認知與教學/工作記憶與學習障礙

根據世界衛生組織 (WHO) 的估計，每 160 個孩子中就會有一個被診斷出患有自閉症譜系障礙 (ASD)，目前有 3900 萬人被診斷出患有注意力缺陷多動障礙 (ADHD) 。工作記憶是一個系統，用於參與我們記憶的編碼、解碼和維持過程（圖 1）（特別是短期記憶），同時保持活動和可訪問性 。研究表明，自閉症和 ADHD 等發展障礙會影響工作記憶。本章在 Baddely 的工作記憶模型框架內，試圖瞭解這些普遍障礙的內部機制。

工作記憶

圖 1. 這是大腦在工作記憶任務期間的 fMRI 掃描。

許多型別的發展障礙至少部分可以追溯到記憶問題。工作記憶子系統的問題似乎是自閉症患者在大量資訊中感到困惑的原因，工作記憶缺陷也與注意力缺陷多動障礙有關。許多其他發展障礙，如威廉姆斯綜合徵、唐氏綜合徵和閱讀障礙，也可能與記憶功能不正常有關 。 下面我們將重點關注自閉症譜系障礙 (ASD) 和注意力缺陷多動障礙 (ADHD)，因為記憶在這兩種障礙中的作用已被詳細研究，使我們能夠利用它們來闡明記憶在實踐中的運作方式。

資訊加工理論

傳統的記憶概念認為記憶是一個簡單的容器，它儲存感官輸入到大腦中以供以後使用。隨著電子資料處理系統的出現，從中借鑑的隱喻已成為概念化記憶最流行的方式。這些隱喻是強大而富有啟發性的，但它們也可能具有誤導性，因為大腦在許多方面與計算機不同 。

使用資料處理隱喻的主要原因之一是記憶是一種功能，無法輕易將其與大腦的特定部位聯絡起來。思維被視為資訊處理，資訊處理的關鍵組成部分是儲存和檢索。要長期儲存的資訊必須進行編碼，即處理使其適合儲存。這種編碼的效率可以透過情緒喚醒來提高 。記憶的編碼和解碼概念表明，記憶並非僅僅是原始資訊，而是在回憶時由大腦構建的，這種構建可能會受到回憶環境的影響。

再次反映電子計算機的隱喻，資訊處理理論將記憶視為幾個子系統的互動，每個子系統專門負責一項特定任務，這些子系統根據需要將資訊傳遞給彼此。一些過程需要有意識的關注，這意味著這些系統具有有限的能力 。有限的記憶量會影響學習，從而導致學習障礙。抓住記憶的障礙與自閉症和 ADHD 有關。

模態模型與障礙

模態模型（圖 2），也稱為多儲存模型或 Atkinson-Shiffrin 模型（來自最早提出該模型的研究人員，時間是 1968 年），是所有資訊處理理論的假設。它假設不同的心理子系統，每個子系統都有不同的功能，它們相互支援並傳遞資訊。記憶的基本模態結構得到了大腦損傷案例的支援，這些案例對記憶的不同部分的影響不盡相同 。 大多數模態模型版本被分為三個主要部分：感覺記憶或感覺登記、短期記憶和長期記憶 。 正如下面所述，“短期記憶”的概念現已過時。記憶的非對等部分挑戰了學生同時學習的能力，以及掌握知識的能力。

三部分工作記憶模型

圖 3. 三部分工作記憶模型。

很明顯，必須有一些東西在執行分配給短期記憶的過程。然而，研究人員逐漸對該概念無法提供這些過程如何發生的模型感到沮喪 。 因此，從 1970 年代開始，“短期記憶”模型得到了支援或被一個名為“工作記憶”的功能所取代。“工作記憶”儲存著相關人員目前正在處理的資訊和影像 。圖 3 展示了三部分工作記憶模型。

該模型有很多變體，反映了研究人員對它如何運作的準確方式存在的不確定性。然而，人們普遍認為，工作記憶與長期記憶密切相關，因為過去的知識對現在的概念有非常強大的影響。人們還一致認為，與被認為被動地儲存平均七個“槽位”中的資訊並將資訊不變地傳輸的短期記憶概念不同，工作記憶是積極的，而不是被動的，這使得它成為構建意義的核心 。

Baddeley 提出了工作記憶最具影響力的方案 。 它將工作記憶分為三個部分：執行控制系統、發音迴路和視覺空間工作臺 。 這種多成分方案得到了許多實驗證據的支援，例如 KF 案例研究，其中事故嚴重損害了言語處理，而視覺處理幾乎保持完整。這強烈暗示言語和視覺處理是由兩個不同的系統控制的 。 它也得到了觀察結果的支援，即視覺和語音任務可以同時執行，並且幾乎沒有損害，這表明它們不依賴於相同的心理資源 。

中央執行系統

中央執行系統或執行控制系統被比作一個導演，指揮著兩個下屬——語音迴圈和視覺空間工作臺的活動。它監督著工作記憶的功能，選擇資訊和策略，並決定工作記憶將集中於什麼。它協調著不同任務的表現，在檢索策略之間做出決定，在不同輸入之間轉換焦點，並與長期記憶互動以檢索和處理資訊。

儘管中央執行系統至關重要，但我們對其詳細工作機制知之甚少。它被批評為“僅僅是一個小人物”，一個像人一樣的“老闆”，協調著系統的所有其他功能。它是否作為一個單一的協調系統或一組獨立的子系統執行其各種功能尚不清楚。

語音迴圈

語音迴圈處理口頭和書面資訊。它是一個被動性的短期儲存系統，用於儲存透過閱讀或聽覺接收的資訊。資訊儲存在發音編碼中，這意味著書面資料必須在被保留之前被轉換。聽覺資料直接進入儲存。

語音迴圈分為兩部分。第一部分是語音儲存或“內耳”，控制著語音感知，它可以保留聽覺資訊（口語）幾秒鐘。第二部分是發音控制過程，或“內在聲音”，負責產生語音，並可以複述和儲存來自語音儲存的輸入。

視覺空間工作臺

視覺空間工作臺或“內眼”處理視覺資訊和空間概念。它是一個被動性的短期儲存系統，用於儲存透過眼睛接收到的視覺和空間資訊。它負責定位一個人在空間中的位置，以便他/她可以在其他物體之間移動而不會不斷碰撞。資訊以影像的形式儲存，這些影像必須被解釋才能檢索特定的細節。它還建立和操作心理影像，並將長期記憶中的材料重新轉化為關於空間排列的可用資訊。

視覺空間工作臺似乎即使在從未享受過視覺力量的人身上也能發揮作用，因為這些人對空間分佈有清晰的概念。這表明空間分佈的概念獨立於視覺輸入。因此有人建議將視覺空間工作臺分成兩個獨立的功能，一個處理純粹的視覺資料，另一個處理空間概念。

發展障礙

自閉症譜系障礙（ASD）

自閉症譜系障礙 (ASD) 和自閉症都是一組複雜的腦發育障礙的總稱，被歸類為智力和發育障礙。這些障礙的特徵是不同程度的社會交往、語言和非語言交流、重複行為以及運動協調和注意力方面的困難。由於症狀的重疊和變異性，DSM IV 提出了自閉症譜系障礙的概念，而不是單獨的障礙。

圖 4. 患病率和發病率 (美國)

雖然 ASD 在男孩中比女孩中更常見，但早期檢測仍然至關重要，因為積極的干預措施已證明在語言和社交技能等方面有顯著改善。通常這種早期檢測是由於統計學意義上的認知能力下降造成的，這些下降常被稱為缺陷。一些早期的缺陷跡象包括：交流（社會性）、行為（語言和非語言）和興趣。雖然每個模式都是獨特的，但最常見的症狀是語言能力下降。DSM IV 提出了三種主要的 ASD 型別：

• 阿斯伯格綜合徵 (AS)
• 廣泛性發展障礙，未加說明 (PDD-NOS)
• 自閉症障礙 (AD)

DSM V 雖然對 ASD 描述進行了修改，但評估這些變化時應考慮進一步的研究。下面列出了一些常見的自閉症障礙。

阿斯伯格綜合徵 (AS)

阿斯伯格綜合徵 (AS) 是自閉症最輕微的形式，它涉及對特定主題的重複興趣和討論。患有 AS 的兒童在社交技能方面往往表現出很大的缺陷，並且不協調；然而，也有報道稱他們的智力高於平均水平。如果高功能阿斯伯格綜合徵 (HFAS) 得不到支援，可能會導致他們在日後生活中出現抑鬱和焦慮。

廣泛性發展障礙，未加說明 (PDD-NOS)

由於描述的概括性，涵蓋了大多數兒童，被認為比 AS 更嚴重（但不如 ASD 嚴重）。PDD-NOS 的症狀包括（但不限於）語言技能受損、社會交往和發病年齡較晚。PDD-NOS 與 AS 和自閉症障礙 (AD) 的區別在於，PDD-NOS 的重複行為較少，並且症狀的變異性對診斷提出了挑戰。

自閉症障礙

符合自閉症診斷標準的更嚴格要求的兒童患有自閉症障礙。他們有更嚴重的缺陷，涉及社交和語言功能，以及重複行為。他們也經常伴有智力障礙和癲癇。常見的症狀雖然與 AS 和 PDD-NOS 相似，但也包括無法識別名字和使用一兩個詞短語。

雖然 ASD 包括許多亞型，並且由於變異性，數量往往被低估，但圖 4 給出了美國 (1993-2003) 患病率和發病率的概述。這表明 ASD 持續存在，並且呈指數級增長（與其他殘疾相比）。雖然 ASD 是最常見的學習障礙，但第二常見的學習障礙是注意力缺陷多動障礙。

注意力缺陷多動障礙 (ADHD)

根據精神障礙診斷與統計手冊第五版DSM V，它描述了 ADHD 的診斷特徵。患有 ADHD 的人會表現出持續的注意力不集中和/或多動-衝動現象，影響發育和/或正常功能。 (參考表 1)

注意力不集中：對於 16 歲以下的兒童，至少存在 6 種症狀；對於 17 歲以上的青少年，至少存在 5 種症狀；這些注意力不集中的症狀至少持續 6 個月，並且不符合其發育水平：	多動和衝動：對於 16 歲以下的兒童，至少存在 6 種症狀；對於 17 歲以上的青少年，至少存在 5 種症狀；這些多動-衝動的症狀至少持續 6 個月，並且其程度足以干擾其發育水平：
•           經常不能注意細節，或者在學校作業、工作或其他活動中犯粗心大意的錯誤。 •           經常難以集中注意力在任務或玩耍活動上。 •           經常看起來不聽別人直接跟他說的話。 •           經常不能按指示辦事，不能完成學校作業、家務或工作中的職責。 •           經常難以組織任務和活動。 •           經常逃避、不喜歡或不願做需要長時間集中精力的任務。 •           經常丟失做任務和活動需要的物品。 •           經常容易分心。 •           日常活動中經常健忘。[17]	•           經常搓手、敲擊手腳或在座位上扭動。 •           經常在需要坐著的場合離開座位。 •           經常在不合適的情況下跑來跑去或爬上爬下（青少年或成年人可能僅限於感到不安）。 •           經常無法安靜地玩耍或參與休閒活動。 •           經常“行動自如”，彷彿“被馬達驅動”。 •           經常話太多。 •           經常在問題說完之前就搶著回答。 •           經常難以輪流等待。 •           經常打斷或打擾他人[17]

此外，還必須滿足以下條件

•           在 12 歲之前出現過多種注意力不集中或多動-衝動症狀。

•           多種症狀出現在兩個或多個環境中（例如在家、學校或工作中；與朋友或親戚在一起；在其他活動中）。

•           有明確證據表明症狀干擾或降低社會、學校或工作功能的質量。

•           症狀不能用其他精神疾病（如情緒障礙、焦慮症、分離症或人格障礙）來解釋。症狀並非僅在精神分裂症或其他精神病的病程中出現。^[17]

多動症亞型

多動症根據不同的分類有三種亞型。

•           多動-衝動型：為了滿足這種亞型，在過去六週內，該人已經滿足了多動-衝動症狀的所有要求，但沒有滿足注意力不集中的症狀。

•           注意力不集中型：在這種亞型中，該人已經滿足了注意力不集中症狀的所有要求，但沒有滿足多動-衝動症狀。

•           混合型：在這種亞型中，該人同時滿足了多動-衝動症狀和注意力不集中症狀的要求。這是多動症中最常見的型別。^[18]

瞭解了多動症和自閉症的定義（包括症狀）之後，重要的是要考慮它們與工作記憶的關係。

自閉症譜系障礙和工作記憶

大約 7% 的兒童患有自閉症譜系障礙 (ASD) 和多動症等閱讀障礙。^[19] 工作記憶是發展過程中的一個基本功能，已知會影響神經認知領域，並出現損傷。^[20][19] 關於自閉症和工作記憶的普遍看法表明，自閉症患者存在語音迴圈處理缺陷、視覺空間挑戰以及無法調節執行功能。^[20][21] 關於自閉症受試者的異質性以及工作記憶功能的各個組成部分之間的爭議至今仍在繼續。例如，一個自閉症兒童可能表現出對特定物體（例如拉鍊）的關注，而另一個自閉症兒童可能對相同的物體（拉鍊）沒有反應。第二個孩子可能對腳踏車感興趣。這表明語音迴圈存在損傷。雖然自閉症和工作記憶很複雜，但目前的研究仍在繼續關注識別特定損傷及其與工作記憶不同組成部分之間的關係，以便在教學環境中尋找解決方案。

自閉症和中央執行系統

中央執行系統是“工作記憶中最重要的組成部分”，因為它負責監控和協調從屬系統（語音迴圈、視覺空間草圖板）的運作，並與長期記憶相關。^[13]

自閉症患者在社會交往、言語、非言語交流以及限制性行為方面的損傷在兒童早期出現，並持續到成年後。希爾和弗里斯（2004 年）（崔等人引用）認為，這是執行功能障礙的結果。^[22] 有衝突的研究表明，自閉症與中央功能之間存在爭議，因為工作記憶也可能受到年齡、智商、測量任務等因素的影響。^[22] 這在研究文獻中通常沒有考慮。然而，由於希爾和弗里斯能夠使用一系列工作記憶任務，這些任務旨在將阿斯伯格綜合症隔離到學齡前兒童中（從而消除了這些變數），能夠解決這些問題，因此可以得出結論，中央執行系統存在部分缺陷。

自閉症和語音迴圈

語音迴圈被認為負責操縱基於語音的資訊。^[23] 研究自閉症及其與語音迴圈之間的關係可能極其困難，因為如前所述，自閉症受試者的異質性。每個自閉症個體在使用口語和書面語方面的差異是獨一無二的；然而，在考慮工作記憶和語音迴圈時，非自閉症個體在學習方面表現出相似性。儘管存在這種可變性，語言障礙包括交流減少、語音學、語義學和句法。^[24] 菲施巴赫等人（2013 年）^[19] 得出結論，由於自閉症患者常見的左半球大腦缺陷，這可能會影響語言處理能力。他們補充說，由於這些缺陷，右半球的代償效應會導致視覺空間處理方面的優勢（如下所述）。 雖然這種代償對於記憶適應大腦中斷很重要，但挑戰在於左半球沒有提高功能。重要的是要注意，正如大多數關於自閉症的研究表明的那樣，由於早期發展中的變化，語音儲存在研究語音的語音短期記憶 (PSTM) 中的青少年反應時間中受到很大影響。 與典型發展 (TD) 受試者相比，自閉症患者在語音迴圈處理過程中的認知負荷水平與反應時間和準確性顯著相關。 這表明語音的感知會影響對語音的獲取。 當威廉姆斯等人（2014 年）^[25] 在研究視覺空間記憶時認為，言語儲存與自閉症之間沒有關聯時，這種斷言仍然存在爭議。^[25]

自閉症和視覺空間草圖板

在工作記憶中，視覺空間草圖板被認為負責操縱視覺影像。 前瞻記憶 (PM) 在日常生活中非常普遍，從相對簡單的任務到極端的生死攸關的情況。 例如，記住下班後去雜貨店買牛奶，或者記住在爬建築物時繫上安全帶。 PM 記住執行任務的能力（威廉姆斯等人，2014 年）^[25] 得出結論，在考慮基於時間的任務時，自閉症患者由於表現出“能力下降，難以處理視覺儲存”，這是工作記憶和視覺空間草圖板的重要組成部分（Sachse 等人，2013 年）^[26]，在考慮高功能自閉症 (HFASD)（例如阿斯伯格綜合症）時，雖然他們沒有發現言語記憶障礙，但得出結論，由於視覺運動資訊受損，空間工作記憶 (SWM) “由於皮質網路的差異而受損，導致工作記憶錯誤數量增加”。^[26] 將工作記憶的所有方面（中央執行系統、語音迴圈和視覺空間草圖板）結合起來，由於自閉症的可變性，研究人員考察了針對特定年齡人群（學齡前兒童）的工作記憶成分的各種特定任務。 由於智商匹配，HFASD 在視覺空間草圖板方面存在明顯劣勢，這與中央執行系統存在的部分缺陷有關。^[22]

與自閉症和工作記憶的影響不同，多動症對工作記憶的病因學有很大不同。

注意力缺陷多動障礙和工作記憶

圖 5. 上面的腦部掃描顯示了患有和未患有（左）多動症的成年人的大腦差異。

患有多動症的人通常在工作記憶方面存在一些困難，當我們關注多動症兒童的大腦結構時，我們可以看到他們的腦結構通常與未患有多動症的兒童不同，幾個大腦區域和結構，如前額葉皮層、紋狀體、基底神經節和小腦往往比沒有多動症的人更小。 多動症兒童的整體腦容量一般比沒有多動症的兒童小 5%（圖 5）。這些大腦區域與我們的工作記憶運作方式密切相關，尤其是前額葉皮層，因此，由於腦容量較小，多動症兒童的工作記憶表現較差。

多動症和中央執行系統

中央執行系統在兩種亞型中似乎都受到同樣程度的損害。一項研究使用棋盤任務來測試受試者是否能夠維持和重新組織視覺空間資訊，因此在這項研究中測試了中央執行系統。結果表明，多動症兒童的分數低於正常學生，然而，當多動症兒童獲得高水平的強化時，他們的分數有所提高，但對照組則沒有。

在另一項研究中，研究人員使用數字倒序任務來測試他們的儲存和操作資訊的能力，並使用雙任務來測試他們協調兩個獨立任務的能力。結果表明，多動症兒童在數字倒序任務中重複的數字少於對照組，並且在雙任務中得分較低，這些任務表明中央執行功能對於多動症兒童目標設定技能的差異至關重要。

多動症和語音環

多動症兒童在語音環測試中的表現與正常兒童相似，他們在數字順序和單詞回憶任務中的得分相似。這些任務測試受試者是否能夠按正確順序重複數字。這一結果與先前多項研究的結果一致，這些研究表明語音環的缺陷並非多動症兒童的特徵。

一項關於多動症兒童和特定語言障礙的研究也表明，多動症兒童在語音環方面的影響較小。患有特定語言障礙的多動症-C 兒童的得分明顯低於沒有特定語言障礙的兒童和正常兒童。這支援了語音環並非多動症兒童特徵的假設。

多動症和視覺空間草圖板

患有多動症-I 和多動症-C 的兒童存在動機缺陷，根據棋盤任務，他們對視覺空間工作記憶表現有破壞性影響，他們的得分低於對照組。在視覺空間測試中，它衡量的是記憶填充矩陣數字的能力，結果表明，多動症兒童的表現比對照組差。然而，高強度的強化可以改善兩個多動症組的工作記憶表現，但對照組則沒有。

不同亞型多動症之間存在一些細微的差異。在霍普金斯言語發育測試修訂版（HVLT-R）、挪威官方研究版本和簡短視覺空間記憶測試修訂版（BVMT-R）的任務中，這些任務衡量的是聽覺或言語以及視覺空間能力的表現。結果表明，與多動症-C 兒童相比，多動症-I 兒童在發育和延遲記憶方面存在更多障礙。

多動症和自閉症譜系障礙的發展影響

有一些行為策略和治療方法可以幫助多動症患者改善他們的行為。例如，有效且良好的課堂管理可以改變多動症學生的行為，更加結構化的課堂、給予學生更多關注以及限制干擾因素可以幫助改變多動症的行為，這些調整可能沒有有效的評估，但通常包含在治療計劃中。一些行為療法可以透過一些培訓專案實施給教師和家長，如家長管理培訓，這些專案通常涉及操作性條件反射，積極強化（對實現目標和理想行為給予持續獎勵）和積極懲罰（在出現不良行為後提供負面後果）。教師學習課堂管理作為改變行為的一種技術，代幣經濟（學生在表現出期望的行為時獲得獎勵，並在表現出不良行為時失去獎勵）、日常反饋和結構化的課堂活動。

然而，2013 年的一項研究表明，工作記憶訓練，如認知訓練，只能提供短期改善，而且沒有太多證據表明這些改善是永久性的。同樣在 2014 年，研究人員分析了目前關於認知訓練治療多動症症狀準確性的證據並不完整。

術語表

聽覺資料 – 與 耳朵相關的或透過 耳朵感知的資料。

智力障礙- 一種以智力功能和適應行為顯著受限為特徵的殘疾，涵蓋了許多日常社交和實用技能。這種殘疾起源於 18 歲之前。

發展性殘疾- 由於精神或身體障礙引起的一組不同的 慢性 疾病。

語言技能受損- 一種 語言 障礙，延遲了沒有聽力障礙或其他發育遲緩的兒童掌握 語言技能 的速度。

變異性- 一組資料的離散程度或緊密程度。

損傷- 在健康方面，任何生理、心理或解剖結構或功能的喪失或異常，無論是永久性的還是暫時的。

智力遲鈍- 在 18 歲之前診斷的疾病，通常在嬰兒期或出生前診斷，包括低於平均水平的總體智力功能，以及缺乏日常生活所需的技能。如果發病時間是在 18 歲或之後，則稱為痴呆，它可以與智力遲鈍診斷共存。

精神病性障礙- 導致思維和感知異常的嚴重精神疾病。

執行功能障礙- 對 執行 功能的效率的破壞，執行功能是一組調節、控制和管理其他認知過程的認知過程。

認知負荷- 工作記憶中正在使用的全部心理努力。

診斷與統計手冊 (DSM)- 美國精神衛生專業人員使用的精神疾病標準分類。它旨在被不同理論取向的臨床醫生在所有臨床環境中使用。

異質性- 一個表示多樣性的詞。

前額葉皮層- 覆蓋額葉前部的腦皮層。

紋狀體- 也稱為新紋狀體或紋狀核，是大腦前部的一個皮質下部分，是獎勵系統的重要組成部分。

基底神經節- 一組與丘腦相連的結構，位於大腦底部，參與運動協調。

小腦- 脊椎動物頭骨後部的腦部。其功能是協調和調節肌肉活動。

額葉皮層- 大腦半球額葉的皮層。

動機缺陷- 動機被定義為期望和價值的產物。

統計顯著- 結果或關係並非由隨機機會造成的可能性。

執行功能- 一組幫助你完成任務的心理技能。這些技能由大腦中稱為額葉的區域控制。

皮質的- 由皮質組成，即大腦的外部層。

建議讀物

Bruning, R. H., Schraw, G. J., & Norby, M. M. (2011). 認知心理學與教學（第五版）。波士頓，馬薩諸塞州：皮爾遜。

Burt, B., & Gennaro, P. (2010). 包容性課堂的行為解決方案：一本方便的參考指南，解釋與自閉症、阿斯伯格綜合徵、多動症、感覺處理和其他特殊需求相關的行為。加拿大：多納休集團。

Eysenck, M. W., & Keane, M. T. (2001). 認知心理學（第四版）。紐約：心理學出版社。