اثرات و مکانیسم های تمرین حافظه کاری

در سال‌های اخیر، بحث‌های شدیدی در مورد اثربخشی تمرین حافظه کاری (WM) مطرح شده است. WM یک سیستم شناختی است که دسترسی موقت به بازنمایی های مورد نیاز برای شناخت پیچیده در لحظه را فراهم می کند. حد ظرفیت فردی این توانایی اصلی به عنوان یک ویژگی تا حد زیادی پایدار فرض می شود و تحقیقات قبلی رابطه قوی بین ظرفیتWM و چندین توانایی شناختی دیگر را نشان داده است. به طور خاص، ظرفیت WM به عنوان یکی از بهترین پیش بینی کننده ها برای هوش تثبیت شده است. از طرف دیگر، اختلالات WM اغلب در شرایط عصبی مانند اختلال بیش فعالی کمبود توجه یا ناتوانی های یادگیری مشاهده می شود. در نتیجه، چشم‌انداز تمرین WM و در نتیجه نه تنها افزایش ظرفیت WM، بلکه بهبود توانایی‌های استدلال یا کمک به غلبه بر نقص‌های شناختی، تعداد فزاینده‌ای از مطالعات را برانگیخت که اثرات تمرین WM را ارزیابی می‌کردند. چندین مطالعه در واقع افزایش نمرات استدلال را به دنبال اشکال مختلف تمرین WM گزارش کردند، که نشان می‌دهد هوش سیال - که تاکنون تصور می‌شد یک ویژگی ثابت است - در نهایت می‌تواند انعطاف‌پذیر باشد. با این حال، این یافته‌های امیدوارکننده برخلاف تعداد فزاینده‌ای از مطالعات است که هیچ مدرکی برای تغییر در استدلال پیدا نمی‌کنند، و بنابراین اولین متاآنالیز به این نتیجه رسید که اثرات تمرین WM به استدلال تعمیم نمی‌یابد. علاوه بر مسائل روش‌شناختی جدی که در جاهای دیگر مورد بررسی قرار گرفته‌اند، چندین عامل اضافی به طور بالقوه مسئول این یافته‌های متناقض اگر نگوییم متناقض در تحقیقات آموزشی WM هستند (شکل 1 را ببینید). اول، ما پیشنهاد می کنیم که تغییر در عملکرد شناختی را می توان با دو مکانیسم کلی مرتبط دانست: افزایش ظرفیت WM یا افزایش کارایی. WM همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، پیشرفت در طول تمرین می تواند به عنوان یک تعدیل کننده بر این مکانیسم های انتقال تاثیر بگذارد. دوم، ما شواهد موجود را در مورد عوامل اضافی که به طور بالقوه بر دستاوردهای تمرین و انتقالی تأثیر می‌گذارند، مانند ویژگی‌های خاص مداخله (به عنوان مثال، تکلیف و شرایط تمرینی) و تفاوت‌های فردی (مثلاً در توانایی‌های شناختی یا شخصیت) بررسی خواهیم کرد. در نهایت، خلاصه ای از تحقیقات موجود را دنبال می کنیم.

تغییر ناشی از تمرین عموماً می تواند توسط دو فرآیند ممکن ایجاد شود: افزایش ظرفیت WM یا افزایش کارایی WM. افزایش ظرفیت WM (یعنی توانایی نگهداری همزمان موارد بیشتر در WM پس از تمرین نسبت به قبل از تمرین) از نظر تئوری ناشی از یک تقاضای شناختی طولانی‌مدت است که از محدودیت‌های ظرفیت موجود فراتر می‌رود و در نتیجه تغییراتی را در مناطق مغز ایجاد می‌کند که بر عوامل محدودکننده ظرفیت WM تأثیر می‌گذارد. ظرفیت WM افزایش یافته باید منجر به افزایش عملکرد در توانایی های شناختی شود که از منابع ساختاری مشابه WM استفاده می کند، که اغلب به عنوان منعکس کننده همپوشانی عصبی (یعنی فعال سازی های همپوشانی در طول اجرای عملکردهای شناختی) استدلال می شود. بهبودهای مشاهده شده در تکلیف تمرین کرده که WM را نیز اندازه گیری می کنند معمولاً به عنوان " انتقال نزدیک " طبقه بندی می شوند، در حالی که بهبود در تکلیف اندازه گیری سایر توانایی های شناختی با ظرفیت WM مرتبط است (مثلاً به طور کلی، هر چه همبستگی بین ظرفیت WM و توانایی شناختی دیگر قوی‌تر باشد، تأثیر انتقال بزرگ‌تری را می‌توان انتظار داشت. تاکنون، تنها تعداد کمی از مطالعات آموزشی WM چنین انتقال گسترده ای را بررسی کرده اند. با توجه به همبستگی های عصبی انتقال مبتنی بر ظرفیت، مداخلات تمرینی موثر باید علائم مغزی را القا کند که در افراد با ظرفیت بالا مشاهده می شود و مستقل از تمرین تکلیف خاص مشاهده می شود. به عنوان مثال، در یک مطالعه اخیر در آزمایشگاه ما، تغییرات ناشی از تمرین را در شبکه‌های مغزی عملکردی مرتبط با WM مشاهده کردیم، که ویژگی‌های شبکه کارآموزان را در حالت استراحت بیشتر به سمت افراد با ظرفیت بالا تغییر داد. به جای افزایش ظرفیت، انتقال همچنین می‌تواند با کسب دانش و مهارت‌ها (به عنوان مثال، استفاده از استراتژی، یادگیری مجزا و خودکارسازی فرآیندهای اساسی) در طول تمرین انجام شود که منجر به استفاده کارآمدتر از ظرفیت WM موجود می‌شود. بر خلاف ظرفیت افزایش یافته، انتظار می رود افزایش بهره وری به مواد و/ یا فرآیند خاص وابسته باشد. برای مثال، یکی از امکان‌های افزایش کارایی این است که زیرمجموعه‌هایی از آیتم‌ها را تکه تکه کنید تا راحت‌تر آنها را به خاطر بسپارید. این نوع دانش باید فقط به تکالیفی که از همان دسته از مواد استفاده می کنند منتقل شود. امکان دیگر دستیابی به یک استراتژی مناسب برای یک پارادایم تکلیف خاص است، مانند تکلیف n-back یا تکلیف span پیچیده. انتظار می رود این نوع استراتژی فقط به نسخه های جدید همان پارادایم منتقل شود. علیرغم تأثیرات غالباً قابل توجه تمرین استراتژی بر عملکرد در تکلیف تمرین کرده، معمولاً انتقال به تکالیف با ساختار و/ یا مواد جدید محدود می شود. از آنجایی که دانش و مهارت ها معمولاً خاص هستند و تنها به انتقال محدود منجر می شوند، اغلب استدلال می شود که اثرات انتقال دور شاخصی برای مداخله تمرینی است که نه تنها کارایی را افزایش می دهد، بلکه ظرفیت WM را نیز افزایش می دهد. با این حال، اثرات انتقال دور نیز می تواند منعکس کننده تغییرات سیستماتیک در استفاده از استراتژی باشد. این بدان معنی است که استراتژی‌های کلی و غیر اختصاصی در طول یک مداخله آموزشی به دست می‌آیند که حداقل تا حدی به پارادایم‌های دیگر یا مواد محرک جدید منتقل می‌شوند و بنابراین مستقل از ماده اما به فرآیند خاص هستند. به عنوان مثال، بهینه سازی تنظیمات مبادله سرعت-دقت، یا تمرکز استراتژیک بر حل صحیح تنها نمونه فرعی از موارد، می تواند در طیف وسیعی از تست های شناختی مفید باشد. از آنجایی که برخی از استراتژی‌ها می‌توانند چنین تأثیرات گسترده‌ای داشته باشند، داشتن یک ایده تئوریک در مورد اینکه کدام استراتژی‌ها می‌توانند در تکالیف آموزشی و انتقالی به کار روند و اینکه این استراتژی‌ها چقدر مؤثر هستند، ضروری است، به طوری که بتوان در مورد محدوده انتقال بالقوه آنها را پیش‌بینی کرد. اگر قرار است انتقال گسترده و دور با راهبردهای کلی توضیح داده شود، این راهبردها و تأثیرات آنها باید مشخص شود - در غیر این صورت، توسل به استراتژی های کلی غیر قابل تمرین می شود. از این رو، برای حذف استفاده از استراتژی به عنوان توضیحی برای وجود یا عدم وجود اثرات انتقال، تکالیف انتقال باید بر اساس مجموعه ای از استراتژی های تئوری کاملاً تعریف شده انتخاب شوند. علاوه بر استفاده از استراتژی، کارایی WM همچنین می تواند با سطح بالاتری از خودکارسازی فرآیند انجام شده بهبود یابد، در نتیجه منابع شناختی برای سایر نیازهای همزمان آزاد می شود. به عنوان مثال، در یک الگوی گسترده پیچیده که در آن رمزگذاری یادداشت ها و پردازش منحرف کننده به سرعت متناوب می شوند، تکلیف تمرینی می تواند به زمان های پردازش کوتاه تر در تکلیف منحرف کننده منجر شود، و زمان آزاد بیشتری برای تازه کردن یادداشت ها، یا حذف نمایش های مزاحم از حافظه کاری باقی بماند. مثال دیگری برای افزایش کارایی، کاهش زمان مورد نیاز برای جابجایی تمرکز توجه بین آیتم‌های منفرد ناشی از تمرین است. تا به امروز، چند مطالعه نشان داده‌اند که تمرین کانون توجه تک موردی می‌تواند هزینه‌ها را در زمان‌های واکنش برای انتقال بین گزینه ها در WM کاهش دهد (اما نه حذف کند). تغییر فوکوس سریع‌تر برای تازه‌سازی یادداشت‌ها ضروری است و بنابراین انتظار می‌رود که در هر تکلیفی که به تازه‌سازی بستگی دارد، عملکرد بهتری داشته باشد. از این رو، اگرچه افزایش پردازش خودکار اطلاعات به وضوح کارایی و نه ظرفیت را افزایش می‌دهد، اما می‌توان فرض کرد که منجر به برخی اثرات انتقال دور نیز می‌شود. به طور خلاصه، فقدان یا وجود عملکرد بهبود یافته در یک یا چند تکلیف شناختی به تنهایی برای تعیین اینکه آیا تمرین باعث افزایش ظرفیت یا کارایی WM شده است کافی نیست. برای تمایز تجربی بین این دو مکانیسم انتقال، سود مشاهده‌شده باید در چارچوب‌های نظری ارزیابی شود که ظرفیت و محدودیت‌های کارایی را تعریف می‌کند و بنابراین پیش‌بینی‌های از نوع انتقال را امکان‌پذیر می‌کند.

فاکتور افتراقی مربوط به تمرین WM و دستاوردهای انتقال که به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته است، سن است. بیشتر مطالعات تمرین WM مقایسه‌ای با سن، پیشرفت‌های بزرگ‌تری را در افراد جوان‌تر از افراد مسن گزارش می‌کنند. از آنجایی که توانایی‌های سیال مانند WM و استدلال با افزایش سن کاهش می‌یابد، این یافته‌ها گاهی اوقات به عنوان شواهدی برای به اصطلاح “اثر متیو “ شناخته شده است. اثر متیو به مزایای تجمعی اشاره دارد، به این معنی که افراد با توانایی اولیه بالا احتمال بیشتری دارد که خود را بهبود بخشند. متاآنالیزهای اخیر روندهایی را گزارش کردند که کودکان کوچکتر نیز نسبت به بزرگترها از تمرین سود بیشتری می برند. این نشان می دهد که یک رابطه خطی بین سن و دستاوردهای تمرینی به جای عملکرد U شکل معکوس مشاهده شده برای عملکرد شناختی در رابطه با سن وجود دارد. بنابراین، تأثیرات سنی بر نتایج تمرین احتمالاً منعکس کننده کاهش عمومی انعطاف پذیری مغز در طول عمر است تا تأثیر انحصاری توانایی شناختی اولیه. بنابراین، برای بررسی تأثیر یک اثر احتمالاً متیو بر نتایج تمرین WM، سن و عملکرد شناختی اولیه باید بررسی شود. متأسفانه، تنها مطالعات بسیار کمی گزارش کردند که آیا عملکرد اولیه به تنهایی دستاوردهای آموزشی و انتقالی را پیش‌بینی می‌کند یا خیر. چنین مطالعه ای که اثرات مستقل از سن تکلیف شناختی اولیه را بررسی می کند توسط Yesavage، Sheikh، Friedman و Tanke (1990) انجام شد. شرکت‌کنندگان مسن (محدوده سنی 55 تا 87 سال) در استراتژی‌های یادگاری برای دو تکلیف یادگیری (تداعی‌های نام چهره و یادگیری فهرست) تمرین داده شدند. تجزیه و تحلیل ها نشان داد که افراد با شرایط ذهنی بالاتر از نظر نمرات خود، پیشرفت های آموزشی بیشتری را در یادگیری تجربه کردند. این اثر مستقل از اثر اضافی سن بر دستاوردهای تمرین بود. با این حال، تنها سن تفاوت‌های فردی را در تأثیرات تمرینی در تکلیف تداعی نام چهره توضیح داد. علی‌رغم این یافته‌ها، می‌توان استدلال کرد که تمرین استراتژی صریح از قبل به حداقل سطح خاصی از توانایی شناختی نیاز دارد، در حالی که رویکردهای اخیر تمرین WM بر یادگیری صریح متکی نیست و بنابراین ممکن است به‌طور متفاوتی تحت تأثیر توانایی شناختی اولیه قرار گیرد. در واقع، Jaeggi و همکاران (2008) در مطالعه تکلیف تمرینی n-back دوگانه خود که در آن هیچ استراتژی معرفی نشده بود، یافته هایی را برخلاف اثر متیو گزارش کرد. تأثیرات انتقالی از تمرین n-back دوگانه دوگانه بر استدلال افرادی که نمرات استدلال ماتریسی ضعیف‌تری در پیش آزمون داشتند، بیشتر بود. این نتیجه حاکی از یک اثر جبرانی از تمرین است، به طوری که افراد با فضای بیشتر، پیشرفت های بزرگتری نشان دادند. به طور مشابه، کارباخ (2009) نشان داد که نمرات پیش‌آزمون پایین‌تر در تکالیف سوئیچ که بعداً تمرین می‌شوند، بهترین پیش‌بینی‌کننده هم برای تمرین بالاتر و هم برای دستاوردهای انتقال بالاتر است. علیرغم اینکه مطالعه آنها شامل چندین گروه سنی (کودکان، بزرگسالان جوان و سالخوردگان) بود، سن هیچ گونه واریانس اضافی را در دستاوردهای آموزشی و انتقال توضیح نداد. این یافته ها توسط Zinke و همکاران (2013) تایید شد ، که دستاوردهای تمرینی بیشتری را برای افرادی با عملکرد پایه پایین‌تر پیدا کرد. سود آموزشی، به نوبه خود، میزان سود انتقال را در برخی از اقدامات انتقال آنها پیش بینی کرد. مطالعات آموزشی WM بر روی نمونه‌های بالینی مانند افراد مبتلا به ADHD، مغز اکتسابی، سکته مغزی یا رفتار مشکل‌ساز نوشیدن الکل، گاهی اوقات انتقال بیشتری نسبت به مطالعات روی بزرگسالان جوان سالم منعکس می‌کنند. این واقعیت نیز وجود اثرات جبرانی را نسبت به اثرات متیو مورد حمایت قرار می دهد. با این حال، قبل از اینکه بتوان در مورد نقش توانایی شناختی اولیه در پیش‌بینی دستاوردهای تمرینی و انتقال نتیجه‌گیری کرد، به شواهد بیشتری نیاز است. بنابراین، بسیار مطلوب است که نویسندگان مطالعات آموزشی WM آینده نیز این جنبه از داده ها را گزارش کنند.

اگرچه ممکن است به نظر برسد که تعداد زیادی از مطالعات تمرینی در حال حاضر منتشر شده است، اما هنوز اطلاعات بسیار کمی در مورد مکانیسم های انتقال و عوامل موثر بر این مکانیسم ها وجود دارد. ما دو مکانیسم ممکن را پیشنهاد می‌کنیم که می‌تواند زمینه ساز اثرات انتقالی باشد که گه گاه مشاهده می‌شود: افزایش ظرفیت WM یا افزایش کارایی WM. تا کنون، گفتن اینکه آیا مداخلات تمرینی WM در افزایش ظرفیت WM موفق بوده است یا خیر، دشوار است، زیرا انتقال اغلب با تکالیف واحد و خارج از چارچوب های نظری که بین ظرفیت و کارایی تمایز قائل می شود، ارزیابی می شود. برای پاسخ به سوال "آیا WM را می توان بهبود بخشید؟"، به نظر می رسد که مطالعات آینده باید در چنین چارچوب های نظری طراحی شوند و پیش بینی های پیشینی در مورد ماهیت اثرات احتمالی تمرین WM انجام شود. علاوه بر این، از آنجایی که نتایج مطالعات گذشته بسیار متناقض هستند، سؤال مناسب‌تر برای پرسیدن در مورد تمرین WM شاید این باشد که «در چه شرایطی و برای چه فردی، WM می‌تواند بهبود یابد و چرا؟». در این سوال، ما یافته‌های مربوط به ویژگی‌های مداخله‌ای خاص از جمله رژیم و شرایط تمرین، و از سوی دیگر تفاوت‌های فردی که به طور بالقوه بر نتایج تمرین WM مانند توانایی شناختی اولیه، استعدادهای ژنتیکی، و انگیزه و شخصیت را بررسی کردیم. با انجام این کار، متوجه شدیم که هنوز کار زیادی برای پر کردن شکاف‌های گسترده موجود با شواهد تجربی وجود دارد، قبل از اینکه بتوانیم نتیجه بگیریم که آیا تمرین WM می‌تواند عملکرد شناختی را فراتر از تأثیرات تمرین ویژه کار بهبود بخشد یا خیر.

Von Bastian, Claudia C; Oberauer, Klaus (2014). Effects and mechanisms of working memory training: a review. Psychological Research, 78(6):803-820.