出了训练组和对照组在测试前和测试后阶段瑞文标准推理测验分数的平均值和附加值。

均值分析显示，训练组流体智力得分显著高于对照组，t(31)=2.271，Plt;0.05，Cohenrsquo;s d=0.98。进一步研究其中的因果关系，并与Klingberg等人的^[4]研究进行比较。我们分析了刷新能力（测试前/测试后活动记忆任务得分）的改善程度与流体智力（测试前/测试后瑞文标准推理测验得分）的改善程度之间的相关性。结果表明，显示两者之前存在显著的相关性（R=0.54，Plt;0.05）。

表1训练前后训练组与对照组儿童瑞文标准推理测验的成绩及增值分数（Mplusmn;SD）

本研究采用双盲对照实验设计，对9~11岁儿童工作记忆刷新功能进行训练。结果显示，经过为期四周的训练，包括15天的活动记忆任务，儿童的流体智力测试成绩显著提高。与以往的研究^[4,5]相比，本研究采用了工作记忆中央执行任务进行训练，排除了储存因素对训练效果的影响，证明了儿童工作记忆刷新能力的可塑性，并且研究证明了儿童工作记忆刷新功能续联效果可以迁移至流体智力。这些结果支持了工作记忆是儿童流体智力发展^[19]的基本组成部分的观点。工作记忆的注意控制模型^[7,14,22]假设工作记忆与流体智力关系的主要表现是对注意控制的要求，注意控制由工作记忆的中央执行系统完成。本研究采用活动记忆任务来训练幼儿的工作记忆刷新功能，发现训练任务得分随训练量的增加而增加，并且儿童的流体智力水平也在训练后得到提升。这其中的原因可能在于训练促进了儿童控制型注意水平的发展，通过训练，儿童保持对与目标有关信息的激活，阻止与目标无关信息的能力得到提升，这些能力对于流体智力测试^[17]来说是至关重要的。其次，通过对工作记忆刷新功能的训练，有可能促进了儿童前额叶相关脑区功能的发展，导致儿童刷新功能的提高^[11,14,23]。再次，Westerberg等人的两项研究^[24,25]表明，工作记忆训练增强了与工作记忆相关的大脑某些区域的激活。这种强化并没有发生在训练前未被激活的区域，这表明这种皮质激活反应了最初激活的强化，而不是新区域的补充。因此，训练工作记忆刷新功能可以促进儿童前额皮质功能的发展，产生可迁移的效应，从而导致流体智力的提高。此外，McNab等人的^[26]研究发现，大脑皮层中多巴胺D1受体的密度发生了改变。工作记忆和流体智力都依赖于多巴胺传递素的存在和多巴胺D1受体系统的可塑性。综上所述，目前的研究结果表明，工作记忆训练可能会改变儿童前额叶多巴胺D1受体的密度，进一步促进学习迁移能力。未来的研究应该使用认知神经科学的技术，包括事件相关电位技术、功能性磁共振成像技术和正电子发射断层扫描脑成像技术，以确定工作记忆刷新功能训练对流体智力影响的潜在原因，并探讨人类认知功能的可塑性。

参考文献

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