如何通过工作记忆训练来提高智力？
智力是人们认识和理解客观事物，并运用知识和经验等解决问题的能力，它包括观察力、记忆力、想象力、分析判断能力、思维能力、应变能力等。智力渗透在我们工作、学习和生活的方方面面，小到买菜算账，大到制造高铁火箭。智力帮助我们解决纷繁复杂的问题，并不断适应环境的变化。人的智力有高有低，智力的高低在很大程度上决定了一个人的学业和工作成绩的高低，但人的智力并非一成不变的，因此，探寻提高智力的方法成为人类一直以来的不懈追求。
虽然智力在很大程度上依赖于遗传，但是已经被证实可以通过后天的教育和训练获得有效的提升。为了帮助我们提高智力，增强大脑的潜力，科学家们尝试了各种各样的方法，比如通过训练记忆力、想象力和注意力等提升智力。在这些提高智力的方法当中，最受科学家关注、也是最具有发展潜力的方法之一就是工作记忆训练。那么为什么要通过工作记忆训练提高智力？工作记忆训练对于智力的提升效果如何？
工作记忆和智力的关系
工作记忆是大脑暂时性地储存和加工外界信息的一个在线平台，是沟通大脑和外部世界的中枢。设想一下，假如你想深入了解“工作记忆”和“智力”这两个概念，于是你打开了电脑。当一分钟后电脑开机了，你的脑海没有一片空白，也没有被电脑和网页上的其他内容所吸引，而是清晰地知道你想要做什么（上网查资料），也还记得要查询的内容（“工作记忆”和“智力”），这一过程所依赖的正是工作记忆。
工作记忆能够将我们大脑所需要的信息维持在在线激活状态，以应对各种各样的认知任务。因此，许多重要的认知行为，如阅读、推理和问题解决等都依赖于工作记忆的参与。
虽然工作记忆在大脑加工外界信息的过程中发挥着极其重要的作用，它的存储容量却非常有限，我们只能在短时间内存储3~4个物体。不同个体的工作记忆存储能力也存在较大的差异，有的人可以在短时间内同时记住5~6个物体，而有的人则只能记住大约2~3个物体，而且个体的工作记忆存储容量在很大程度上决定了不同个体的认知功能水平差异。
那么，工作记忆和智力又存在怎样的联系呢？智力包括晶体智力和流体智力，晶体智力是通过知识和经验获得的技能，而流体智力是我们解决问题、模式匹配和推理的能力。工作记忆与智力尤其是流体智力有着十分紧密的联系：一个人工作记忆中所能存储的信息的最大数量与他的流体智力的相关高达70%以上，除此之外，参与工作记忆和流体智力功能的脑区存在很大程度的重合，均主要涉及前额叶和顶叶脑区。
同流体智力一样，个体在工作记忆存储能力上的差异很大程度上影响了一个人的学业水平甚至是工作能力，有研究发现其预测能力可能超过智力测验。既然工作记忆与流体智力存在如此紧密的联系，那么我们是否能够通过工作记忆任务的训练提升工作记忆的存储数量，进而提升智力水平呢？
工作记忆训练提升智力的证据
通过工作记忆训练提升智力的探索最初应用在患有多动症（ADHD）的儿童中。瑞典科学家托克尔·克林伯格(Torkel Klingberg)的研究团队首先在他们的研究中探究了工作记忆训练是否能够增强多动症儿童的工作记忆存储能力，进而帮助他们提升其他方面的认知功能。
在这项研究中，他们将被诊断患有多动症的儿童分为两组：训练组和控制组。训练组的儿童每天接受25分钟左右的工作记忆任务训练，训练任务难度随着他们自身表现的变化而变化，以保证训练任务始终保持在较难的水平。而控制组的儿童每天接受大约8分钟同样工作记忆任务的训练，但是训练任务难度始终保持在较简单的水平。两组儿童都接受了为期24天的训练。
令人震惊的是，这项研究结果显示，在为期24天的训练结束之后，与控制组相比，训练组儿童不仅在工作记忆能力上获得了显著的增强，在智力测量分数上也获得了显著的增长。随后，该研究团队又进一步通过神经成像的方法发现，健康的成年人在接受五周的工作记忆任务训练之后，他们的工作记忆能力也显著增强，并且参与工作记忆和智力的大脑区域的活动也发生了变化：他们前额叶脑区和顶叶脑区的活动在训练之后显著增强。
这些研究结果表明，只需要通过一个月左右的工作记忆训练就能够显著提升智力，这一激动人心的发现使得这一团队的研究成果产生了巨大的影响，越来越多的研究者开始关注通过工作记忆训练提升智力，同时也催生了一些通过电脑游戏训练提升智力的商业软件。
另一项“里程碑”式研究来自美国和瑞士的合作研究团队。在2008年，美国加利福尼亚大学尔湾分校教育学教授苏珊·雅格（Susanne Jaeggi）和她的合作者们通过训练被试每天完成一项视觉和听觉结合的N-back工作记忆任务，在训练12天之后，被试在瑞文智力测验上的分数得到了提高。
这项研究使用的视觉和听觉结合的N-back训练任务，如下图A所示，这项任务会序列呈现一些方块在屏幕的不同位置，在呈现方块的同时，会呈现不同字母的读音，被试需要同时记忆看到的方块位置，以及听到的字母，并将当前看到的方块和听到的字母与前面第N个方块和字母比较，如果相同则需要按键反应。N会随着被试的记忆表现变好或变差而增大或减小，N越大，被试所需要保持在工作记忆中的信息数量越大，因此任务难度也更高。
训练组的被试每天接受25分钟左右的视觉和听觉结合的N-back任务的训练，不同的训练组接受不同时长的训练（分别接受8天，12天，17天，或19天的训练），而控制组不接受任何训练。他们发现，在接受工作记忆训练之后，训练组（训练8天的除外）相对于未接受训练的控制组的流体智力分数获得了显著的提升。更有意思的是，训练组被试接受训练时间越长，他们的智力分数增加也越多（图B）。
图（A）苏姗·雅格等人研究中使用的视觉和听觉结合的N-back训练任务示例。
图（B）该研究中训练组被试在训练结束后智力分数增加量随着他们接受训练时间长短的变化情况。训练组被试接受训练时间越长，他们的智力分数增加也越多。
这一研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）之后，受到了学术界及公众广泛的关注。这项研究结果表明，对我们生活方方面面至关重要的智力并非是不可改变的，它能够通过短时间内的工作记忆训练获得有效的提升，这项发现无论对于学术界还是普通群众都意义非凡。
争议使我们更加理性地判断工作记忆训练的效果
在苏姗·雅格等人引爆工作记忆训练提升智力的研究热潮后，学术界批评和质疑的声音也一直不断。比如：一些研究者详细列举出该研究存在的八大不足，包括工作记忆测量单一，智力测量单一，缺乏同样接受训练的控制组，样本量小不具有代表性，没有对提升效果的持续时间进行测量等。
这些批评的声音使得随后的研究者在研究这一问题时采用了更加科学严谨的实验设计，以保障对工作记忆训练对智力的提升效果进行更加科学的研究。研究者们开始采用多项工作记忆训练任务，多元的智力测量方法，同时他们也更加科学地引入了同样需要接受训练的控制组，并且对工作记忆训练对不同群体（如儿童、老年人等）的智力提升效果进行了研究。与此同时，越来越多的科学家也尝试通过神经影像的研究方法揭示工作记忆训练对智力提升效果背后的神经机制。
同时，研究者对已有的工作记忆训练效果进行了综合分析。一些结果表明，工作记忆训练能够提升智力，并主张工作记忆与智力具有很多共同的成分，并且具有相似的神经基础，因此工作记忆训练能够通过增强这些共同的功能和通路，进而提升智力。
而另一些综述结果则表明，工作记忆训练并不能有效提升智力。他们发现在严格控制实验设计之后，如前面提到的采用多项工作记忆训练任务，多元的智力测量方法，以及引入同样接受训练的控制组，工作记忆训练的效果并不能有效迁移到智力提升上。
虽然关于工作记忆训练是否能够有效提升智力目前仍没有定论，但是这些争议使得我们能够更加理性地判断工作记忆训练的效果，并且更加清晰地认识到当前实验室研究存在的诸多不足。这些不足包括：训练时间短，很多训练都在10多个小时，这么短的时间即使存在效果，也是比较微弱的；训练任务单一，与学习和生活的任务关联不大，导致迁移效果不明显；智力测验任务本身也是片面的指标，难以全面衡量个体的智力水平，以及实际学习生活表现。
如何通过科学合理的工作记忆训练有效提升智力
智力的提升是一个需要长期坚持、日积月累的变化过程。正所谓“不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海”，短期的工作记忆训练（比如一个月左右）即使能够帮助我们提升智力，这种提升效果持续的时间也非常短暂（几天到几个月）。
我们的大脑具有很高的可塑性，也就是说，大脑的潜力是可以终生开发的，而持之以恒地进行工作记忆训练能够不断地促进参与工作记忆功能的大脑神经元的激活，建立起稳固的神经元通路，进而有效增强工作记忆相关脑区的功能，提升工作记忆能力和智力。
工作记忆的训练要符合人脑发展的规律，把握训练的时机和对象。相对而言，儿童青少年是人脑，特别是前额叶快速发展的时期，也是开展工作记忆训练的黄金时间。一些研究表明，这个阶段的训练会带来更加明显的效果。
另外，到了老年阶段，流体智力逐渐开始衰退，此时的工作记忆和智力训练对于延缓认知衰退具有重要作用。一项由英国剑桥大学和英国广播公司（BBC）联合开展的实验表明，对老年人持续半年左右的认知训练可以有效改善他们的认知能力，并迁移到日常生活中。另外，对于一些特殊群体，比如多动症、精神分裂症、抑郁症等患者，工作记忆训练也表现出一定的效果。
未来需要加强工作记忆训练的生态性和可迁移性。关于工作记忆训练提升智力有效性的另一个重要问题是，在实验室完成的工作记忆训练，其效果是否能够迁移到我们在日常生活中的工作记忆和智力活动中呢？毕竟，我们在日常生活中遇到的信息可比小方块和字母复杂多了。
针对这一实验室工作记忆训练的局限性，未来的研究者和开发者可以设计更加贴近现实生活的工作记忆训练任务，将记忆的信息更加生活化和复杂化，如记忆汽车或是路牌，记忆人脸和名字，记住空间位置等，以帮助工作记忆的训练效果获得更好的迁移。
在人的不同发展阶段结合该阶段的发展任务来设计生活化的训练任务。比如，在儿童阶段（0-6岁）是智力发展的关键期，对儿童的工作记忆和智力的训练需要家长在教育孩子的过程中，多与孩子进行互动玩耍，采用语言、运动和音乐为素材来训练儿童的工作记忆，帮助他们打好智力发展的基础。
青少年时期正处在智力快速发展的阶段，对青少年工作记忆和智力的训练需要我们在学校教育中结合学习任务，培养他们特定学习策略的使用，提高工作记忆水平。比如，口算训练可以很好地提高学生的工作记忆和计算能力；复述策略训练可以提高学生的工作记忆和阅读能力；音乐训练可以很好地提高学生的阅读广度和视空间记忆广度。
成年个体的智力发展已经趋向成熟，想要提高他们的工作记忆能力和智力水平难度相对更大，但仍然可以通过高难度，自适应的工作记忆训练游戏，加强阅读和负责思考等方式提高工作记忆和智力。
到了老年阶段，流体智力逐渐开始衰退，此时工作记忆训练的重点需要转移到保持社交联系，用坚持读书看报，提高生活中的记忆能力等方式保持大脑的活力，防止智力衰退。
采用更加丰富多元的智力测量指标。智力是一个非常复杂的概念，虽然智力测验分数能够在一定程度上代表一个人智力的高低，但是这些测验往往只能测量智力的某些方面，难以全面衡量个体的智力水平，以及在实际学习生活中的表现。因此采用更加丰富多元的智力测量指标对于帮助我们揭示工作记忆训练对智力的提升效果具有更加重要的意义。比如，除了智力测验分数，可以同时采用生活中的认知行为表现、学业成绩、生活质量等指标，来全面衡量工作记忆训练带来的积极变化。
总体来说，一个人的智力是受许多先天遗传和后天环境因素共同作用的结果。工作记忆由于其在人的高级智力活动中的重要作用，成为制约人的智力水平的重要因素。理论分析和初步的实验证据表明，科学地开展工作记忆训练，是提高个体智力水平的一种潜在的有效方法。未来在进一步加强脑科学研究的基础上，逐步尝试在学校教育和家庭生活中开展长期针对性的工作记忆训练，从而更好地促进个体脑与认知能力的发展，并且延缓个体的认知衰退。
— END —
来源｜本文刊于《教育家》杂志2020年6月刊第4期，原标题《提升大脑潜力：工作记忆训练能够提高智力吗？》
作者 | 王思思 / 北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室博士后
薛 贵 / 北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室教授