摘 要 現(xiàn)有對工作記憶訓(xùn)練的雙N-Back研究范式多用于對成年人工作記憶的提升，本研究采用選取四到六年級的小學(xué)生進行為期一個月的干預(yù)研究，從而對該任務(wù)的適應(yīng)人群進行進一步驗證與拓展。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）雙N-Back訓(xùn)練任務(wù)對于小學(xué)生的工作記憶有顯著提升作用;（2）雙N-Back訓(xùn)練任務(wù)對小學(xué)生的一般智力也有顯著提升作用，表明了工作記憶訓(xùn)練在學(xué)習(xí)中具有溢出效應(yīng)，也揭示了工作記憶和個體智力間的密切相關(guān)。該研究有助于教師在日常教學(xué)活動中融入工作記憶的訓(xùn)練，對實際教育工作積極開展、提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞 小學(xué)生;工作記憶;干預(yù);N-Back任務(wù)

分類號 B844.1

DOI： 10.16842/j.cnki.issn2095-5588.2021.11.006

1 引言

工作記憶（working memory）一直以來是認(rèn)知心理學(xué)家研究的熱點，它是個體可以對記憶同時進行儲存與加工的一個心理機制，并參與許多的認(rèn)知過程（Swanson & Fung， 2016）。工作記憶對個體的重要性已經(jīng)得到了先前研究者深入的驗證，它不僅可以影響個體的生活、工作活動（López Zunini et al.， 2016），還影響個體對當(dāng)前問題解決等相關(guān)活動（趙鑫， 周仁來， 2010）。換句話說，工作記憶的缺陷對個體活動有很多不良后果，很多研究表明，工作記憶低下會導(dǎo)致諸如學(xué)習(xí)困難、注意力缺陷等問題（Titz & Karbach， 2014）。

工作記憶是一個獨立的記憶系統(tǒng)，且容量有限（Shipstead， Redick， & Engle， 2012），因此對于提升工作記憶的訓(xùn)練，從而改善個體各方面的行為活動也逐漸成為研究者的關(guān)注點。事實上，工作記憶訓(xùn)練不僅可以有效改善正常人的行為活動，如問題解決，閱讀理解等（連浩敏， 賈廣珍， ?；奂t， 李壽欣， 2020; 朱祖德， 段懿行， 王穗蘋， 2017），對本身注意力缺陷的特殊人群的問題行為也有一定程度的改善（余雪， 2020; Holmes et al.， 2010）。工作記憶的訓(xùn)練方法多種多樣，且都有較好的效果，其中比較常用的方法包括Stroop任務(wù)、N-Back任務(wù)、Go/No-go任務(wù)等，但這些任務(wù)大多用于成年人，尤其是N-Back任務(wù)的變式雙N-Back任務(wù)，不僅要對被試進行視覺刺激，還要呈現(xiàn)聽覺刺激（Jaeggi et al.， 2010），兩種刺激呈現(xiàn)同時進行且相互獨立，這就需要被試的雙重執(zhí)行控制，這對被試準(zhǔn)確完成任務(wù)提出了更高的要求，但同時也比普通的單N-Back任務(wù)有更好的訓(xùn)練效果（潘東旎， 王道湍， 李雪冰， 2018）。較少

研究者將雙N-Back任務(wù)應(yīng)用于小學(xué)生群體，而本研究欲彌補這一研究的空缺，探究雙N-Back訓(xùn)練任務(wù)在改善小學(xué)生工作記憶中的效果。故提出H1：與控制組相比，進行雙N-Back訓(xùn)練的小學(xué)生工作記憶會有顯著提高。

溢出效應(yīng)（spillover effect）指某刺激不僅對其所屬領(lǐng)域的行為反應(yīng)有影響，對其他無關(guān)領(lǐng)域的行為反應(yīng)也會或多或少產(chǎn)生影響。大多數(shù)研究者已經(jīng)證實工作記憶訓(xùn)練對于工作記憶的提升具有較為理想的效果，但同時發(fā)現(xiàn)工作記憶訓(xùn)練可以有效改善個體執(zhí)行功能、注意力等（Course-Choi， Saville， & Derakshan， 2017），即出現(xiàn)了溢出效應(yīng)。 但研究者在N-back訓(xùn)練對于諸如數(shù)學(xué)計算，一般智力的溢出效果上具有分歧（Melby-Lervg， Redick， & Hulme， 2016）。其中對于一般智力來說，有研究發(fā)現(xiàn)工作記憶訓(xùn)練與一般智力的提升密切相關(guān)（Jaeggi et al.， 2010; Rudebeck et al.， 2012）， 但同時也有研究并未發(fā)現(xiàn)工作記憶訓(xùn)練可以提升一般智力 （Owen et al.， 2010; Shipstead et al.， 2012），而這種結(jié)果上的矛盾可能和被試群體選取以及工作記憶訓(xùn)練范式選擇不同有關(guān)（Anna， Jan， Linda， Benny， & Matti， 2017）。鑒于以往研究都關(guān)注工作記憶訓(xùn)練對于成年人流體智力的影響，而兒童的大腦比成年人顯示出更強的可塑性，且通過長期訓(xùn)練可以也使得大腦結(jié)構(gòu)的可塑性出現(xiàn)（May， 2011）。因此本研究欲探討雙N-Back訓(xùn)練對于小學(xué)生群體一般智力的溢出效應(yīng)，認(rèn)為該工作訓(xùn)練任務(wù)可以在小學(xué)生群體一般智力提升中表現(xiàn)出良好的效果，即H2：與控制組相比，進行雙N-Back訓(xùn)練的小學(xué)生智力測驗分?jǐn)?shù)會有顯著提高。

2 方法

2.1 被試

根據(jù)G*power 3.0進行效應(yīng)量計算，當(dāng)f2=0.4時，需要52名被試達到0.8的統(tǒng)計檢驗力。從開封市某小學(xué)4～6年級隨機選取視聽水平均正常的小學(xué)生共80名，其中一半為實驗組，即進行雙N-Back訓(xùn)練，另一半則為控制組，不進行任何訓(xùn)練。最后剔除前測后測缺項、中途退出的被試共25人，最后有效數(shù)據(jù)為55人，其中實驗組28人（男生14人），控制組27人（男生14人）。

2.2 材料

2.2.1 儀器

雙N-Back訓(xùn)練任務(wù)使用Brain Workshop 4.8.4，該程序?qū)ｉT用于個體進行雙N-Back訓(xùn)練;工作記憶測量任務(wù)則采用C++程序進行編寫，這兩個任務(wù)均在學(xué)校的計算機教室的電腦上運行，電腦配置均為Window 7系統(tǒng)，17寸顯示屏幕。

2.2.2 雙N-Back訓(xùn)練任務(wù)

采用Jaeggi等人在2008年的研究中所用的雙N-Back訓(xùn)練范式（Jaeggi， Buschkuehl， Jonides， & Perrig， 2008），被試首先坐于電腦前，在呈現(xiàn)視覺刺激的同時呈現(xiàn)聽覺刺激，被試需根據(jù)呈現(xiàn)的聽覺和視覺刺激，來判斷當(dāng)前刺激與先前第N個刺激是否位于同一特定位置。當(dāng)一組任務(wù)完成后，根據(jù)正確率決定被試是否可以進行下一級別的訓(xùn)練。當(dāng)正確率為80%以上時，N-Back水平增加;當(dāng)正確率為50%至79%時，N-Back水平不變;當(dāng)正確率低于50%時，N-Back水平降低，且在每次被試反應(yīng)結(jié)束后，程序均自動給予被試反饋。

2.2.3 工作記憶測量任務(wù)

選自王恩國等人在2008年的研究中使用工作記憶測量方法（王恩國， 劉昌， 2008），具體包括：數(shù)字記憶任務(wù)、字母記憶任務(wù)、距離估計任務(wù)、木塊變換任務(wù)、點矩陣任務(wù)、圓點比較任務(wù)共六個任務(wù)，得分越高，則代表工作記憶水平越高。

2.2.4 瑞文推理智力測驗

瑞文推理智力測驗（SPM）由張厚粲等人修訂， 是一種非文字測驗，不受年齡和教育水平的影響（張厚粲， 王曉平， 1989），本研究選用該測驗來測量小學(xué)生的一般智力水平，測驗百分位數(shù)結(jié)果通過標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為IQ分?jǐn)?shù)。

2.3 實驗過程

實驗組與控制組在第一天均進行工作記憶和瑞文智力測驗的測量，隨后實驗組開始雙N-Back訓(xùn)練，每天訓(xùn)練30分鐘，每周訓(xùn)練5天，休息2天，共持續(xù)4周;而控制組不做任何干預(yù)訓(xùn)練。4周后，對實驗組和控制組重新進行工作記憶以及瑞文推理測驗水平的施測。

3 結(jié)果

本研究使用SPSS 21.0和Jamovi 1.8.2進行數(shù)據(jù)分析，首先將訓(xùn)練組和控制組的工作記憶測驗、智力測驗前測分?jǐn)?shù)進行獨立樣本t檢驗，發(fā)現(xiàn)工作記憶和智力水平在兩組間均無顯著差異（t=-0.43，p=0.67;t=0.04，p=0.97），因此可進行下一步干預(yù)效果分析。

隨后分別比較訓(xùn)練組和控制組工作記憶測驗和智力測驗的后測分?jǐn)?shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練組的工作記憶分?jǐn)?shù)、智力測驗分?jǐn)?shù)均顯著高于控制組（t=2.65，p<0.05;t=2.40，p<0.05）。同樣的，在增值分?jǐn)?shù)上，訓(xùn)練組的工作記憶和智力分?jǐn)?shù)得分增值幅度均顯著高于控制組（t=3.27， p<0.01; t=3.67，p<0.01），如表1及圖1所示。

最后根據(jù)按照年齡為組別變量進行單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)在工作記憶測驗和智力測驗的前測分?jǐn)?shù)、后測分?jǐn)?shù)、以及增值分?jǐn)?shù)上沒有顯著性差異（p>0.05），這說明了訓(xùn)練組的工作記憶、一般智力的增長并非由于年齡增長因素，而是由于干預(yù)引起的。

4 討論

本研究通過雙N-Back任務(wù)進行為期一個月的干預(yù)，旨在通過訓(xùn)練提高小學(xué)生的工作記憶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練組的小學(xué)生工作記憶相比于控制組有了明顯的提高。根據(jù)以往研究，研究者探究雙N-Back任務(wù)對成年人工作記憶的影響，發(fā)現(xiàn)雙N-Back任務(wù)對成年人工作記憶有顯著提升效果（Course-Choi et al.， 2017; Jaeggi et al.， 2008; Jaeggi et al.， 2010），而且這一訓(xùn)練方法同樣有效于老年人（Stepankova et al.， 2014），這些研究均與本實驗結(jié)論一致，即雙N-Back任務(wù)應(yīng)用在小學(xué)生群體中仍有效果，可以顯著提升小學(xué)生群體的工作記憶水平。這可能是因為我們所使用的雙N-back材料屬于自適應(yīng)程序，當(dāng)訓(xùn)練不斷重復(fù)當(dāng)前最大工作記憶負(fù)載時，原本需要努力才能達到的負(fù)載變成可以相對容易地達到，即這種難度自適應(yīng)的方式進行工作記憶訓(xùn)練，不斷地更新最大負(fù)載從而最終提升了工作記憶的容量。

此外，本研究還關(guān)注了雙N-Back任務(wù)的溢出效應(yīng)，主要關(guān)注該任務(wù)對于小學(xué)生一般智力的提升作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，訓(xùn)練組的小學(xué)生通過一個月的干預(yù)，一般智力水平顯著高于控制組，這說明了干預(yù)的有效性，這一結(jié)果證實了N-Back任務(wù)對于一般智力的溢出效應(yīng)，支持了以往相關(guān)研究結(jié)果（彭君 等， 2014; Zhao， Wang， & Liu， 2011），并把這一結(jié)果擴展到了小學(xué)生群體。雖然工作記憶和一般智力看似差異很大，但事實上兩者存在一些內(nèi)部加工機制的相似性。在雙N-back范式中，個體需要經(jīng)歷一系列心理過程，包括抑制無關(guān)刺激、監(jiān)控當(dāng)前行為、同時操作兩個任務(wù)、更新記憶中的信息表征等（Jaeggi et al.， 2008），而個體的注意控制是進行推理等認(rèn)知的基礎(chǔ)，這些心理過程的訓(xùn)練恰好可以使得個體在智力測驗的推理任務(wù)中有效保存信息并完成推理（趙后雨， 屠志浩， 瞿靖芮， 沈興華， 2019）。

研究通過干預(yù)發(fā)現(xiàn)N-Back任務(wù)訓(xùn)練對于小學(xué)生的工作記憶的提升作用，以及對于一般智力的遠(yuǎn)遷移效果，這不但說明了訓(xùn)練程序的有效性，也說明小學(xué)生的認(rèn)知可塑性。事實上，研究表明小學(xué)生仍處于大腦不斷發(fā)育的階段，其神經(jīng)系統(tǒng)在微觀和宏觀方面均顯示出了可塑性的特點（盧英俊， 2010）。Lvdén等人認(rèn)為當(dāng)個體自身能力無法滿足環(huán)境提出的要求時， 可塑性便出現(xiàn)了（Lvdén， Bckman， Lindenberger， Schaefer， & Schmiedek， 2010）。正如在本研究中，當(dāng)被試每次達到N-Back任務(wù)80%正確率的標(biāo)準(zhǔn)，N就會增加，于是被試往往處于一種自身能力與任務(wù)難度不匹配的狀態(tài)，因此被試不斷改進自己工作記憶加工效率來努力達到匹配的狀態(tài)，同樣的，一般智力的提升也經(jīng)歷著相似的過程，隨著工作記憶效率的提升而不斷提升，而最新的腦研究也提供了一些證據(jù)，認(rèn)為這可能是工作記憶訓(xùn)練后大腦內(nèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活性發(fā)生變化的結(jié)果（Necka et al.， 2021）。

綜上所述，雙N-Back訓(xùn)練任務(wù)不但可以顯著提升小學(xué)生的工作記憶水平，而且可以對小學(xué)生的一般智力水平有顯著的提升作用。這意味著未來教師應(yīng)將工作記憶訓(xùn)練（如本研究中所使用的雙N-Back訓(xùn)練任務(wù)）融入教育活動，尤其是應(yīng)該通過多通道的訓(xùn)練（視覺、聽覺等）來提高學(xué)生的工作記憶，從而進一步改善學(xué)生的學(xué)習(xí)效率及其溢出效果。

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The Effect of Double N-Back Training Task on Working Memory

in Elementary School Students： An Intervention Study

PAN Chao

（Department of Psychology， Henan University， Kaifeng 475000）

Abstract

The existing double N-Back research for working memory training is mostly used to improve working memory in adults， while in this study elementary school students in grades 4 to 6 were selected for a one-month intervention study to further verify and expand the population adapted to this task. The results showed that （1） the double N-Back training task has a significant improvement effect on the working memory of elementary school students; （2） the double N-Back training task also has a significant improvement effect on the general intelligence of elementary school students， indicating that working memory training has a significant spillover effect in learning， and revealing the close relationship between working memory and individual intelligence. The research will help teachers integrate working memory training in daily teaching activities， and guide the active development of actual education work and improve students learning efficiency.

Key words： elementary school students; working memory; intervention; N-back task

通訊作者： 潘超，? E-mail： panchaohenu@163.com