حافظه کاری: نظریه ها، مدل ها و چالش ها؛ حافظه کاری چندجزئی؛ آلن بادلی و گراهام هیشل

Interest in visuo-spatial memory developed during the 1960s, when Posner & Konick (1966) showed that memory for a point on a line was well retained over a period ranging up to 30 seconds, but it was disrupted by an interpolated information-processing task, suggesting some form of active rehearsal. Dale (1973) obtained a similar result for remembering a point located in an open field. In contrast to these spatial memory tasks, Posner & Keele (1967) produced evidence suggesting a visual store lasting for only two seconds. However, their method was based on speed of processing letters, in which a visual letter code appeared to be superseded by a phonological code after two seconds. Although this could reflect the duration of the visual trace, it could equally well reflect a more slowly developing phonological code that then overrides the visual.

ترجمه:

اسکچ‌پد بصری-فضایی (Visuo-Spatial Sketchpad)

علاقه به حافظه بصری-فضایی در دهه ۱۹۶۰ توسعه یافت، زمانی که Posner و Konick (1966) نشان دادند که حافظه برای یک نقطه در یک خط در مدت زمانی تا ۳۰ ثانیه به خوبی حفظ می‌شود، اما با انجام یک کار پردازش اطلاعاتی بینابینی مختل می‌شود، که این به نوعی شبیه به یک بازخوانی فعال است. Dale (1973) نتیجه مشابهی را برای به‌خاطر سپردن یک نقطه در یک میدان باز به‌دست آورد. برخلاف این وظایف حافظه فضایی، Posner و Keele (1967) شواهدی را ارائه دادند که نشان می‌دهد یک انبار بصری تنها دو ثانیه دوام می‌آورد. با این حال، روش آنها بر اساس سرعت پردازش حروف بود که در آن به نظر می‌رسید یک کد بصری پس از دو ثانیه توسط یک کد فونولوژیکی جایگزین شود. اگرچه این ممکن است منعکس‌کننده مدت زمان ردپای بصری باشد، اما به‌طور مساوی می‌تواند منعکس‌کننده یک کد فونولوژیکی باشد که به‌طور کندتری توسعه یافته و سپس کد بصری را نادیده می‌گیرد.

تبیین:

در این بخش، نویسنده به پژوهش‌های اولیه در مورد حافظه بصری-فضایی اشاره می‌کند. Posner و Konick نشان داده‌اند که حافظه برای موقعیت‌های فضایی به خوبی حفظ می‌شود، به‌ویژه زمانی که هیچ کار پردازش اطلاعاتی مزاحم وجود نداشته باشد. اما این حافظه در صورتی که یک فعالیت پردازش اطلاعاتی در میان انجام شود، مختل می‌شود، که به نوعی نشان‌دهنده وجود یک بازخوانی فعال است. در مقابل، Posner و Keele شواهدی را ارائه دادند که نشان می‌دهد حافظه بصری تنها برای مدت زمان کوتاهی، حدود دو ثانیه، حفظ می‌شود. این اختلاف ممکن است به دلیل استفاده از روش‌های مختلف و یا تفاوت در نوع پردازش (یعنی از حافظه بصری به کد فونولوژیکی) باشد.

Visual STM

حافظه بصری-فضایی

A colleague, Bill Phillips, and I decided to test this using material that would not be readily nameable. We chose 5 × ۵ matrices in which approximately half the cells would be filled at random on any given trial. We tested retention over intervals ranging from 0.3 to 9 seconds, by presenting either an identical stimulus or one in which a single cell was changed, with participants making a same/different judgment. We found a steady decline over time, regardless of whether we measured performance in terms of accuracy or reaction time (Phillips & Baddeley 1971). A range of studies by Kroll et al. (1970), using articulatory suppression to disrupt the use of a name code in letter judgments, came to a similar conclusion, that the Posner and Keele result was based on switching from a visual to a phonological code, perhaps because of easier maintenance by subvocal rehearsal. Meanwhile, Phillips went on to investigate the visual memory store using matrix stimuli, demonstrating that accuracy declines systematically with number of cells to be remembered (Phillips 1974), suggesting limited visual STM capacity. It was this work that influenced our initial concept of the visuo-spatial sketchpad.

ترجمه:

حافظه بصری-فضایی (Visual STM)

من و همکارم، Bill Phillips، تصمیم گرفتیم این موضوع را با استفاده از موادی که به راحتی قابل نام‌گذاری نباشند، آزمایش کنیم. ما ماتریس‌های ۵ × ۵ را انتخاب کردیم که در هر آزمایش، تقریباً نیمی از سلول‌ها به‌طور تصادفی پر می‌شدند. ما حافظه را در فواصل زمانی از ۰.۳ تا ۹ ثانیه آزمایش کردیم، به‌طوری که یا محرک یکسانی را نشان می‌دادیم یا یکی از سلول‌ها تغییر می‌کرد و شرکت‌کنندگان باید قضاوت می‌کردند که محرک‌ها مشابه هستند یا متفاوت. ما یک افت مداوم در عملکرد یافتیم، بدون توجه به اینکه عملکرد را از نظر دقت یا زمان واکنش اندازه‌گیری می‌کردیم (Phillips & Baddeley, 1971). مجموعه‌ای از مطالعات توسط Kroll et al. (1970)، با استفاده از سرکوب تلفظی برای مختل کردن استفاده از کد نام در قضاوت‌های حروف، به نتیجه مشابهی رسیدند که نتیجه Posner و Keele بر اساس انتقال از کد بصری به کد فونولوژیکی است، شاید به دلیل نگهداری راحت‌تر آن از طریق بازخوانی زیرزبانی. در همین حال، Phillips به تحقیق در مورد انبار حافظه بصری با استفاده از محرک‌های ماتریس ادامه داد و نشان داد که دقت به‌طور سیستماتیک با تعداد سلول‌هایی که باید به یاد آورده شوند کاهش می‌یابد (Phillips, 1974)، که این نشان‌دهنده ظرفیت محدود حافظه بصری STM است. این کار بود که مفهوم اولیه ما از اسکچ‌پد بصری-فضایی را تحت تأثیر قرار داد.

تبیین:

در این بخش، نویسنده به آزمایش‌هایی اشاره می‌کند که حافظه بصری را بررسی می‌کند و به‌ویژه بر روی ماتریس‌های ۵ × ۵ که حافظه آن‌ها دشوارتر است، تمرکز دارد. نتایج نشان‌دهنده کاهش عملکرد حافظه در گذر زمان است. این آزمایش‌ها نشان می‌دهند که حافظه بصری محدودیت‌هایی دارد و عملکرد آن تحت تأثیر مدت زمان و پیچیدگی مواد قرار می‌گیرد. کار Phillips در خصوص کاهش دقت به‌طور سیستماتیک با افزایش تعداد سلول‌ها در ماتریس، به این نتیجه می‌رسد که حافظه بصری محدود است و این مفهوم در نهایت به توسعه مدل اسکچ‌پد بصری-فضایی کمک کرد.

Spatial STM

حافظه فضایی

The most frequently used clinical test of visuo-spatial memory is the Corsi block-tapping test (Milner 1971), which is spatially based and involves sequential presentation and recall. The participant views an array of nine blocks scattered across a test board. The tester taps a sequence of blocks, and the participant attempts to imitate this. The number of blocks tapped is increased until performance breaks down, with Corsi span typically being around five, about two less than digit span. Della Sala et al. (1999), using a modified version of the Phillips matrix task, showed that visual pattern span is dissociable from spatial Corsi span, with some patients being impaired on one while the other is preserved, and vice versa. Furthermore, pattern span can be disrupted by concurrent visual processing, whereas Corsi span is more susceptible to spatial disruption (Della Sala et al. 1999). I return to the visual-spatial distinction at a later point.

ترجمه:

حافظه فضایی (Spatial STM)

متداول‌ترین آزمون بالینی برای بررسی حافظه بصری-فضایی، آزمون ضربه‌زدن بلوک‌های Corsi (Milner, 1971) است که بر اساس فضا است و شامل ارائه و یادآوری دنباله‌ای از اشیاء می‌شود. شرکت‌کننده مجموعه‌ای از نه بلوک را که در سراسر یک صفحه آزمون پخش شده‌اند، مشاهده می‌کند. آزمون‌کننده یک دنباله از بلوک‌ها را می‌زند و شرکت‌کننده تلاش می‌کند تا آن را تقلید کند. تعداد بلوک‌های زده شده افزایش می‌یابد تا جایی که عملکرد افت می‌کند، به طوری که طول Corsi span معمولاً حدود پنج است، که تقریباً دو بلوک کمتر از digit span می‌باشد. Della Sala et al. (1999) با استفاده از نسخه‌ای اصلاح‌شده از آزمایش ماتریس Phillips نشان دادند که دامنه الگوی بصری از دامنه فضایی Corsi قابل تفکیک است، به طوری که برخی از بیماران در یک حالت آسیب‌دیده‌اند ولی در حالت دیگر سالم هستند و بالعکس. علاوه بر این، دامنه الگوی بصری می‌تواند توسط پردازش همزمان بصری مختل شود، در حالی که دامنه Corsi بیشتر مستعد اختلال فضایی است (Della Sala et al., 1999). من به تفاوت بین حافظه بصری و فضایی در بخش‌های بعدی بازخواهم گشت.

تبیین:

در این بخش، نویسنده به آزمون بلوک Corsi اشاره می‌کند که یکی از آزمون‌های رایج بالینی برای ارزیابی حافظه فضایی است. نتایج این آزمون نشان می‌دهند که حافظه بصری و حافظه فضایی می‌توانند مستقل از یکدیگر عمل کنند. برخی بیماران ممکن است در یکی از این دو نوع حافظه دچار اختلال شوند، در حالی که نوع دیگر دست‌نخورده باقی می‌ماند. همچنین نشان داده شده که حافظه بصری ممکن است تحت تأثیر پردازش همزمان بصری قرار گیرد، در حالی که حافظه فضایی بیشتر تحت تأثیر اختلالات فضایی قرار می‌گیرد.

Visuo-Spatial WM

حافظه کاری بصری-فضایی

During the 1970s, research moved from visual STM to its role in visual imagery. Our own studies used a technique developed by Brooks (1968), in which participants are required to remember and repeat back a sequence of spoken sentences. In half of the cases the sentences can be encoded as a path through a visually presented matrix. The other half of the instructions were not readily encodable spatially. We found that recall of the visuo-spatially codable sentences was differentially disrupted by pursuit tracking (Baddeley et al. 1975a). We interpreted this result in terms of the sketchpad, leading to the question of whether the underlying store was visual or spatial. This we tested using a task in which blindfolded participants tracked a sound source (spatial but not visual) or detected the brightening of their visual field (visual but not spatial), again while performing the Brooks task. We found that the tracking still disrupted the spatial but did not interfere with the verbal task, whereas the brightness judgment showed a slight tendency in the opposite direction, leading us to conclude that the system was spatial rather than visual (Baddeley & Lieberman 1980).

ترجمه:

حافظه کاری بصری-فضایی (Visuo-Spatial WM)

در دهه ۱۹۷۰، تحقیقات از حافظه بصری کوتاه‌مدت (Visual STM) به نقش آن در تجسم بصری (visual imagery) حرکت کرد. مطالعات ما از تکنیکی که توسط Brooks (1968) توسعه یافته بود استفاده کرد، که در آن از شرکت‌کنندگان خواسته می‌شود یک دنباله از جملات گفتاری را به خاطر سپرده و تکرار کنند. در نیمی از موارد، جملات می‌توانند به‌عنوان مسیری از طریق یک ماتریس بصری ارائه شده کدگذاری شوند. نیمی دیگر از دستورالعمل‌ها به‌راحتی به صورت فضایی قابل کدگذاری نبودند. ما دریافتیم که یادآوری جملات قابل کدگذاری بصری-فضایی به‌طور متفاوتی تحت تأثیر ردیابی حرکت قرار گرفت (Baddeley et al., 1975a). ما این نتیجه را در قالب اسکچ‌پد (sketchpad) تفسیر کردیم، که منجر به این سوال شد که آیا مخزن اصلی بصری است یا فضایی. ما این مسئله را با استفاده از یک آزمون بررسی کردیم که در آن شرکت‌کنندگان با چشم‌بند به دنبال یک منبع صوتی (فضایی، اما نه بصری) حرکت می‌کردند یا روشن‌شدن میدان دید خود را تشخیص می‌دادند (بصری، اما نه فضایی)، مجدداً در حالی که تکلیف Brooks را انجام می‌دادند. ما دریافتیم که ردیابی هنوز باعث اختلال در وظیفه فضایی می‌شود، اما تأثیری بر تکلیف گفتاری ندارد، در حالی که قضاوت در مورد روشنایی تمایل کمی به جهت مخالف داشت، که منجر به این نتیجه‌گیری شد که سیستم بیشتر فضایی است تا بصری (Baddeley & Lieberman, 1980).

تبیین:

این تحقیق نشان می‌دهد که حافظه کاری بصری-فضایی به‌طور خاص به پردازش اطلاعات فضایی (نظیر ردیابی حرکت) و نه تنها به پردازش بصری (مانند تشخیص روشنایی) وابسته است. نتایج این آزمایش نشان داد که اسکچ‌پد که مسئول حافظه کاری بصری-فضایی است، بیشتر به پردازش اطلاعات فضایی پاسخ می‌دهد تا اطلاعات بصری. این تحقیق همچنین باعث توسعه بیشتر درک ما از تفاوت‌های بین حافظه بصری و فضایی در سیستم‌های حافظه کاری شد.

Although these results convinced me that the system was essentially spatial, Robert Logie, who was working with me at the time, disagreed and set out to show that I was wrong. He succeeded, demonstrating that some imagery tasks were visual rather than spatial. He used a visual imagery mnemonic whereby two unrelated items are associated by forming an image of them interacting; for example, cow and chair could be remembered as a cow sitting on a chair. Logie (1986) showed that this process can be disrupted by visual stimuli such as irrelevant line drawings or indeed by simple patches of color. There are now multiple demonstrations of the dissociation of visual and spatial WM. Klauer & Zhao (2004) critically review this literature before performing a very thorough series of investigations controlling for potential artifacts; their results support the distinction between visual and spatial STM, a distinction that is also supported by neuroimaging evidence (Smith & Jonides 1997).

ترجمه:

حافظه کاری بصری و فضایی

اگرچه این نتایج من را قانع کرد که سیستم اساساً فضایی است، اما رابرت لاگی که در آن زمان با من همکاری می‌کرد، مخالف بود و تصمیم گرفت نشان دهد که من اشتباه می‌کنم. او موفق شد و نشان داد که برخی از تکالیف تجسمی بصری به جای فضایی، بصری هستند. او از یک روش یادآوری تجسمی بصری استفاده کرد که در آن دو مورد غیر مرتبط با تشکیل تصویری از تعامل آن‌ها به هم مرتبط می‌شوند؛ برای مثال، می‌توان گوسفند و صندلی را به‌عنوان گوسفندی که روی صندلی نشسته است به خاطر سپرد. لاگی (۱۹۸۶) نشان داد که این فرآیند می‌تواند توسط محرک‌های بصری مانند نقاشی‌های غیرمرتبط یا حتی با لکه‌های ساده رنگی مختل شود. اکنون چندین آزمایش مختلف برای نشان دادن جداسازی حافظه کاری بصری و فضایی وجود دارد. کلاور و ژائو (۲۰۰۴) این ادبیات را به‌طور انتقادی مرور کرده و یک سری تحقیقات بسیار دقیق برای کنترل آثار احتمالی انجام دادند؛ نتایج آن‌ها از تمایز بین حافظه کاری بصری و فضایی پشتیبانی می‌کند، که این تمایز همچنین توسط شواهد تصویربرداری عصبی (Smith & Jonides 1997) پشتیبانی می‌شود.

تبیین:

این مطالعه نشان‌دهنده تمایز مهمی است بین حافظه کاری بصری و فضایی، که پیش‌تر ممکن بود تصور شود که هر دو نوع حافظه در یک سیستم واحد پردازش می‌شوند. لاگی با استفاده از تجسم بصری و نشان دادن اینکه این نوع تجسم تحت تأثیر محرک‌های بصری قرار می‌گیرد، توانست به این نتیجه برسد که برخی از تکالیف تجسمی به‌طور خاص به حافظه بصری مرتبط هستند. این یافته‌ها، که توسط شواهد تصویربرداری عصبی نیز تأیید شده‌اند، نشان می‌دهند که حافظه کاری بصری و فضایی هرکدام سیستم‌های جداگانه و تخصصی دارند.

Yet further fractionation of the sketchpad seems likely. Research by Smyth and colleagues has suggested a kinesthetic or movement-based system used in gesture and dance (Smyth & Pendleton 1990). Another possible channel of information into the sketchpad comes from haptic coding as used in grasping and holding objects, which in turn is likely to involve a tactile component. Touch itself depends on a number of different receptor cells capable of detecting pressure, vibration, heat, cold, and pain. We currently know very little about these aspects of STM, and my assumption that information from all of these sources converges on the sketchpad is far from clearly established.

ترجمه:

تجزیه بیشتر حافظه اسکیچ‌پد به نظر محتمل می‌رسد. تحقیقات اسمیت و همکاران نشان داده‌اند که یک سیستم حرکتی یا بر پایه حرکت وجود دارد که در اشاره‌گری و رقص مورد استفاده قرار می‌گیرد (اسمیت و پندلتون ۱۹۹۰). کانال دیگری که ممکن است اطلاعات را وارد اسکیچ‌پد کند، کدگذاری حسی است که در گرفتن و نگه داشتن اشیاء به کار می‌رود و احتمالاً شامل یک جزء لمسی نیز می‌شود. خود احساس لامسه وابسته به تعدادی از سلول‌های گیرنده مختلف است که قادر به شناسایی فشار، ارتعاش، گرما، سرما و درد هستند. در حال حاضر اطلاعات بسیار کمی در مورد این جنبه‌های حافظه کاری داریم، و فرض من مبنی بر اینکه اطلاعات از تمام این منابع به اسکیچ‌پد وارد می‌شود هنوز به وضوح تأسیس نشده است.

تبیین:

در این بخش، اشاره به تجزیه بیشتر اسکیچ‌پد (Sketchpad) به جنبه‌های خاص‌تر دارد که نشان می‌دهد حافظه کاری تنها به پردازش بصری و فضایی محدود نمی‌شود. تحقیقات اسمیت و همکارانش اشاره به این دارند که حافظه کاری ممکن است شامل سیستم‌هایی باشد که از حرکت و ژست‌ها (در رقص یا اشاره‌گری) بهره می‌برد. همچنین، مفهومی به نام کدگذاری حسی (حسی-لمسی) وجود دارد که در تعامل با اشیاء فیزیکی یا حس لمس تأثیرگذار است. این مفاهیم نشان می‌دهند که حافظه کاری می‌تواند ابعاد چندگانه‌ای داشته باشد که فراتر از پردازش بصری است.

The nature of rehearsal in the sketchpad is also uncertain. Logie (1995, 2011) suggests a distinction between a “visual cache,” a temporary visual store, and a spatial manipulation and rehearsal system, the “inner scribe,” although the precise nature of visuo-spatial rehearsal remains unclear.

Thought for a couple of seconds

ترجمه:

ماهیت مرور (rehearsal) در اسکیچ‌پد نیز نامشخص است. لاگی (Logie 1995, 2011) تفکیکی بین «پنهان‌گاه بصری (visual cache)»—انباره‌ی موقتی بصری—و یک سیستم «دست‌خط درونی (inner scribe)» برای دستکاری و مرور فضایی پیشنهاد می‌کند، هرچند ماهیت دقیق مرور بصری-فضایی هنوز مشخص نیست.

تبیین:

در این بخش، نویسنده به این نکته اشاره می‌کند که فرآیند مرور در اسکیچ‌پد بصری-فضایی هنوز به‌خوبی درک نشده است. لاگی با معرفی دو زیرسیستم تلاش می‌کند این ابهام را کاهش دهد:

1. پنهان‌گاه بصری (visual cache):

   • انباره‌ای موقت برای نگهداری ویژگی‌های ظاهری اشیاء، مانند رنگ و شکل

   • سرعت ذخیره‌سازی بالا و بدون نیاز به توجه زیاد

2. دست‌خط درونی (inner scribe):

   • مسئول مرور فضایی و جابجایی تصویر ذهنی

   • مانند پیمایش یک نقشه درون ذهن که نیاز به فرآیند فعال و کنترل توجه دارد

با این وجود، جزئیات چگونگی مرور و تعامل این دو زیرسیستم—مثلاً مدت زمان حفظ تصویر در پنهان‌گاه یا نحوه‌ی هماهنگی «دست‌خط درونی» با مرکز اجرایی (CE)—هنوز موضوع پژوهش‌های آینده است. این تفکیک زیرسیستم‌ها نشان می‌دهد که با پیچیده‌تر شدن مطالعات، شناخت ما از حافظه کاری بصری-فضایی نیز باید به تدریج دقیق‌تر شود.

 THE CENTRAL EXECUTIVE

 اجرایی مرکزی

The Executive as Homunculus

اجرایی به‌مثابه هومونکولوس

The CE is the most complex component of WM. Within the original model it was assumed to be capable of attentional focus, storage, and decision making, virtually a homunculus, a little man in the head, capable of doing all the clever things that were outside the competence of the two subsystems. Although our model tended to be criticized for taking this approach, like Attneave (1960) I regard homunculi as potentially useful if used appropriately. It is important that they are not seen as providing an explanation, but rather as a marker of issues requiring explanation. Provided the various jobs performed by the homunculus are identified, they can be tackled one at a time, hopefully in due course allowing the homunculus to be pensioned off.

Thought for a second

ترجمه:

اجرایی مرکزی (Central Executive)

اجرایی به‌مثابه هومونکولوس (Homunculus)

اجرایی مرکزی پیچیده‌ترین مؤلفه‌ی حافظه کاری (WM) است. در مدل اصلی فرض می‌شد که این مؤلفه قادر به تمرکز توجه (attentional focus)، ذخیره‌سازی (storage) و تصمیم‌گیری (decision making) است؛ عملاً یک هومونکولوس، یعنی «مردک درون سر»، که می‌تواند همه کارهای هوشمندانه‌ای را انجام دهد که خارج از ظرفیت دو زیرسیستم دیگر بود. اگرچه مدل ما معمولاً به خاطر این رویکرد مورد انتقاد قرار می‌گرفت، اما من همچون Attneave (1960) باور دارم که هومونکولوس‌ها در صورت استفاده‌ی مناسب می‌توانند ابزار مفیدی باشند. مهم است که آن‌ها به‌عنوان یک توضیح نهایی دیده نشوند، بلکه به‌عنوان نشانه‌ای از مسائلی که نیاز به توضیح دارند در نظر گرفته شوند. مادامی که وظایف مختلف قابل شناسایی برای این «مردک» تعیین شوند، می‌توان هر یک را به‌صورت جداگانه مورد بررسی قرار داد و امیدوار بود که در نهایت با حل آن‌ها، نیازی به هومونکولوس نباشد.

تبیین:

در این بخش، حافظه کاری از منظر نقش اجرایی مرکزی توصیف شده است:

1. هومونکولوس به‌عنوان ابزار موقتی:

   • هومونکولوس در اینجا یک استعاره است برای نشان دادن مجموعه‌ای از وظایف کلی و مدیریت‌شده توسط اجرایی مرکزی.

   • این استعاره کمک می‌کند تا مسائل پیچیده مانند تنظیم توجه و تصمیم‌گیری هرساله گلچین و دسته‌بندی شوند.

2. تعیین وظایف و پایان‌دهی به هومونکولوس:

   • هدف نهایی پژوهشگران این است که وظایف مشخص هومونکولوس را شناسایی کنند (مثلاً انتخاب استراتژی، انتقال میان وظایف، مقابله با تداخل).

   • سپس، هر وظیفه را یک به یک مورد مطالعه و مدل‌سازی قرار دهند تا در نهایت هومونکولوس جای خود را به زیرسیستم‌های دقیق‌تر بدهد.

3. اهمیت رویکرد مسأله‌محور:

   • استفاده از هومونکولوس به‌عنوان نقطه شروع برای مشخص‌کردن چالش‌ها و نیازهای تحقیق است، نه ارائه‌ی یک توضیح نهایی.

   • این رویکرد اجازه می‌دهد پیچیدگی اجرایی مرکزی را گام‌به‌گام پالایش کنیم و درک عمیق‌تری از فرآیندهای توجهی و کنترل شناختی به‌دست آوریم.

این چارچوب، با تقسیم کار اجرایی به اجزای مشخص، مسیر روشنی برای پژوهش‌های آینده فراهم می‌آورد تا اجرایی مرکزی از حالت هومونکولوس به مجموعه‌ای از سیستم‌های عملیاتی با سازوکارهای دقیق تبدیل شود.

Much of our work has used concurrent tasks to disrupt the various components of WM, with the assumption typically being that attentionally demanding tasks will place specific demands on the CE, in contrast to tasks that require simple maintenance. For example, counting backward in threes from a number such as 271 is assumed to load the executive, whereas simply repeating 271 would not. This and related tasks have proved to be a successful strategy for separating out contributions of the three initially proposed WM subcomponents (e.g., Baddeley et al. 2011).

ترجمه:

بخش زیادی از تحقیقات ما از وظایف همزمان (concurrent tasks) برای مختل کردن مؤلفه‌های مختلف حافظه کاری (WM) استفاده کرده‌اند، با این فرض که وظایف نیازمند توجه زیاد (attentionally demanding tasks) به‌طور خاص فشار بیشتری بر اجرایی مرکزی (CE) وارد می‌کنند، در حالی که وظایفی که صرفاً نیاز به نگهداری ساده (simple maintenance) دارند، چنین باری ایجاد نمی‌کنند.
برای مثال، شمردن معکوس با فاصله سه‌تایی از عددی مانند ۲۷۱، فرض می‌شود که بار اجرایی بالایی دارد، در حالی که فقط تکرار عدد ۲۷۱ این‌گونه نیست.
این دسته از وظایف و نمونه‌های مرتبط با آن، به‌عنوان استراتژی موفقی برای تفکیک نقش سه زیرسیستم اصلی پیشنهادشده حافظه کاری شناخته شده‌اند (برای مثال، Baddeley و همکاران، ۲۰۱۱).

تبیین:

در این بخش، روش تجربی مهمی برای بررسی عملکرد حافظه کاری توصیف می‌شود که در آن:

1. وظایف همزمان (Concurrent Tasks):

   • این وظایف به‌طور همزمان با وظیفه اصلی اجرا می‌شوند تا عملکرد سیستم شناختی را تحت فشار قرار دهند.

   • با مشاهده اینکه کدام بخش از عملکرد دچار اختلال می‌شود، می‌توان فهمید که کدام مؤلفه حافظه کاری بیشتر درگیر شده است.

2. تمایز بین نگهداری ساده و پردازش اجرایی:

   • کارهایی مثل تکرار یک عدد فقط نیاز به نگهداری موقت در ذهن دارند و بیشتر به حلقه واجی (phonological loop) یا بخش نگهداری مربوط می‌شوند.

   • در مقابل، کارهایی مثل شمردن معکوس با الگوی خاص، نیازمند کنترل، به‌روزرسانی و تغییر در اطلاعات ذهنی هستند و بیشتر اجرایی مرکزی (central executive) را فعال می‌کنند.

3. کاربرد عملی:

   • این شیوه امکان بررسی نقش متمایز هر زیرسیستم حافظه کاری را فراهم می‌سازد (حلقه واجی، صفحه دیداری-فضایی، اجرایی مرکزی).

   • همچنین می‌تواند به شناسایی نقاط ضعف عملکردی در بیماران یا افراد خاص (مثلاً مبتلایان به آسیب‌های مغزی یا ناتوانی‌های یادگیری) کمک کند.

این تکنیک‌های رفتاری بر مبنای اصل «تداخل» طراحی شده‌اند و همچنان از ابزارهای کلیدی در شناخت ساختار و کارکرد حافظه کاری محسوب می‌شوند.

Fractionating the Executive

تقسیم‌بندی عملکرد اجرایی

In an attempt to specify the functions of the CE, I speculated as to what these might be; what would any adequate executive need to be able to do? I came up with four suggestions (Baddeley 1996). First it would need to be able to focus attention; evidence of this came from the impact of reducing attention on complex tasks such as chess (Robbins et al. 1996). A second desirable characteristic would be the capacity to divide attention between two important targets or stimulus streams. I had been studying this in collaboration with Italian colleagues for a number of years, focusing on Alzheimer’s disease. We selected two tasks involving separate modalities: one verbal, involving recall of digit sequences, and the other requiring visuo-spatial tracking. We titrated the level of difficulty for each of these to a point at which our patients were performing at the same level as both young and elderly controls. We then required tracking and digit recall to operate simultaneously. There was a marked deficit in the performance of the patients when compared to either of the two control groups. Perhaps surprisingly, age did not disrupt this specific executive capacity, provided the level of difficulty is equated in the first place (Logie et al. 2004). In the absence of titration of level of difficulty, however, performance tends to decline with age on the tasks when performed singly, with the deficit even greater when the two tasks are performed at the same time (Riby et al. 2004).

ترجمه:

تقسیم‌بندی عملکرد اجرایی (Fractionating the Executive)

برای مشخص‌ کردن کارکردهای اجرایی مرکزی (Central Executive)، سعی کردم حدس بزنم که یک سیستم اجرایی کارآمد باید چه توانایی‌هایی داشته باشد. من چهار پیشنهاد ارائه دادم (Baddeley, 1996):

اول، چنین سیستمی باید قادر به تمرکز توجه (focus attention) باشد؛ شواهدی از اهمیت این توانایی در نتایج کاهش توجه در وظایف پیچیده‌ای مانند بازی شطرنج دیده شد (Robbins و همکاران، ۱۹۹۶).

دومین ویژگی مطلوب، توانایی تقسیم توجه (divide attention) بین دو محرک یا جریان اطلاعاتی مهم است. من این موضوع را طی چندین سال در همکاری با همکاران ایتالیایی مورد بررسی قرار داده‌ام، به‌ویژه در زمینه بیماری آلزایمر. ما دو وظیفه از دو حوزه حسی مختلف انتخاب کردیم: یکی کلامی (verbal)، شامل یادآوری دنباله‌ای از ارقام، و دیگری دیداری-فضایی (visuo-spatial)، شامل پیگیری مسیر یک شیء متحرک.

ما سطح دشواری هر یک از این وظایف را طوری تنظیم کردیم که بیماران، عملکردی مشابه افراد سالم جوان و سالمند داشته باشند. سپس، از آن‌ها خواسته شد که هر دو وظیفه را به‌صورت هم‌زمان انجام دهند. در این حالت، کاهش چشمگیری در عملکرد بیماران دیده شد، در مقایسه با دو گروه کنترل.

شاید تعجب‌آور باشد که افزایش سن، به‌خودی‌خود باعث اختلال در این ظرفیت اجرایی خاص نشد، مشروط بر آنکه سطح دشواری وظایف از قبل تنظیم شده باشد (Logie و همکاران، ۲۰۰۴). با این حال، اگر سطح دشواری وظایف به‌درستی تنظیم نشده باشد، عملکرد افراد سالمند در اجرای وظایف به‌صورت تکی کاهش می‌یابد و این افت در اجرای هم‌زمان دو وظیفه حتی شدیدتر است (Riby و همکاران، ۲۰۰۴).

تبیین:

در این بخش، نویسنده تلاش می‌کند تا تعریف دقیق‌تر و کاربردی‌تری از “اجرایی مرکزی” در مدل حافظه کاری ارائه دهد. این اقدام با هدف کنار گذاشتن تعریف مبهم و کلیشه‌ای “مرد کوچک در سر (homunculus)” انجام شده است.

نکات کلیدی:

1. تمرکز توجه (Focusing Attention):

   • توانایی جهت‌دادن منابع شناختی به یک محرک خاص، به‌ویژه در وظایف پیچیده.

   • مثال کاربردی: تأثیر کاهش توجه بر عملکرد در بازی شطرنج.

2. تقسیم توجه (Dividing Attention):

   • توانایی مدیریت هم‌زمان دو جریان اطلاعاتی مستقل، که لازمه بسیاری از فعالیت‌های روزمره است.

   • با آزمودن افراد مبتلا به آلزایمر در وظایف دوگانه، این ظرفیت مشخص شد.

3. روش تحقیق پیشرفته:

   • استفاده از تنظیم سطح دشواری (titration) برای همسان‌سازی عملکرد پایه افراد، نوآوری مهمی در پژوهش‌های شناختی محسوب می‌شود.

   • نشان می‌دهد که افت عملکرد در سالمندان لزوماً ناشی از سن نیست، بلکه ممکن است به دلیل عدم تطابق بین توانایی و سختی وظیفه باشد.

این مطالعه نمونه‌ای عالی از تجزیه عملکردهای اجرایی به مؤلفه‌های مستقل و قابل آزمون است، که گام مهمی در جهت مدل‌سازی دقیق‌تر اجرایی مرکزی محسوب می‌شود.

The third executive capacity we investigated involved switching between tasks, for which we felt there might be a specific control system. As mentioned earlier, we chose to study a task involving alternating between simple addition and subtraction, using a demanding concurrent verbal executive task and articulatory suppression as its nondemanding equivalent. We found a large effect of articulatory suppression coupled with a rather small additional effect when an executive load accompanied suppression. The study of task switching has expanded very substantially in recent years (Monsell 2005), becoming theoretically rather complex, and in my view at least, arguing against a unitary executive capacity for task switching. I should point out that there are many other suggestions as to the basic set of executive capacities that are too numerous to discuss in this context (see, for example, Engle & Kane 2004, Miyake et al. 2000, Shallice 2002).

ترجمه:

سومین ظرفیت اجرایی که ما مورد بررسی قرار دادیم، جابجایی بین وظایف (task switching) بود، که فکر می‌کردیم ممکن است یک سیستم کنترل خاص برای آن وجود داشته باشد. همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، ما وظیفه‌ای را انتخاب کردیم که شامل تناوب بین جمع و تفریق ساده بود، همراه با یک وظیفه کلامی اجرایی سنگین و همچنین یک نسخه غیرسنگین آن (تکرار صرف یا سرکوب گفتاری) برای مقایسه.

ما دریافتیم که سرکوب گفتاری (articulatory suppression) تأثیر قابل‌توجهی داشت، اما افزایش بار اجرایی در کنار آن فقط تأثیر نسبتاً کمی به‌دنبال داشت.

مطالعه درباره “جابجایی وظیفه” در سال‌های اخیر به‌طور چشمگیری گسترش یافته است (Monsell, 2005) و از لحاظ نظری نیز بسیار پیچیده‌تر شده است. به نظر من، این پیچیدگی‌ها مخالف با این ایده است که یک ظرفیت اجرایی یکپارچه مسئول جابجایی بین وظایف باشد.

شایان ذکر است که پیشنهادهای بسیار متنوع دیگری نیز در مورد مجموعه‌ی اصلی ظرفیت‌های اجرایی وجود دارد که پرداختن به آن‌ها در اینجا ممکن نیست (برای نمونه، نگاه کنید به: Engle & Kane 2004؛ Miyake و همکاران، ۲۰۰۰؛ Shallice 2002).

تبیین:

در این بخش، نویسنده به بررسی یکی دیگر از مؤلفه‌های کلیدی اجرایی مرکزی می‌پردازد: توانایی جابجایی بین وظایف یا Task Switching، که برای عملکرد انعطاف‌پذیر شناختی ضروری است.

نکات کلیدی:

1. وظیفه طراحی‌شده:

   • شرکت‌کنندگان باید به‌صورت متناوب بین جمع و تفریق ساده جابجا می‌شدند.

   • این کار همراه با بار اجرایی کلامی و همچنین نسخه‌ای ساده‌تر (تکرار صرف) انجام می‌شد.

2. نتایج مهم:

   • تداخل سرکوب گفتاری (که حافظه واجی را مختل می‌کند) تأثیر زیادی بر عملکرد داشت.

   • افزودن یک وظیفه اجرایی سنگین در کنار آن فقط اندکی کاهش عملکرد ایجاد کرد، که نشان می‌دهد ظرفیت اجرایی در اینجا چندان بار اضافی متحمل نشده است.

3. نتیجه‌گیری نظری:

   • با توجه به پیچیدگی مطالعات اخیر در زمینه جابجایی وظیفه، بعید به‌نظر می‌رسد که یک سیستم اجرایی واحد و یکپارچه بتواند همه جنبه‌های این عملکرد را توضیح دهد.

   • این دیدگاه با رویکردهای چندعاملی (مانند مدل Miyake و همکاران، ۲۰۰۰) هماهنگ‌تر است.

نویسنده همچنین با اشاره به منابع متعدد، نشان می‌دهد که بحث درباره عملکردهای اجرایی دارای طیفی گسترده از نظریه‌ها و مدل‌ها است و هنوز توافق کامل در این زمینه حاصل نشده است.

Interfacing with LTM

ارتباط با حافظه بلندمدت

The fourth executive task that I assigned to our homunculus was the capacity to interface with LTM. In an attempt to constrain our WM model, we had made the assumption that the CE was a purely attentional system with no storage capacity (Baddeley & Logie 1999). However, this created a number of problems. One concerned the question of how subsystems using different codes could be integrated without some form of common storage. Participants do not simply use either one code or another, but rather combine them, with both visual and phonological codes being usable simultaneously (Logie et al. 2000). This capacity is particularly marked in the case of language processing, where a single phrase can show the influence of phonological coding at short delays and semantic coding at longer intervals (Baddeley & Ecob 1970). Memory span for unrelated words is around 5, increasing to 15 when the words make up a sentence. This enhanced span for sentence-based sequences seems to reflect an interaction between phonological and semantic systems rather than a simple additive effect (Baddeley et al. 1987), a conclusion that is consistent with later dual-task studies (Baddeley et al. 2009). But how might this interaction occur?

ترجمه:

ارتباط با حافظه بلندمدت (LTM)
چهارمین وظیفه اجرایی که من برای «هومونکولوس» خود در نظر گرفتم، ظرفیت ارتباط و تعامل با حافظه بلندمدت (Long-Term Memory, LTM) بود.

برای محدود کردن مدل حافظه کاری (WM)، ما این فرض را مطرح کرده بودیم که اجرایی مرکزی (CE) تنها یک سیستم توجهی (attentional) است و هیچ‌گونه ظرفیت ذخیره‌سازی ندارد (Baddeley & Logie, 1999). اما این فرض مشکلاتی را به‌وجود آورد.

یکی از مشکلات این بود که زیرسیستم‌هایی با کدهای متفاوت (مثلاً بصری و واجی) چگونه می‌توانند بدون یک ساختار ذخیره‌سازی مشترک با هم ترکیب شوند؟ در عمل، شرکت‌کنندگان معمولاً از یک کد منفرد استفاده نمی‌کنند، بلکه آن‌ها کدها را ترکیب می‌کنند؛ مثلاً کدهای بصری و واجی می‌توانند به‌طور هم‌زمان مورد استفاده قرار گیرند (Logie et al., 2000).

این ظرفیت ترکیب کدها به‌ویژه در پردازش زبان برجسته است. برای مثال، یک عبارت زبانی ممکن است در تاخیرهای کوتاه تحت تأثیر کد واجی و در فواصل زمانی بلندتر تحت تأثیر کد معنایی قرار گیرد (Baddeley & Ecob, 1970).

گنجایش حافظه برای واژه‌های نامرتبط معمولاً حدود ۵ است، اما اگر همان واژه‌ها یک جمله معنادار را تشکیل دهند، این گنجایش به ۱۵ افزایش می‌یابد. این افزایش چشمگیر به‌نظر می‌رسد که حاصل تعامل میان سیستم‌های واجی و معنایی باشد، نه صرفاً یک اثر افزایشی ساده (Baddeley et al., 1987). این نتیجه با مطالعات دووظیفه‌ای (dual-task) بعدی نیز همخوان است (Baddeley et al., 2009).

اما این تعامل چگونه ممکن است رخ دهد؟

تبیین:

در این بخش، نویسنده به چهارمین عملکرد حیاتی اجرایی مرکزی می‌پردازد: توانایی تعامل با حافظه بلندمدت. این عملکرد برای توضیح پدیده‌هایی مانند پردازش زبان، ادراک معنایی، و ترکیب اطلاعات چندکدی ضروری است.

نکات کلیدی:

1. محدودیت اولیه مدل WM:
   مدل اولیه فرض می‌کرد که CE فقط نقش توجهی دارد و اطلاعات را ذخیره نمی‌کند.
   → اما این منجر به مشکلات مفهومی شد، چون بسیاری از وظایف شناختی به ترکیب کدها و ذخیره‌سازی هم‌زمان نیاز دارند.

2. ترکیب کدهای چندگانه:
   در عمل، افراد از کدهای واجی (phonological) و بصری (visual) به‌طور هم‌زمان استفاده می‌کنند. این امر در وظایف پیچیده مانند پردازش زبان کاملاً مشهود است.

3. شواهد تجربی از تعامل کدها:

   • حافظه جملات بهتر از فهرست‌های واژه‌های بی‌ربط است.

   • کد واجی در تأخیرهای کوتاه، و کد معنایی در تأخیرهای بلندتر فعال می‌شوند.

   • این نشان می‌دهد که نوعی تعامل میان حافظه کاری و حافظه بلندمدت در جریان است.

4. سؤال مهم:
   اگر سیستم اجرایی ذخیره‌سازی نمی‌کند، پس چگونه این تعامل بین کدهای معنایی و واجی اتفاق می‌افتد؟
   → این سؤال زمینه‌ساز بازنگری در مدل و فرضیه‌سازی درباره سازوکارهای رابط بین WM و LTM است.

A further challenge to the concept of a purely attentional executive came from the very extensive work on individual differences in WM stemming from the initial demonstration by Daneman & Carpenter (1980) of a correlation between a measure they termed “WM span” and capacity for prose comprehension. Their measure required participants to read out a sequence of sentences and then recall the final word of each. This and similar tests that require the combination of temporary storage and processing have proved enormously successful in predicting performance on cognitive tasks ranging from comprehension to complex reasoning and from learning a programming language to resisting distraction (see Daneman & Merikle 1996 and Engle et al. 1999 for reviews). Such results were gratifying in demonstrating the practical significance of WM, but embarrassing for a model that had no potential for storage other than the limited capacities of the visuo-spatial and phonological subsystems. In response to these and related issues, I decided to add a fourth component, the episodic buffer (Baddeley 2000). Although I was reluctant to add further systems to the multicomponent theory, I felt that one in 25 years was perhaps acceptable.

ترجمه:

چالش بیشتر برای مفهوم اجرایی صرفاً توجهی

چالش دیگری برای مفهوم «اجرایی مرکزی صرفاً توجهی» از سوی مجموعه تحقیقات گسترده‌ای در زمینه تفاوت‌های فردی در حافظه کاری (WM) مطرح شد. این جریان پژوهشی از مطالعه‌ی اولیه‌ی دانمن و کارپنتر (Daneman & Carpenter, 1980) آغاز شد که همبستگی بین یک شاخص موسوم به «گنجایش حافظه کاری» (WM span) و توانایی درک مطلب (prose comprehension) را نشان داد.

در آزمون آن‌ها، شرکت‌کنندگان باید توالی‌ای از جملات را با صدای بلند می‌خواندند و سپس واژه‌ی پایانی هر جمله را به یاد می‌آوردند. این نوع آزمون‌ها که ترکیبی از ذخیره‌سازی موقتی و پردازش هم‌زمان هستند، در پیش‌بینی عملکرد شناختی در حوزه‌هایی همچون درک مطلب، استدلال پیچیده، یادگیری زبان برنامه‌نویسی و حتی مقاومت در برابر حواس‌پرتی بسیار موفق عمل کرده‌اند (برای مرور، بنگرید به Daneman & Merikle, 1996؛ Engle et al., 1999).

اگرچه این نتایج، اهمیت عملی حافظه کاری را به‌خوبی نشان می‌دادند، اما در عین حال برای مدلی که ظرفیت ذخیره‌سازی را فقط در زیرسیستم‌های محدود واجی و بصری-فضایی در نظر گرفته بود، چالشی جدی محسوب می‌شد.

در پاسخ به این مشکلات و مسائل مشابه، من تصمیم گرفتم جزء چهارمی به مدل چندجزئی حافظه کاری اضافه کنم: بافر اپیزودیک (episodic buffer) (Baddeley, 2000).
با اینکه تمایلی به افزودن اجزای بیشتر به این نظریه نداشتم، اما پس از ۲۵ سال، افزودن یک مؤلفه‌ی جدید را قابل قبول دانستم.

تبیین:

این بخش به بازنگری در مدل حافظه کاری و ضرورت افزودن سازوکار جدیدی برای رفع نواقص مدل اولیه می‌پردازد.

نکات کلیدی:

1. تفاوت‌های فردی در حافظه کاری:

   • مطالعاتی مانند Daneman & Carpenter نشان دادند که افرادی با ظرفیت بالای WM span، در درک مطلب، استدلال، و یادگیری عملکرد بهتری دارند.

   • آزمون‌های ترکیبی (پردازش + نگهداری) بهتر از آزمون‌های ساده ظرفیت حافظه را منعکس می‌کنند.

2. نقص مدل اولیه:

   • مدل سه‌جزئی اولیه (CE + phonological loop + visuospatial sketchpad) هیچ فضای ذخیره‌سازی مشترکی برای اطلاعات ترکیبی (مثل جمله‌ای که هم معنایی دارد و هم ساختار واجی) در نظر نگرفته بود.

   • این مدل نمی‌توانست عملکرد پیچیده در وظایف شناختی را به‌خوبی توضیح دهد.

3. راه‌حل پیشنهادی:

   • معرفی بافر اپیزودیک (episodic buffer) به‌عنوان مؤلفه‌ای برای ذخیره‌سازی موقت اطلاعات ترکیبی که می‌تواند اطلاعات را از منابع مختلف (واژی، معنایی، بصری و …) در خود یکپارچه کند.

این بخش زمینه‌ساز توضیح مؤلفه‌ای جدید است.