智力是人們認識和理解客觀事物，并運用知識和經驗等解決問題的能力，它包括觀察力、記憶力、想象力、分析判斷能力、思維能力、應變能力等。智力滲透在我們工作、學習和生活的方方面面，小到買菜算賬，大到制造高鐵火箭。智力幫助我們解決紛繁復雜的問題，并不斷適應環(huán)境的變化。人的智力有高有低，智力的高低在很大程度上決定了一個人的學業(yè)和工作成績的高低，但人的智力并非一成不變的，因此，探尋提高智力的方法成為人類一直以來的不懈追求。
雖然智力在很大程度上依賴于遺傳，但是已經被證實可以通過后天的教育和訓練獲得有效的提升。為了幫助我們提高智力，增強大腦的潛力，科學家們嘗試了各種各樣的方法，比如通過訓練記憶力、想象力和注意力等提升智力。在這些提高智力的方法當中，最受科學家關注、也是最具有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒ㄖ痪褪枪ぷ饔洃浻柧殹?/strong>那么為什么要通過工作記憶訓練提高智力？工作記憶訓練對于智力的提升效果如何？
工作記憶和智力的關系
工作記憶是大腦暫時性地儲存和加工外界信息的一個在線平臺，是溝通大腦和外部世界的中樞。設想一下，假如你想深入了解“工作記憶”和“智力”這兩個概念，于是你打開了電腦。當一分鐘后電腦開機了，你的腦海沒有一片空白，也沒有被電腦和網頁上的其他內容所吸引，而是清晰地知道你想要做什么（上網查資料），也還記得要查詢的內容（“工作記憶”和“智力”），這一過程所依賴的正是工作記憶。
工作記憶能夠將我們大腦所需要的信息維持在在線激活狀態(tài)，以應對各種各樣的認知任務。因此，許多重要的認知行為，如閱讀、推理和問題解決等都依賴于工作記憶的參與。
雖然工作記憶在大腦加工外界信息的過程中發(fā)揮著極其重要的作用，它的存儲容量卻非常有限，我們只能在短時間內存儲3~4個物體。不同個體的工作記憶存儲能力也存在較大的差異，有的人可以在短時間內同時記住5~6個物體，而有的人則只能記住大約2~3個物體，而且個體的工作記憶存儲容量在很大程度上決定了不同個體的認知功能水平差異。
那么，工作記憶和智力又存在怎樣的聯系呢？智力包括晶體智力和流體智力，晶體智力是通過知識和經驗獲得的技能，而流體智力是我們解決問題、模式匹配和推理的能力。工作記憶與智力尤其是流體智力有著十分緊密的聯系：一個人工作記憶中所能存儲的信息的最大數量與他的流體智力的相關高達70%以上，除此之外，參與工作記憶和流體智力功能的腦區(qū)存在很大程度的重合，均主要涉及前額葉和頂葉腦區(qū)。
同流體智力一樣，個體在工作記憶存儲能力上的差異很大程度上影響了一個人的學業(yè)水平甚至是工作能力，有研究發(fā)現其預測能力可能超過智力測驗。既然工作記憶與流體智力存在如此緊密的聯系，那么我們是否能夠通過工作記憶任務的訓練提升工作記憶的存儲數量，進而提升智力水平呢？
工作記憶訓練提升智力的證據
通過工作記憶訓練提升智力的探索最初應用在患有多動癥（ADHD）的兒童中。瑞典科學家托克爾·克林伯格(Torkel Klingberg)的研究團隊首先在他們的研究中探究了工作記憶訓練是否能夠增強多動癥兒童的工作記憶存儲能力，進而幫助他們提升其他方面的認知功能。
在這項研究中，他們將被診斷患有多動癥的兒童分為兩組：訓練組和控制組。訓練組的兒童每天接受25分鐘左右的工作記憶任務訓練，訓練任務難度隨著他們自身表現的變化而變化，以保證訓練任務始終保持在較難的水平。而控制組的兒童每天接受大約8分鐘同樣工作記憶任務的訓練，但是訓練任務難度始終保持在較簡單的水平。兩組兒童都接受了為期24天的訓練。
令人震驚的是，這項研究結果顯示，在為期24天的訓練結束之后，與控制組相比，訓練組兒童不僅在工作記憶能力上獲得了顯著的增強，在智力測量分數上也獲得了顯著的增長。隨后，該研究團隊又進一步通過神經成像的方法發(fā)現，健康的成年人在接受五周的工作記憶任務訓練之后，他們的工作記憶能力也顯著增強，并且參與工作記憶和智力的大腦區(qū)域的活動也發(fā)生了變化：他們前額葉腦區(qū)和頂葉腦區(qū)的活動在訓練之后顯著增強。
這些研究結果表明，只需要通過一個月左右的工作記憶訓練就能夠顯著提升智力，這一激動人心的發(fā)現使得這一團隊的研究成果產生了巨大的影響，越來越多的研究者開始關注通過工作記憶訓練提升智力，同時也催生了一些通過電腦游戲訓練提升智力的商業(yè)軟件。
另一項“里程碑”式研究來自美國和瑞士的合作研究團隊。在2008年，美國加利福尼亞大學爾灣分校教育學教授蘇珊·雅格（Susanne Jaeggi）和她的合作者們通過訓練被試每天完成一項視覺和聽覺結合的N-back工作記憶任務，在訓練12天之后，被試在瑞文智力測驗上的分數得到了提高。
這項研究使用的視覺和聽覺結合的N-back訓練任務，如下圖A所示，這項任務會序列呈現一些方塊在屏幕的不同位置，在呈現方塊的同時，會呈現不同字母的讀音，被試需要同時記憶看到的方塊位置，以及聽到的字母，并將當前看到的方塊和聽到的字母與前面第N個方塊和字母比較，如果相同則需要按鍵反應。N會隨著被試的記憶表現變好或變差而增大或減小，N越大，被試所需要保持在工作記憶中的信息數量越大，因此任務難度也更高。
訓練組的被試每天接受25分鐘左右的視覺和聽覺結合的N-back任務的訓練，不同的訓練組接受不同時長的訓練（分別接受8天，12天，17天，或19天的訓練），而控制組不接受任何訓練。他們發(fā)現，在接受工作記憶訓練之后，訓練組（訓練8天的除外）相對于未接受訓練的控制組的流體智力分數獲得了顯著的提升。更有意思的是，訓練組被試接受訓練時間越長，他們的智力分數增加也越多（圖B）。
圖（A）蘇姍·雅格等人研究中使用的視覺和聽覺結合的N-back訓練任務示例。
圖（B）該研究中訓練組被試在訓練結束后智力分數增加量隨著他們接受訓練時間長短的變化情況。訓練組被試接受訓練時間越長，他們的智力分數增加也越多。
這一研究成果發(fā)表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）之后，受到了學術界及公眾廣泛的關注。這項研究結果表明，對我們生活方方面面至關重要的智力并非是不可改變的，它能夠通過短時間內的工作記憶訓練獲得有效的提升，這項發(fā)現無論對于學術界還是普通群眾都意義非凡。
爭議使我們更加理性地判斷工作記憶訓練的效果
在蘇姍·雅格等人引爆工作記憶訓練提升智力的研究熱潮后，學術界批評和質疑的聲音也一直不斷。比如：一些研究者詳細列舉出該研究存在的八大不足，包括工作記憶測量單一，智力測量單一，缺乏同樣接受訓練的控制組，樣本量小不具有代表性，沒有對提升效果的持續(xù)時間進行測量等。
這些批評的聲音使得隨后的研究者在研究這一問題時采用了更加科學嚴謹的實驗設計，以保障對工作記憶訓練對智力的提升效果進行更加科學的研究。研究者們開始采用多項工作記憶訓練任務，多元的智力測量方法，同時他們也更加科學地引入了同樣需要接受訓練的控制組，并且對工作記憶訓練對不同群體（如兒童、老年人等）的智力提升效果進行了研究。與此同時，越來越多的科學家也嘗試通過神經影像的研究方法揭示工作記憶訓練對智力提升效果背后的神經機制。
同時，研究者對已有的工作記憶訓練效果進行了綜合分析。一些結果表明，工作記憶訓練能夠提升智力，并主張工作記憶與智力具有很多共同的成分，并且具有相似的神經基礎，因此工作記憶訓練能夠通過增強這些共同的功能和通路，進而提升智力。
而另一些綜述結果則表明，工作記憶訓練并不能有效提升智力。他們發(fā)現在嚴格控制實驗設計之后，如前面提到的采用多項工作記憶訓練任務，多元的智力測量方法，以及引入同樣接受訓練的控制組，工作記憶訓練的效果并不能有效遷移到智力提升上。
雖然關于工作記憶訓練是否能夠有效提升智力目前仍沒有定論，但是這些爭議使得我們能夠更加理性地判斷工作記憶訓練的效果，并且更加清晰地認識到當前實驗室研究存在的諸多不足。這些不足包括：訓練時間短，很多訓練都在10多個小時，這么短的時間即使存在效果，也是比較微弱的；訓練任務單一，與學習和生活的任務關聯不大，導致遷移效果不明顯；智力測驗任務本身也是片面的指標，難以全面衡量個體的智力水平，以及實際學習生活表現。
如何通過科學合理的工作記憶訓練有效提升智力
智力的提升是一個需要長期堅持、日積月累的變化過程。正所謂“不積跬步無以至千里，不積小流無以成江?！?，短期的工作記憶訓練（比如一個月左右）即使能夠幫助我們提升智力，這種提升效果持續(xù)的時間也非常短暫（幾天到幾個月）。
我們的大腦具有很高的可塑性，也就是說，大腦的潛力是可以終生開發(fā)的，而持之以恒地進行工作記憶訓練能夠不斷地促進參與工作記憶功能的大腦神經元的激活，建立起穩(wěn)固的神經元通路，進而有效增強工作記憶相關腦區(qū)的功能，提升工作記憶能力和智力。
工作記憶的訓練要符合人腦發(fā)展的規(guī)律，把握訓練的時機和對象。相對而言，兒童青少年是人腦，特別是前額葉快速發(fā)展的時期，也是開展工作記憶訓練的黃金時間。一些研究表明，這個階段的訓練會帶來更加明顯的效果。
另外，到了老年階段，流體智力逐漸開始衰退，此時的工作記憶和智力訓練對于延緩認知衰退具有重要作用。一項由英國劍橋大學和英國廣播公司（BBC）聯合開展的實驗表明，對老年人持續(xù)半年左右的認知訓練可以有效改善他們的認知能力，并遷移到日常生活中。另外，對于一些特殊群體，比如多動癥、精神分裂癥、抑郁癥等患者，工作記憶訓練也表現出一定的效果。
未來需要加強工作記憶訓練的生態(tài)性和可遷移性。關于工作記憶訓練提升智力有效性的另一個重要問題是，在實驗室完成的工作記憶訓練，其效果是否能夠遷移到我們在日常生活中的工作記憶和智力活動中呢？畢竟，我們在日常生活中遇到的信息可比小方塊和字母復雜多了。
針對這一實驗室工作記憶訓練的局限性，未來的研究者和開發(fā)者可以設計更加貼近現實生活的工作記憶訓練任務，將記憶的信息更加生活化和復雜化，如記憶汽車或是路牌，記憶人臉和名字，記住空間位置等，以幫助工作記憶的訓練效果獲得更好的遷移。
在人的不同發(fā)展階段結合該階段的發(fā)展任務來設計生活化的訓練任務。比如，在兒童階段（0-6歲）是智力發(fā)展的關鍵期，對兒童的工作記憶和智力的訓練需要家長在教育孩子的過程中，多與孩子進行互動玩耍，采用語言、運動和音樂為素材來訓練兒童的工作記憶，幫助他們打好智力發(fā)展的基礎。
青少年時期正處在智力快速發(fā)展的階段，對青少年工作記憶和智力的訓練需要我們在學校教育中結合學習任務，培養(yǎng)他們特定學習策略的使用，提高工作記憶水平。比如，口算訓練可以很好地提高學生的工作記憶和計算能力；復述策略訓練可以提高學生的工作記憶和閱讀能力；音樂訓練可以很好地提高學生的閱讀廣度和視空間記憶廣度。
成年個體的智力發(fā)展已經趨向成熟，想要提高他們的工作記憶能力和智力水平難度相對更大，但仍然可以通過高難度，自適應的工作記憶訓練游戲，加強閱讀和負責思考等方式提高工作記憶和智力。
到了老年階段，流體智力逐漸開始衰退，此時工作記憶訓練的重點需要轉移到保持社交聯系，用堅持讀書看報，提高生活中的記憶能力等方式保持大腦的活力，防止智力衰退。
采用更加豐富多元的智力測量指標。智力是一個非常復雜的概念，雖然智力測驗分數能夠在一定程度上代表一個人智力的高低，但是這些測驗往往只能測量智力的某些方面，難以全面衡量個體的智力水平，以及在實際學習生活中的表現。因此采用更加豐富多元的智力測量指標對于幫助我們揭示工作記憶訓練對智力的提升效果具有更加重要的意義。比如，除了智力測驗分數，可以同時采用生活中的認知行為表現、學業(yè)成績、生活質量等指標，來全面衡量工作記憶訓練帶來的積極變化。
總體來說，一個人的智力是受許多先天遺傳和后天環(huán)境因素共同作用的結果。工作記憶由于其在人的高級智力活動中的重要作用，成為制約人的智力水平的重要因素。理論分析和初步的實驗證據表明，科學地開展工作記憶訓練，是提高個體智力水平的一種潛在的有效方法。未來在進一步加強腦科學研究的基礎上，逐步嘗試在學校教育和家庭生活中開展長期針對性的工作記憶訓練，從而更好地促進個體腦與認知能力的發(fā)展，并且延緩個體的認知衰退。
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來源｜本文刊于《教育家》雜志2020年6月刊第4期，原標題《提升大腦潛力：工作記憶訓練能夠提高智力嗎？》
作者 | 王思思 / 北京師范大學認知神經科學與學習國家重點實驗室博士后
薛 貴 / 北京師范大學認知神經科學與學習國家重點實驗室教授
