Обзор литературы по изучению объема рабочей памяти

Рабочая память отвечает за наши когнитивные функции, в том числе управляет вниманием, и играет важнейшую роль в осуществлении многих интеллектуальных операций и логическом мышлении[1,2].

Результаты исследования. Некоторые авторы исследовали рабочую память у больных с синдромом дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) *3+. Некоторые авторы в своих исследованиях сделали предположения, что симптомы СДВГ возникают из-за первичного дефицита исполнительной функции рабочей памяти, в подавлении или в общем ослаблении контроля за исполнением *4,5+. Мета-аналитический обзор цитирует несколько исследований, в которых обнаружили значительно низкие показатели объема рабочей памяти у группы с СДВГ при выполнении пространственных и вербальных заданий. Тем не менее, авторы пришли к выводу, что в развитии СДВГ играют роль не только недостатки исполнительной функции, но и другие факторы *6+,*7+. Оказывается несколько нейромедиаторов, таких как допамин и глутамат могут участвовать в процессах рабочей памяти и в развитии СДВГ. Оба медиатора регулирования связаны с передним мозгом, но причинно-следственная связь не была подтверждена. Так и неясно, дисфункция рабочей памяти приводит к СДВГ или СДВГ приводит к плохой функциональности рабочей памяти, или есть какие-то другие объяснения *8, 9,10+.

Были проведены исследования о том, как происходит развитие рабочей памяти. Было обнаружено, что емкость рабочей памяти увеличивается постепенно в течение всего детства и постепенно уменьшается в пожилом возрасте *11, 12+. В исследованиях о рабочей памяти, было показано, что производительность непрерывно возрастает с раннего детства до подросткового возраста *13+. Теоретики утверждают, что рост рабочего объема памяти является основной движущей силой развития познавательного процесса *14+. Эта гипотеза получила существенную поддержку в ходе результатов эмпирических исследований, показывающих, что емкость рабочей памяти является сильным предиктором познавательных способностей в детском возрасте *15+. Особенно достаточно аргументированные доказательства роли рабочей памяти в развитии, были получены в продольном исследовании, показывающие, что мощность рабочей памяти в раннем возрасте прогнозирует способность логически мыслить в более позднем возрасте *16, 17+.

Также очень много исследований о рабочей памяти и старении. Рабочая память является одной из когнитивных функций, наиболее чувствительной к снижению в старости *18,19+. Несколько объяснений этого снижения были предложены в психологии. Одним из них является скорость обработки теории когнитивного старения Тима Салсуса, где было отмечено общее замедление когнитивных процессов у людей старшего возраста*20+. Тем не менее, снижение объема рабочей памяти не может быть полностью связано с замедлением, поскольку объем падает более в пожилом возрасте , чем скорость. *21, 22+. Объяснение на уровне нейронного снижения рабочей памяти и ухудшении других когнитивных функций в старости было предложено Уэстом. Он утверждал, что в процессе старения рабочая память в большей степени зависит от деятельности префронтальной коры, которая ухудшается больше, чем другие области мозга*23+.

Рабочая память и процесс обучения

Большой интерес, в исследовании рабочей памяти, вызывает процесс обучения. Одна из теорий дефицита внимания и гиперактивности предлагает версию того, что СДВГ может привести к дефициту рабочей памяти *24+. Исследования показывают, что рабочая память может быть улучшена путем обучения у больных СДВГ с помощью компьютеризированных программ *25+. Это случайное контролируемое исследование показало, что тренировка рабочей памяти увеличивает диапазон познавательных способностей и увеличивает IQ баллы в тестах. Следовательно, это исследование подтверждает предыдущие находки, свидетельствующие о том, что в основе общего интеллекта лежит рабочая память. Другое исследование той же группы показало, что после тренировки, измеренная активность мозга, связанная с рабочей памятью, была увеличена в префронтальной области коры *26+. Многие исследователи, изучая рабочую память, в своих исследованиях доказали роль тренировки в улучшении объема рабочей памяти. Было показано, что притренировки рабочей памяти, заметно изменяется плотность допаминовыхнейрорецепторов в кортикальной области испытуемых *27+.

В 2009 году Torkel, предположил, что рабочая память усиливается под воздействием избыточной нейронной активации*28+. На тему тренировок рабочей памяти были также проведены другие исследования *29+, *30+ показывающие улучшение объема рабочей памяти. Также рабочая память может быть увеличена при высокой интенсивности физических упражнений*31, 32+. Данное исследование проводилось на женщинах в возрасте 18-25 лет. Были измерены эффекты краткосрочных упражнений на функцию оперативной памяти.

Мало что известно о генетике рабочей памяти. Был проведено исследование, доказывающее, что рабочая память наследуется *33+. Был определен один ген- кандидат, а именно Robo1 в фонологической петли, для обеспечения функции рабочей памяти.

Для понимания основы рабочей памяти, было проведено много исследований на животных. Рассматривались взаимодействия нейронов и нейромедиаторов. Якобсен и Фултон в 1930 году впервые показали на обезьянах, что нарушения в пространственной рабочей памяти были связаны с поражением в префронтальной коре*34+. Поздняя работа Хоакина Фастер, показала электрическую активность нейронов в префронтальной коре обезьян *35+. Более поздние исследования показали активные нейроны также в задней теменной коре, таламусе, хвостатом и бледном шарах *36,37, 38, 39+.

Были проведены исследования с целью уточнения локализации мест, где происходят процессы рабочей памяти. Локализацию функций головного мозга у людей стало намного проще проводить с появлением методов визуализации головного мозга (ПЭТ и МРТ). Это исследование подтвердило, что районы в префронтальной коре головного мозга, связаны с функцией рабочей памяти. В 1990-х было много споров вокруг различных функций вентролатеральных, нижних областях и дорсолатеральных областей префронтальной коры. Согласно одному мнению, дорсолатеральная область отвечает за работу пространственной памяти, и вентролатеральная область отвечает за не пространственную рабочую память. Другая точка зрения предложила функционально различать эти области,т.е. вентролатеральная область осуществляет главную роль, в обеспечение информационной, а дорсолатеральная область в большей мере вовлечена в задачах, требующих некоторой обработки запоминаемого материала. Дебаты полностью не решены, но имеется большинство доказательств подтверждающих функциональное различие областей коры головного мозга за исполнением различных функций рабочей памяти *40+.

Исследования мозга также показали, что на сегодняшний день функции рабочей памяти не ограничиваются префронтальной корой. Анализ многочисленных исследований показывает, что области активации рабочей памяти разбросаны на большей части коры головного мозга [41, 42, 43, 44].

В большинстве исследований рабочей памяти, при визуализации мозга, были использованы такие признанные задачи, как отсроченное узнавание одного или нескольких стимулов или N- назад задача *45, 46+.

Было проведено много исследований о взаимодействии нейронов в осуществлении функций рабочей памяти *47+. Ученые также проводят исследования об установлении связи между объемом рабочей памяти и процессом обучения. В настоящее время существуют обширные доказательства того, что рабочая память связана с ключевыми результатами обучения грамотности и чтения. Результаты продольного исследования подтвердили, что рабочая память ребенка в 5 лет является лучшим предиктором академических успехов, чем IQ *48+.

В крупномасштабных скрининг исследованиях, было определено, что в обычных классах у одного из десяти детей есть нарушение рабочей памяти. У большинства из них очень низкие академические достижения, не связанные с их уровнем IQ *49+. Без надлежащих вмешательств, эти дети отстают от своих сверстников. Недавнее исследование 37 детей школьного возраста со значительными трудностями обучения показало, что объем рабочей памяти, а не IQ , прогнозирует результаты обучения два года спустя *50+. Это говорит о том, что нарушение рабочей памяти связано с низкими результатами обучения и является высоким фактором риска в образовательной неуспеваемости детей. Аналогичная картина выявленау детей с трудностями в обучении, такими как дислексия, СДВГ, и нарушение развития координации *51, 52 ,53, 54+. Наблюдается ухудшение общих характеристик рабочей памяти таких, как неспособность запомнить инструкции и неспособность завершить учебную деятельность. Ухудшение рабочей памяти, без ранней диагностики, отрицательно влияет на производительность ребенка на протяжении всей его схоластической карьеры *55+.

Большое количество научно-исследовательских лабораторий по всему миру изучает различные аспекты рабочей памяти. Проводится много работ по исследованию рабочей памяти для объяснения таких процессов, как развивается интеллект, как успешно регулируются эмоции, и других познавательных способностей, способствующих пониманию расстройств аутистического спектра, СДВГ, диспраксии, и улучшения методов обучения, уровня образования, и создание искусственного интеллекта на основе человеческого мозга [56, 57, 58, 59, 60, 61, 62].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Cowan, Nelson (2008). "What are the differences between long-term, short-term, and working memory?".Prog Brain Res. 169 (169): 323-338.doi:10.1016/S0079-6123(07)00020-9. PMC 2657600. PMID 18394484.
2. Schacter, Daniel (2009, 2011). Psychology Second Edition. United States of America: Worth Publishers. p. 227. ISBN 978-1-42923719-2.
3. Barkley; Castellanos and Tannock; Pennington and Ozonoff; Schachar (according to the source)
4. Willcutt EG, Doyle AE, Nigg JT, Faraone SV, Pennington BF (June 2005). "Validity of the executive function theory of attention- deficit/hyperactivity disorder: a meta-analytic review". Biol. Psychiatry 57 (11): 1336– 46. doi:10.1016/j.biopsych.2005.02.006. PMID 15950006.
5. Working Memory as a Core Deficit in ADHD: Preliminary Findings and Implications – 2008.
6. Clark L, Blackwell AD, Aron AR, et al. (June 2007). "Association between response inhibition and working memory in adult ADHD: a link to right frontal cortex pathology?". Biol. Psychiatry 61 (12): 1395– 401. doi:10.1016/j.biopsych.2006.07.020. PMID 17046725.
7. Roodenrys, Steven; Koloski, Natasha; Grainger, Jessica (2001). "Working memory function in attention deficit hyperactivity disordered and reading disabled children". BritishJournalofDevelopmentalPsychology 19 (3): 325– 337. doi:10.1348/026151001166128. ISSN 0261-510X.
8. Halford, G. S., Baker, R., McCredden, J. E., Bain, J. D. (January 2005). "How many variables can humans process?". Psychological Science 16(1): 70–6. doi:10.1111/j.0956-7976.2005.00782.x. PMID 15660854.
9. Just, M. A., Carpenter, P. A. (January 1992). "A capacity theory of comprehension: individual differences in working memory". PsychologicalReview 99 (1): 122–49. doi:10.1037/0033-295X.99.1.122. PMID 1546114.
10. Gathercole, S. E.; Pickering, S. J.; Ambridge, B.; Wearing, H. (2004). "The structure of working memory from 4 to 15 years of age". Developmental Psychology 40 (2): 177-190.doi:10.1037/0012-1649.40.2.177. PMID 14979759.
11. Salthouse, T. A. (1994). "The aging of working memory".Neuropsychology 8: 535–543. doi:10.1037/0894-4105.8.4.535.
12. Pascual-Leone, J. (1970). "A mathematical model for the transition rule in Piaget's developmental stages". ActaPsychologica 32: 301–345. doi:10.1016/0001-6918(70)90108-3.
13. Case, R. (1985). Intellectual development. Birth to adulthood. NewYork: AcademicPress.
14. Jarrold, C., &Bayliss, D. M. (2007). Variation in working memory due to typical and atypical development. In A. R. A. Conway, C. Jarrold, M. J. Kane, A. Miyake & J. N. Towse (Eds.), Variation in working memory (pp. 137-161). NewYork: OxfordUniversityPress.
15. Kail, R. (2007). "Longitudinal evidence that increases in processing speed and working memory enhance children's reasoning". PsychologicalScience 18 (4): 312-313.doi:10.1111/j.1467-9280.2007.01895.x. PMID 17470254.
16. Andrews, G.; Halford, G. S. (2002). "A cognitive complexity metric applied to cognitive development". Cognitive Psychology45 (2): 153-219. doi:10.1016/S0010-0285(02)00002-6.PMID 12528901.
17. Hertzog C, Dixon RA, Hultsch DF, MacDonald SW (December 2003). "Latent change models of adult cognition: are changes in processing speed and working memory associated with changes in episodic memory?". PsycholAging 18 (4): 755- 69.doi:10.1037/0882-7974.18.4.755. PMID 14692862.
18. Park DC, Lautenschlager G, Hedden T, Davidson NS, Smith AD, Smith PK (June 2002). "Models of visuospatial and verbal memory across the adult life span". PsycholAging 17 (2): 299-320. doi:10.1037/0882-7974.17.2.299.PMID 12061414.
19. Salthouse, T. A. (1996). "The processing speed theory of adult age differences in cognition". PsychologicalReview 103 (3): 403428. doi:10.1037/0033-295X.103.3.403.PMID 8759042.
20. Mayr, U.; Kliegl, R.; Krampe, R. T. (1996). "Sequential and coordinative processing dynamics in figural transformation across the life span". Cognition 59 (1): 61-90.doi:10.1016/0010-0277(95)00689-3. PMID 8857471.
21. Hasher, L., &Zacks, R. T. (1988). Working memory, comprehension, and aging: A review and new view. In G. H.Bower (Ed.), The psychology of learning and motivation, Vol. 22, (pp. 193-225). NewYork: AcademicPress.
22. West, R. L. (1996). "An application of prefrontal cortex function theory to cognitive aging". Psychological Bulletin 120 (2): 272292. doi:10.1037/0033-2909.120.2.272. PMID 8831298.
23. Klingberg, T., Forssberg, H., Westerberg, H. (September 2002). "Training of working memory in children with ADHD".Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology 24 (6): 781-91. doi:10.1076/jcen.24.6.781.8395. PMID 12424652.
24. Olesen PJ, Westerberg H, Klingberg T (January 2004). "Increased prefrontal and parietal activity after training of working memory". NatureNeuroscience 7 (1): 75-9.doi:10.1038/nn1165. PMID 14699419.
25. McNab, F., Varrone, A., Farde, L., et al. (February 2009). "Changes in cortical dopamine D1 receptor binding associated with cognitive training". Science 323 (5915): 800-2.doi:10.1126/science.1166102. PMID 19197069.
26. T. Klingberg (2009). The overflowing brain: information overload and the limits of working memory. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-537288-5
27. Berry, A. S.; Zanto, T. P.; Rutman, A. M.; Clapp, W. C.; Gazzaley, A. (2009). "Practice-related improvement in working memory is modulated by changes in processing external interference". Journal of Neurophysiology 102 (3): 1779-
28. doi:10.1152/jn.00179.2009. PMC 2746773.PMID 19587320.
29. Lo Bue-Estes C, Willer B, Burton H, Leddy JJ, Wilding GE, Horvath PJ (December 2008). "Short-term exercise to exhaustion and its effects on cognitive function in young women". PerceptMotSkills 107 (3): 933-45.doi:10.2466/pms.107.3.933- 945. PMID 19235422.
30. Sherry, D. F., and Schacter, D. L. (1987). "The evolution of multiple memory systems". Psychological Review 94: 439- 454.doi:10.1037/0033-295X.94.4.439
31. Jacobsen CF (1938). "Studies of cerebral function in primates". CompPsycholMonogr 13: 1-68.
32. Ashby FG, Ell SW, Valentin VV, Casale MB (November 2005). "FROST: a distributed neurocomputational model of working memory maintenance". Journal of Cognitive Neuroscience 17(11): 1728 43. doi:10.1162/089892905774589271.PMID 16269109.
33. Goldman-Rakic PS (1995). "Cellular basis of working memory". Neuron 14: 447-485. doi:10.1016/0896-6273(95)90304-
34. PMID 7695894.
35. Rao SG, Williams GV, Goldman-Rakic PS (2000). "Destruction and creation of spatial tuning by disinhibition: GABA(A) blockade of prefrontal cortical neurons engaged by working memory". J. Neuroscience 20: 485-494.PMID 10627624.
36. Arnsten AFT, Paspalas CD, Gamo NJ, Y. Y, Wang M (2010). "Dynamic Network Connectivity: A new form of neuroplasticity".Trends Cognitive Sci. 14 (8): 365-375.doi:10.1016/j.tics.2010.05.003. PMC 2914830.PMID 20554470.
37. Robbins TW, Arnsten AF (2009). "The neuropsychopharmacology of fronto-executive function: monoaminergic modulation". Annu Rev Neurosci 32: 267-287.doi:10.1146/annurev.neuro.051508.135535.PMC 2863127. PMID 19555290.
38. Owen, A. M. (July 1997). "The functional organization of working memory processes within human lateral frontal cortex: the contribution of functional neuroimaging". The European Journal of Neuroscience 9 (7): 1329-39. doi:10.1111/j.1460- 9568.1997.tb01487.x. PMID 9240390.
39. Smith EE, Jonides J (March 1999). "Storage and executive processes in the frontal lobes". Science 283 (5408): 1657- 61.doi:10.1126/science.283.5408.1657. PMID 10073923.
40. Smith, E. E., Jonides, J., Marshuetz, C., Koeppe, R. A. (February 1998). "Components of verbal working memory: evidence from neuroimaging". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 95 (3): 87682. doi:10.1073/pnas.95.3.876. PMC 33811.PMID 9448254.
41. Honey, G. D., Fu, C. H., Kim, J., et al. (October 2002). "Effects of verbal working memory load on corticocortical connectivity modeled by path analysis of functional magnetic resonance imaging data". NeuroImage 17 (2): 573-82.doi:10.1016/S1053- 8119(02)91193-6. PMID 12377135.
42. Mottaghy, F. M. (April 2006). "Interfering with working memory in humans". Neuroscience 139 (1): 85-
43. doi:10.1016/j.neuroscience.2005.05.037. PMID 16337091.
44. Curtis, C. E., D'Esposito, M. (September 2003). "Persistent activity in the prefrontal cortex during working memory". Trends in Cognitive Sciences 7 (9): 415-423. doi:10.1016/S1364-6613(03)00197-9. PMID 12963473.
45. Postle BR (April 2006). "Working memory as an emergent property of the mind and brain". Neuroscience 139 (1): 23- 38.doi:10.1016/j.neuroscience.2005.06.005. PMC 1428794.PMID 16324795.
46. Collette, F., Hogge, M., Salmon, E., Van der Linden, M. (April 2006). "Exploration of the neural substrates of executive functioning by functional neuroimaging". Neuroscience 139 (1): 209– 21. doi:10.1016/j.neuroscience.2005.05.035.PMID 16324796.
47. Bledowski, C., Rahm, B., Rowe, J. B. (October 2009). "What 'works' in working memory? Separate systems for selection and updating of critical information". The Journal of Neuroscience 29(43): 13735–41. doi:10.1523/JNEUROSCI.2547-09.2009.PMC 2785708. PMID 19864586.
48. Coltheart, M. (Apr 2006). "What has functional neuroimaging told us about the mind (so far)?". Cortex 42 (3): 323– 31.doi:10.1016/S0010-9452(08)70358-7. PMID 16771037.
49. Osaka N, Osaka M, Kondo H, Morishita M, Fukuyama H, Shibasaki H (February 2004). "The neural basis of executive function in working memory: an fMRI study based on individual differences". NeuroImage 21 (2): 623– 31.doi:10.1016/j.neuroimage.2003.09.069. PMID 14980565.
50. Alloway TP, Alloway RG (2010). "Investigating the predictive roles of working memory and IQ in academic attainment".Journal of Experimental Child Psychology 80 (2): 606-21.doi:10.1016/j.jecp.2009.11.003. PMID 20018296.
51. Alloway TP, Gathercole SE, Kirkwood H, Elliott J (2009). "The cognitive and behavioral characteristics of children with low working memory". Child Development 80 (2): 606-21.doi:10.1111/j.1467-8624.2009.01282.x. PMID 19467014.
52. Alloway, Tracy Packiam (2009). "Working Memory, but Not IQ, Predicts Subsequent Learning in Children with Learning Difficulties". European Journal of Psychological Assessment 25(2): 92–8. doi:10.1027/1015-5759.25.2.92.
53. Pickering, Susan J. (2006). "Working memory in dyslexia". In Tracy PackiamAlloway; Susan E Gathercole. Working memory and neurodevelopmental disorders (New York, NY: Psychology Press). ISBN 9781841695600. OCLC 63692704.
54. Wagner, Richard K.; Muse, Andrea (2006). "Short-term memory deficits in developmental dyslexia". In Tracy PackiamAlloway; Susan E Gathercole. Working memory and neurodevelopmental disorders (New York, NY: Psychology Press). ISBN 9781841695600. OCLC 63692704.
55. Roodenrys, Steve (2006.). "Working memory function in attention deficit hyperactivity disorder". In Tracy PackiamAlloway; Susan E Gathercole. orkingmemory and neurodevelopmental disorders (New York, NY: Psychology Press,). ISBN 9781841695600. OCLC 63692704
56. Alloway, Tracy Packiam (2006.). "Working memory skills in children with developmental coordination disorder". In Tracy PackiamAlloway; Susan E Gathercole. orking memory and neurodevelopmental disorders (New York, NY: Psychology Press,). ISBN 9781841695600. OCLC 63692704
57. Gathercole, Susan E.; Alloway, Tracy Packiam (2008).Working Memory and Learning: A Practical Guide for Teachers. London: SAGE Publications. ISBN 978-1-4129-3613-2. OCLC 228192899.
58. Schmeichel BJ, Volokhov RN, Demaree HA (December 2008). "Working memory capacity and the self-regulation of emotional expression and experience". Journal of Personality and Social Psychology 95 (6): 1526–40. doi:10.1037/a0013345.PMID 19025300.
59. Conway, A. R. A., Jarrold, C., Kane, M. J., Miyake, A., &Towse, J. N. (Eds.). (2007). Variation in working memory. New York: Oxford University Press[page needed]
60. Kenworthy L, Yerys BE, Anthony LG, Wallace GL (December 2008). "Understanding executive control in autism spectrum disorders in the lab and in the real world". Neuropsychology Review 18 (4): 320–38. doi:10.1007/s11065-008-9077-7.PMC 2856078. PMID 18956239.
61. Levy, F.; Farrow, M. (2001). "Working memory in ADHD: prefrontal/parietal connections". Curr Drug Targets 2 (4): 347–352. doi:10.2174/1389450013348155. PMID 11732636.
62. Alloway TP (January 2007). "Working memory, reading, and mathematical skills in children with developmental coordination disorder". Journal of Experimental Child Psychology 96 (1): 20–36. doi:10.1016/j.jecp.2006.07.002. PMID 17010988.
63. "Investigating the predictive roles of working memory and IQ in academic attainment.".
64. Constantinidis C, Wang XJ (December 2004). "A neural circuit basis for spatial working memory". The Neuroscientist 10 (6): 553–65. doi:10.1177/1073858404268742.PMID 15534040.
65. Vogels TP, Rajan K, Abbott LF (2005). "Neural network dynamics". Annual Review of Neuroscience 28: 357– 76.doi:10.1146/annurev.neuro.28.061604.135637. PMID 16022600.