バデリーのワーキングメモリモデル

バデリーのワーキングメモリモデルは、1974年にアラン・バデリーとグラハム・ヒッチによって提案された人間の記憶モデルであり、一次記憶（短期記憶とも呼ばれる）のより正確なモデルを提示する試みである。ワーキングメモリは、一次記憶を単一の統一された構成要素として考えるのではなく、複数の構成要素に分割する。^[1]

Baddeley と Hitch は、 Atkinson と Shiffrin の「マルチストア」メモリ モデル(1968)の短期ストアの代替として、3 部構成のワーキング メモリ モデルを提案しました。このモデルは後に Baddeley と他の同僚によって拡張され、4 番目のコンポーネントが追加され、ワー​​キング メモリの分野では主流の見解となりました。しかし、ワーキング メモリ システムに対する異なる視点を提供する代替モデルも開発されています。

Baddeley & Hitch の元のモデルは、3 つの主要コンポーネントで構成されていました。中央実行部は監視システムとして機能し、スレーブ システム(音韻ループと視空間スケッチパッド)との間の情報の流れを制御します。音韻ループは言語コンテンツを格納し、視空間スケッチパッドは視空間データに対応します。スレーブ システムは両方とも、短期的なストレージ センターとしてのみ機能します。

Baddeley と Hitch が古いモデルで 2 つの領域固有のスレーブ システムを区別する議論は、二重課題パラダイムの実験結果から導き出されたものです。2 つの異なる知覚領域 (つまり、視覚と言語の課題) を必要とする 2 つの同時課題の実行は、課題を個別に実行する場合とほぼ同じくらい効率的です。対照的に、人が同じ知覚領域を使用する 2 つの課題を同時に実行しようとすると、個別にタスクを実行する場合よりも効率が低くなります。^[2]

バデリーのモデルの4番目の要素は、中央実行システムを補完するために25年後に追加されました。エピソードバッファと呼ばれています。これは、補助システムと長期記憶からの情報を単一のエピソード表現に結合することで、情報の一時的な保存を提供する容量制限システムであると考えられています。^[3]

中枢実行部は、認知プロセスの制御と調整を担う柔軟なシステムです。焦点を定めて情報をターゲットにし、作業記憶と長期記憶を連携させます。認知プロセスを制御し、短期記憶が活発に機能していることを確認し、それが誤った方向に進んだときに介入して注意散漫を防ぐ監視システムと考えることができます。^[4]

以下の機能があります。

• 受信した情報を更新およびコード化し、古い情報を置き換える
• 複数の情報源からの情報を一貫したエピソードにまとめる
• スレーブシステムの調整
• タスクまたは検索戦略間の切り替え
• 抑制、優勢または自動的な反応を抑制する^[4]
• 選択的注意

中枢実行部には、視覚情報のための視空間スケッチパッドと言語情報のための音韻ループという2つの主要なシステムがあります。^[5]

例えば、二重課題パラダイムを用いて、バデリーとエルセスは、アルツハイマー型認知症患者は、個々の課題の難易度が患者の能力に適応している場合でも、複数の課題を同時に実行すると障害を受けることを発見しました。^[6] 2つの課題には、記憶課題と追跡課題が含まれます。個々の動作はうまく完了しますが、患者のアルツハイマー病が顕著になるにつれて、2つ以上の動作を実行することがますます困難になります。この研究は、アルツハイマー病患者の中枢実行機能の低下を示しています。^[7]

実行機能に関する最近の研究では、「中枢」実行機能はバデリーとヒッチのモデルで考えられていたほど中枢的ではないことが示唆されている。むしろ、個人間で大きく独立して変化する個別の実行機能があり、脳損傷によって選択的に損なわれたり、損なわれなかったりする可能性があるようだ。^[8]

音韻ループ（または調音ループ）は、全体として音または音韻情報を扱います。音韻ループは、急速に減衰する聴覚記憶痕跡を含む短期音韻記憶と、記憶痕跡を復活させることができる調音リハーサル要素（調音ループと呼ばれることもあります） の 2 つの部分で構成されます。

聴覚言語情報は、音韻記憶に自動的に入力されると考えられています。視覚的に表現された言語は、無音の発音によって音韻コードに変換され、音韻記憶にエンコードされます。この変換は、調音制御プロセスによって促進されます。音韻記憶は「内耳」として機能し、発声音を時間順に記憶します。一方、調音プロセスは「内なる声」として機能し、一連の単語（またはその他の発声要素）をループで繰り返して、それらが減衰するのを防ぎます。音韻ループは、特に幼児期の語彙の習得において重要な役割を果たす可能性があります。^[9]また、第二言語の習得にも不可欠です。

音韻ループの証拠となる主な 5 つの発見は次のとおりです。

1. 音韻類似性の影響：
   似た発音の単語のリストは、異なる発音の単語のリストよりも覚えにくい。意味の類似性（意味の類似性）は比較的影響が少なく、言語情報は作業記憶内で主に音韻的にコード化されているという仮説を裏付けている。^[10]
2. 発音抑制の影響：
   無関係なことを声に出して言うように求められると、言語的内容の記憶が損なわれる。これは発音リハーサルのプロセスをブロックし、音韻ループ内の記憶痕跡を減衰させると考えられている。^[11]
3. コード間の情報伝達：
   視覚的に提示された項目の場合、大人は通常、その項目を名前で呼び、声に出さずに復唱するため、情報は視覚的コードから聴覚的コードに伝達されます。調音抑制はこの伝達を妨げ、その場合、視覚的に提示された項目に対する上記の音韻類似性の効果は消去されます。^[12]
4. 神経心理学的証拠：
   音韻記憶の欠陥は、音韻短期記憶の特定の欠陥を持つ患者の行動を説明する。発達性言語障害を伴う失語症患者は、調音リハーサル過程の欠陥により、発音に必要な発話運動コードを設定できない。^[13]
5. 一方、発話障害が二次的な構音障害患者は、リハーサル能力が正常である。これは、発声下でのリハーサルが重要であることを示唆している。^[14]

数十年にわたる文献の蓄積は、音韻的 STS 理論を強力にサポートしてきました。1971 年の研究で、スティーブン マディガンは、リストを視覚ではなく聴覚的に提示された場合、順方向連続想起中により大きな近親効果が見られることを実証しました。(逆方向連続想起ではより小さな効果が見られます。) ^[15]彼の研究では、聴覚提示によって、最も最近学習した項目の想起が向上しました。キャサリン ペニーはこの発見を拡張し、モダリティ効果は自由想起タスクの場合にも見られることを観察しました。^[16] 1965 年、ダレットは、この観察されたモダリティ効果は、提示されたリストに「接尾辞」項目を追加することによって大幅に減少することを発見しました。この接尾辞は、想起されるべきではない妨害項目です。^[17]ロバート グリーンは、1987 年にこの観察を利用して、この接尾辞効果が視覚ではなく聴覚的に学習されたリストに大きな影響を与えることを発見しました。^[18]これらの研究結果を総合すると、最近学習した項目を音韻的に記憶する短期記憶が存在するという理論が強く支持される。さらに、ブルームとワトキンスは、接尾辞が言語音として解釈されない場合、接尾辞の効果は大幅に減少することを発見した。これは、非言語的な妨害要因によってほとんど影響を受けないため、音韻的短期記憶理論と一致する。^[19]

アラン・バデリーのワーキングメモリ理論には、短期的に記憶を保管できるという別の側面がある。視覚空間スケッチパッドは、視覚情報を操作するために保管する記憶装置である。^[20] 視覚空間スケッチパッドは、音韻ループの短期処理を妨げないという点で、ワーキングメモリの独自の記憶装置であると考えられている。研究では、視覚空間スケッチパッドは音韻ループと同時に機能して、聴覚刺激と視覚刺激の両方を処理し、どちらの処理も他方の有効性に影響を与えることがないことがわかっている。^{[21]バデリーは、この現象を説明するために、}短期記憶 の理論をワーキングメモリとして再定義した。短期記憶の元の理論では、人は即時の情報処理の記憶装置を 1 つしか持たず、非常に短い時間、時には数秒の間に保管できる項目は合計 7 項目プラスマイナス 2 項目だけであると理解されている。数字スパンテストは、古典的に定義された短期記憶の測定の完璧な例である。本質的には、7プラスマイナス2項目を数分以内に既存の関連性を見つけて長期記憶に転送することでエンコードできない場合、その情報は失われ、エンコードされません。^[22]

しかし、視覚空間短期記憶は、視覚情報や空間情報を短期間に保持することができます。^[22] この記憶が使用されているとき、人は空間の見当識に関する複雑または困難なタスクで操作できる精神的なイメージを瞬間的に作成して再訪することができます。脳の損傷の種類によって、このようなことが起こる脳の領域に差異がある人もいます。^[21]また、視覚感覚記憶などの一時的な記憶の違いについても誤解がある可能性があります。一時的な記憶は、単につかの間の感覚記憶です。したがって、視覚感覚記憶は感覚記憶の一種であるため、情報の保存場所がありますが、保存期間は 1 秒程度です。視覚感覚記憶の一般的な影響は、実際にはそこになかったものを見たことを思い出したり、視界にあった特定のものを覚えていなかったりすることです。記憶は瞬間的なもので、数秒以内に注意を払わなければ消えてしまいます。^[20]

脳には、視覚空間スケッチパッドとして包括的に知られているものの異なる機能を制御する 2 つの異なる経路があります。スケッチパッドは、空間短期記憶とオブジェクト メモリで構成されています。空間短期記憶は、他のオブジェクトと比較して自分が「どこに」いるかを学び、記憶する方法です。視覚空間スケッチパッドのオブジェクト メモリは、オブジェクトが「何」であるかを学び、記憶するために不可欠です。^[22] これらの 2 つの異なる視覚能力の違いは、主に脳内の各能力の異なる経路によるものです。環境に対する、および環境内での人の空間表現を検出する脳の視覚経路は、背側ストリームです。オブジェクトの形状、サイズ、色、およびその他の明確な特徴を決定する視覚経路は、腹側ストリームと呼ばれます。^[21]これらの 2 つのストリームはそれぞれ独立して実行されるため、視覚システムは、一方を他方なしで処理することも (たとえば脳損傷の場合など)、両方を同時に処理することもできます。 2 つのストリームは相互に依存していないため、一方が操作的に機能している場合でも、もう一方は情報を送信できます。

Logie は、視空間スケッチパッドをさらに 2 つのコンポーネントに分割できると提案しています。

1. 形状と色に関する情報を保存する視覚キャッシュ。
2. 内部の筆記者は空間情報と運動情報を扱います。また、視覚キャッシュ内の情報をリハーサルし、中央実行部に情報を転送します。^[23]

3 つの主な発見は、視空間スケッチパッドの視覚部分と空間部分の区別を証明するものです。

1. 視覚課題と空間課題の間の干渉は、2つの視覚課題間または2つの空間課題間の干渉よりも少ない。^[24]
2. 脳損傷は、他の要素に影響を与えずに、一方の要素に影響を及ぼすことがある。^[25]
3. 脳画像研究の結果によると、視覚的な物体を扱う作業記憶課題では主に左半球の領域が活性化されるのに対し、空間情報を扱う課題では右半球の領域がより多く活性化されることが示されています。^[26]

2000年にバデリーは、このモデルにエピソードバッファという4番目の要素を追加しました。この要素は容量が限られた受動的なシステムで、^{[27]物語や映画のシーンの記憶のように、視覚、空間、言語情報を時間的順序（またはエピソード的な時系列[27]} ）で統合した単位を形成するために、ドメイン間で情報をリンクすることに専念しています。エピソードバッファは、長期記憶や意味的意味へのリンクも持つと想定されています。^[3]

エピソードバッファは「ワーキングメモリの構成要素間のバッファストアとして機能するだけでなく、ワーキングメモリを知覚や長期記憶にリンクさせる」。^[27]バデリーは「バッファからの取り出しは意識的な認識を通じて行われる」と仮定している。^[27]これにより、個人は既に持っている情報の統合された単位を使用して新しい概念を想像することができる。これは「注意を必要とするプロセスである可能性が高いため...バッファは中央実行部に大きく依存する」。^[27]

このコンポーネントを導入した主な動機は、健忘症の患者の中には（特に非常に知能の高い）長期記憶に新しい情報をエンコードする能力がないと思われる患者がいるにもかかわらず、物語の短期的な記憶は良好で、音韻ループに保持できるよりもはるかに多くの情報を思い出すことができるという観察であった。^[28]「エピソードバッファーは、結合された特徴を保存し、意識的に認識できるようにする能力があるが、結合のプロセス自体には関与していないようだ」^[29]

「音韻ループやスケッチパッドへの意識的なアクセスは、バッファを介して行われる可能性がある」と想定されている。^[30]これは、視覚空間スケッチパッドと音韻ループの両方が、それぞれの感覚領域内で情報を結合するマイナーバッファとして機能するという仮定に基づいています。エピソードバッファは、嗅覚や味覚とも相互作用する可能性があります。^[30]

短期記憶バッファは長期記憶とは別物であるという証拠は数多くある。音韻ループは左半球、具体的には側頭葉の活性化と関係しているようだ。視空間スケッチパッドは課題の難易度に応じて異なる領域を活性化する。あまり激しくない課題は後頭葉で活性化し、より複雑な課題は頭頂葉で活性化するようだ。中枢実行部は未だ謎に包まれているが、多かれ少なかれ脳の前頭葉にあるようだ。エピソードバッファは両半球（両側）にあり、前頭葉と側頭葉の両方、さらには海馬の左側部分でも活性化しているようだ。^[31]遺伝学の観点では、遺伝子ROBO1 が音韻バッファの完全性または長さと関連している。^{[32] [33]}

Baddeley のモデルの強みは、短期記憶と作業記憶に関する研究から得られた多数の知見を統合できることです。さらに、スレーブ システムのメカニズム、特に音韻ループは、実験心理学、神経心理学、認知神経科学の分野で多くの研究に影響を与えてきました。

しかし、音韻ループ要素などについては、7±2ルールに関する論争を含め、発見の詳細のいくつかは元のバデリーとヒッチのモデルでは簡単に説明できないため、批判も提起されている。^{[34] [35]}

エピソードバッファはワーキングメモリモデルへの有用な追加として見られているが、広範囲に研究されておらず、その機能は不明のままである。^[36]

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