작업 기억

3. 이론적 모델

작업 기억은 정보를 일시적으로 저장할 수 있는 제한된 능력을 가진 인지 시스템이다.^[201] 작업 기억은 추론과 의사 결정 및 행동 지침에 중요하다.^[202][203] 작업 기억은 종종 단기 기억과 동의어로 혼동해서는 안되며 일부 전문가들은 작업 기억이 저장된 정보의 조작을 허용한다고 가정하여 두 가지 형태의 기억을 구별하는 반면 단기 기억은 정보의 단기 저장만을 의미한다고 가정한다.^[202][204]작업 기억은 인지 심리학, 신경 심리학(neuropsychology) 및 신경 과학의 중심이 되는 이론적 개념이다.

작업 기억이 어떻게 작동하는지에 대해서는 해부학적으로도 인지과학적으로도 다양한 모델이 제안되어 왔다. 그중, 다음에 열거하는 3가지 모델은 특히 널리 알려져 있다.

• '''다중 구성 요소 모델 (배들리 & 히치)'''

• '''장기 기억의 일부로서의 작업 기억 (코완, 오버아워)'''

• '''장기 작업 기억 (에릭슨 & 킨치)'''

3. 1. 다중 구성 요소 모델 (배들리 & 히치)

3. 1. 1. 중앙 집행기

3. 1. 2. 음운 루프

3. 1. 3. 시공간 스케치패드

3. 1. 4. 에피소드 버퍼

3. 2. 장기 기억의 일부로서의 작업 기억 (코완, 오버아워)

3. 2. 1. 활성화된 장기 기억

3. 2. 2. 주의 집중 초점

3. 2. 3. 단일 항목 초점 (오버아워)

3. 3. 장기 작업 기억 (에릭슨 & 킨치)

4. 용량

작업 기억은 제한된 용량을 갖는 것으로 널리 알려져 있다. 단기 기억과 관련된 용량 제한에 대한 초기 정량화는 1956년 밀러가 제안한 "마법의 숫자 7"이었다.^[20] 밀러는 젊은 성인의 정보 처리 용량이 숫자, 문자, 단어 또는 기타 단위와 관계없이 약 7개의 요소, 즉 "청크"라고 주장했다. 이후 연구에 따르면 이 숫자는 사용된 청크의 범주(예: 숫자는 약 7개, 문자는 6개, 단어는 5개)와 범주 내 청크의 특징에 따라 달라진다. 예를 들어, 주의 지속 시간은 짧은 단어보다 긴 단어에서 더 짧다. 일반적으로, 언어 내용(숫자, 문자, 단어 등)에 대한 기억 범위는 내용의 음운 복잡성(즉, 음소의 수, 음절의 수)^[21]와 내용의 어휘 상태(내용이 그 사람에게 알려진 단어인지 여부)^[22]에 따라 달라진다. 사람의 측정된 범위에 영향을 미치는 다른 요인도 여러 가지가 있으므로 단기 기억 또는 작업 기억의 용량을 청크 수로 고정하기 어렵다. 그럼에도 불구하고 코완은 작업 기억이 젊은 성인에서 약 4개의 청크의 용량을 갖는다고 제안했다(어린이와 노인에서는 더 적음).^[23]

조지 스펄링(George Sperling)이 청킹 효과를 배제함으로써 작업 기억의 용량은 3~4임이 확인되었다.^[174]

긴 단어보다 짧은 단어를 더 많이 기억할 수 있다는 현상(어장 효과)도 각 단어를 기억하는 데 필요한 작업 기억 용량의 차이로 설명될 수 있다(이 해석에는 이견도 있다).^[181] 일반적으로 언어적 소재(숫자, 문자, 단어)의 기억 용량은 그 사람이 그 소재를 소리내어 읽을 때 걸리는 시간과 관련이 있다고 생각되며, 소재에 대한 지식 상태(그 단어를 알고 있는지)에도 의존한다.^[182] 코완(Cowan, 2001)^[183]에 따르면, 엄격한 조건 통제를 하거나 적절한 추정법을 사용함으로써 겉보기 기억 성적을 늘리는 요인을 최대한 배제하면, 젊은 성인의 순수한 단기 기억 용량은 약 4청크가 된다(어린이나 고령자에서는 이보다 적다는 보고도 있다).^[184]

작업 기억은 제한된 용량을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 초기에는 이러한 용량 제한을 마법의 숫자 7로 정량화했다.^[20] 밀러는 정보 처리 용량이 숫자, 문자, 단어 등 단위와 관계없이 약 7개의 "청크"라고 주장했다. 그러나 이후 연구에 따르면 이 숫자는 청크의 범주(예: 숫자는 약 7개, 문자는 6개, 단어는 5개)와 특징에 따라 달라진다.^[21] 예를 들어, 짧은 단어가 긴 단어보다 주의 지속 시간이 더 길다. 언어 내용(숫자, 문자, 단어 등)의 기억 범위는 음운 복잡성(음소 수, 음절 수)^[21]과 어휘 상태(그 사람에게 알려진 단어인지 여부)^[22]에 따라 달라진다.

이처럼 측정 범위에 영향을 미치는 요인이 다양하기 때문에 단기 기억 또는 작업 기억 용량을 청크 수로 고정하기는 어렵다. 그럼에도 불구하고, 코완은 작업 기억이 젊은 성인에서 약 4개의 청크 용량을 갖는다고 제안했다(어린이와 노인은 더 적음).^[23]

대부분의 성인이 약 7개의 숫자를 정확한 순서로 반복할 수 있지만, 일부 개인은 최대 80개의 숫자까지 기억하는 경우도 있다. 이는 목록의 숫자를 그룹화하고(보통 3~5개) 이러한 그룹을 단일 단위(청크)로 인코딩하는 전략을 훈련하면 가능하다. 이를 위해서는 그룹을 알려진 숫자 문자열로 인식해야 한다. 예를 들어, 에릭슨과 그의 동료들이 연구한 한 사람은 스포츠 역사에서 경주 시간에 대한 지식을 사용했다. 이러한 청크는 고차원 청크로 결합되어 계층 구조를 형성할 수 있었다. 이 방식에서는 최상위 수준의 일부 청크만 작업 기억에 유지하고, 검색을 위해 청크를 언팩한다. 즉, 작업 기억의 청크는 포함된 숫자를 가리키는 검색 단어로 작용한다. 이러한 기억 기술 연습은 작업 기억 용량을 확장하는 것이 아니라, 에릭슨과 킨치(1995; 고베와 사이먼, 2000 참조)^[28]에 따르면 장기 기억에서 정보를 전송(및 검색)하는 능력을 향상시킨다.

조지 스펄링(George Sperling)은 청킹 효과를 배제함으로써 작업 기억의 용량은 3~4임이 확인되었다.^[174] 긴 단어보다 짧은 단어를 더 많이 기억할 수 있다는 현상(어장 효과)도 각 단어를 기억하는 데 필요한 작업 기억 용량의 차이로 설명될 수 있다(이 해석에는 이견도 있다).^[181] 일반적으로 언어적 소재(숫자, 문자, 단어)의 기억 용량은 그 사람이 그 소재를 소리내어 읽을 때 걸리는 시간과 관련이 있다고 생각되며, 소재에 대한 지식 상태(그 단어를 알고 있는지)에도 의존한다.^[182] 코원(Cowan, 2001)^[183]에 따르면, 엄격한 조건 통제를 하거나 적절한 추정법을 사용함으로써 겉보기 기억 성적을 늘리는 요인을 최대한 배제하면, 젊은 성인의 순수한 단기 기억 용량은 약 4청크가 된다(어린이나 고령자에서는 이보다 적다는 보고도 있다).^[184]

작업 기억은 제한된 용량을 갖는 것으로 널리 알려져 있다. 단기 기억과 관련된 용량 제한에 대한 초기 정량화는 1956년 밀러가 제안한 "마법의 숫자 7"이었다.^[20] 밀러는 젊은 성인의 정보 처리 용량이 숫자, 문자, 단어 또는 기타 단위와 관계없이 약 7개의 요소, 즉 "청크"라고 주장했다. 이후 연구에 따르면 이 숫자는 사용된 청크의 범주(예: 숫자는 약 7개, 문자는 6개, 단어는 5개)와 범주 내 청크의 특징에 따라 달라진다. 예를 들어, 주의 지속 시간은 짧은 단어보다 긴 단어에서 더 짧다. 일반적으로, 언어 내용(숫자, 문자, 단어 등)에 대한 기억 범위는 내용의 음운 복잡성(즉, 음소의 수, 음절의 수)^[21]와 내용의 어휘 상태(내용이 그 사람에게 알려진 단어인지 여부)^[22]에 따라 달라진다. 사람의 측정된 범위에 영향을 미치는 다른 요인도 여러 가지가 있으므로 단기 기억 또는 작업 기억의 용량을 청크 수로 고정하기 어렵다. 그럼에도 불구하고 코완은 작업 기억이 젊은 성인에서 약 4개의 청크의 용량을 갖는다고 제안했다(어린이와 노인에서는 더 적음).^[23]

시각 영역에서 일부 연구는 작업 기억에 보관할 수 있는 항목의 총 수와 관련하여 고정된 용량 제한이 없다고 보고한다. 대신, 결과는 기억에 보존된 항목 간에 유연하게 공유될 수 있는 제한된 자원을 주장하며(자원 이론에서 아래 참조), 주의 초점에 있는 일부 항목에 더 많은 자원이 할당되고 더 정확하게 회상된다.^{[24][25][26][27]}

대부분의 성인이 약 7개의 숫자를 정확한 순서로 반복할 수 있는 반면, 일부 개인은 최대 80개의 숫자까지 인상적인 숫자 범위를 확장했다. 이 기량은 목록의 숫자를 그룹화하고(일반적으로 3~5개 그룹) 이러한 그룹을 단일 단위(청크)로 인코딩하는 인코딩 전략에 대한 광범위한 훈련을 통해 가능하다. 이것이 성공하려면 참가자는 그룹을 알려진 숫자 문자열로 인식할 수 있어야 한다. 예를 들어, 에릭슨과 그의 동료들이 연구한 한 사람은 청크를 코딩하는 과정에서 스포츠 역사에서 얻은 경주 시간에 대한 광범위한 지식을 사용했다. 몇 개의 이러한 청크는 고차원 청크로 결합되어 청크의 계층 구조를 형성할 수 있었다. 이러한 방식으로 계층 구조의 최상위 수준에서 일부 청크만 작업 기억에 유지해야 하며, 검색을 위해 청크는 언팩된다. 즉, 작업 기억의 청크는 포함된 숫자를 가리키는 검색 단어로 작용한다. 이러한 기억 기술을 연습하는 것은 작업 기억 용량을 확장하지 않는다. 즉, 에릭슨과 킨치(1995; 또한 고베와 사이먼, 2000 참조^[28])에 따르면 장기 기억에서 정보를 전송(및 검색)할 수 있는 능력이 향상된다.

작업 기억은 일반적으로 용량에 한계가 있는 것으로 여겨진다. 단기 기억에 관한 용량 한계라는 생각을 구체화한 것으로는 밀러(Miller, 1956)의 "마법의 숫자 7±2"가 있다.^[180][174] 이 논문에 따르면 숫자나 단어를 기억할 때 사람이 기억할 수 있는 양은 "청크"라고 불리는 덩어리로 나타내면 7±2개의 범위에 수렴한다고 하였다. 이후 조지 스펄링(George Sperling)이 청킹 효과를 배제함으로써 작업 기억의 용량은 3~4임이 확인되었다.^[174]

긴 단어보다 짧은 단어를 더 많이 기억할 수 있다는 현상(어장 효과)도 각 단어를 기억하는 데 필요한 작업 기억 용량의 차이에 의해 설명될 수 있다(이 해석에는 이견도 있다).^[181] 일반적으로 언어적 소재(숫자, 문자, 단어)의 기억 용량은 그 사람이 그 소재를 소리내어 읽을 때 걸리는 시간과 관련이 있다고 생각되며, 소재에 대한 지식 상태(그 단어를 알고 있는지)에도 의존한다.^[182] 그 외에도 용량에 영향을 미치는 요인이 있으며, 인간의 작업 기억이나 단기 기억의 청크 수를 구체적으로 정량화하기는 어렵다. 코완(Cowan, 2001)^[183]에 따르면, 엄격한 조건 통제를 하거나 적절한 추정법을 사용함으로써 겉보기 기억 성적을 늘리는 요인을 최대한 배제하면, 젊은 성인의 순수한 단기 기억 용량은 약 4청크가 된다(어린이나 고령자에서는 이보다 적다는 보고도 있다).^[184]

작업 기억의 자원 이론은 작업 기억의 용량이 작업 기억에 동시에 유지되어야 하는 모든 표상들 사이에서 공유되어야 하는 제한된 자원이라고 가정한다.^[24] 일부 자원 이론가들은 유지와 동시 처리가 동일한 자원을 공유한다고 가정하기도 한다.^[40] 이는 유지 작업이 일반적으로 동시 처리 요구에 의해 손상되는 이유를 설명할 수 있다. 자원 이론은 색상이나 막대의 방향과 같은 간단한 시각적 특징에 대한 작업 기억 검사에서 얻은 데이터를 설명하는 데 매우 성공적이었다. 현재 진행 중인 논쟁은 자원이 작업 기억 내의 임의의 항목 수로 세분될 수 있는 연속적인 양인지, 아니면 각각 하나의 기억 항목에 할당될 수 있는 소수의 개별 "슬롯"으로 구성되어 있어서 약 3개의 항목만 작업 기억에 유지될 수 있는지 여부이다.^[48]

4. 1. 제한된 용량

4. 1. 1. 청킹(Chunking)

4. 1. 2. 영향 요인

4. 2. 자원 이론

5. 측정 및 상관 관계

작업 기억 능력은 다양한 과제를 통해 테스트할 수 있다. 일반적으로 사용되는 측정 방법은 기억 범위 측정과 동시 처리 과제를 결합한 이중 과제 패러다임으로, 때로는 "복합 범위"라고 불린다. Daneman과 Carpenter는 1980년에 이러한 종류의 과제의 첫 번째 버전인 "독해 범위"를 개발했다.^[29] 대상자들은 여러 문장(보통 2개에서 6개 사이)을 읽고 각 문장의 마지막 단어를 기억하려고 했다. 문장 목록이 끝나면 단어들을 정확한 순서대로 다시 말했다. 이러한 이중 과제 특성이 없는 다른 과제들도 작업 기억 능력의 좋은 측정 방법으로 나타났다.^[30] Daneman과 Carpenter는 작업 기억 능력을 측정하려면 "저장"(유지)과 처리를 결합해야 한다고 믿었지만, 현재 우리는 추가 처리 구성 요소가 없는 단기 기억 과제로 작업 기억 능력을 측정할 수 있다는 것을 알고 있다.^[31][32] 반대로, 정보 유지를 포함하지 않는 특정 처리 과제로도 작업 기억 능력을 측정할 수 있다.^[33][34] 과제가 작업 기억 능력의 좋은 측정 방법으로 간주되려면 어떤 특징을 가져야 하는지에 대한 질문은 현재 진행 중인 연구 주제이다.

최근 시각 작업 기억에 대한 여러 연구에서 지연된 반응 과제를 사용했다. 이러한 과제는 시각적 변화 감지 과제에서 자주 사용되는 이진(정답/오답) 회상 방법 대신 연속 공간에서 아날로그 응답을 사용한다. 지연된 재현 과제는 참가자들에게 기억 배열과 프로브 배열 사이의 변화 발생 여부를 묻는 대신, 객체의 위치, 방향 또는 색상과 같은 시각적 특징의 정확한 품질을 재현하도록 요구한다.^{[24][25][26][27]} 또한, 객체와 색상 내의 시각적 지각을 결합하여 정교화를 통해 기억 전략을 개선하여 작업 기억 능력 내에서 강화를 생성할 수 있다.^[35]

작업 기억 능력의 측정은 읽기 이해력, 문제 해결 및 지능 지수 측정과 같은 다른 복잡한 인지 과제의 수행과 강력한 관련이 있다.^[36]

일부 연구자들은^[37] 작업 기억 능력이 방해적인 관련 없는 정보에도 불구하고 여러 작업 관련 표현을 유지하는 능력, 즉 집행 기능의 효율성을 반영한다고 주장해 왔다. 그리고 이러한 과제는 특히 다른 사건이 주의를 사로잡을 때, 주의를 집중하고 유지하는 능력에서 개인차를 반영하는 것으로 보입니다. 작업 기억과 집행 기능은 모두 전두엽 영역에 강하게 의존하지만, 전적으로 의존하는 것은 아니다.^[38]

다른 연구자들은 작업 기억 능력이 요소 간의 관계를 정신적으로 형성하거나 주어진 정보의 관계를 파악하는 능력으로 더 잘 특징지어진다고 주장해 왔다. 이 아이디어는 Graeme Halford를 비롯한 여러 사람들에 의해 발전되었으며, 변수 간의 통계적 상호 작용을 이해하는 우리의 제한된 능력으로 이를 설명했다.^[39] 이 저자들은 사람들에게 여러 변수 간의 관계에 대한 서면 진술을 동일하거나 다른 관계를 설명하는 그래프와 비교하도록 요청했다. 예를 들어 "케이크가 프랑스산이면 초콜릿으로 만들었을 때 크림으로 만들었을 때보다 설탕이 더 많지만, 케이크가 이탈리아산이면 크림으로 만들었을 때 초콜릿으로 만들었을 때보다 설탕이 더 많다"라는 문장이 있다. 이 진술은 세 가지 변수(국가, 재료 및 설탕량) 간의 관계를 설명하며, 이는 대부분의 개인이 이해할 수 있는 최대값이다. 여기서 분명히 나타나는 능력 제한은 기억 제한이 아니라(모든 관련 정보를 지속적으로 볼 수 있음) 동시에 구별되는 관계의 수에 대한 제한이다.

5. 1. 측정 방법

5. 2. 상관 관계

6. 실험 연구

작업 기억 용량 제한의 본질에 대한 몇 가지 가설이 존재한다. 하나는 표상을 활성 상태로 유지하여 처리에 사용할 수 있도록 하고, 프로세스를 수행하기 위해 제한된 인지 자원 풀이 필요하다는 것이다.^[40] 또 다른 가설은 작업 기억 속의 기억 흔적이 반추를 통해 새로 고쳐지지 않으면 몇 초 안에 소멸하며, 반추 속도가 제한되어 있기 때문에 제한된 양의 정보만 유지할 수 있다는 것이다.^[41] 또 다른 아이디어는 작업 기억에 보관된 표상들이 서로 간섭한다는 것이다.^[42]

'''감쇠'''는 단기 기억 또는 작업 기억의 내용이 시간이 지남에 따라 사라진다는 이론이다. 이는 리허설을 통해 방지되지 않는 한, 단기 기억에 대한 초기 실험 연구에서부터 제기된 가정이다.^[43][44] 감쇠는 작업 기억의 다중 구성 요소 이론에서도 중요한 가정으로 작용한다.^[45]

현재까지 가장 정교한 감쇠 기반 작업 기억 이론은 "시간 기반 자원 공유 모델"이다.^[46] 이 모델에 따르면 작업 기억 속의 표상은 새로 고침되지 않으면 감쇠된다. 표상을 새로 고치려면 동시 처리 작업에도 필요한 주의 메커니즘이 요구된다. 처리 작업에 주의가 필요하지 않은 짧은 시간 간격이 생기면, 이 시간을 활용하여 기억 흔적을 새로 고칠 수 있다.

이 이론은 망각의 정도가 처리 작업의 주의 요구의 시간적 밀도, 즉 "인지 부하"에 따라 달라진다고 예측한다. 인지 부하는 처리 작업이 개별 단계를 수행해야 하는 속도와 각 단계의 지속 시간, 이 두 가지 변수에 의해 결정된다. 예를 들어, 숫자를 더하는 처리 작업에서 0.5초마다 숫자를 더하는 것은 2초마다 더하는 것보다 시스템에 더 높은 인지 부하를 가하게 된다. 일련의 실험에서 바루일레와 동료들은 문자 목록에 대한 기억이 처리 단계의 수나 총 처리 시간이 아닌, 인지 부하에 달려있음을 입증하였다.^[47]

'''자원 이론'''은 작업 기억의 용량이 작업 기억에 동시에 유지되어야 하는 모든 표상들 사이에서 공유되어야 하는 제한된 자원이라고 가정한다.^[24] 일부 자원 이론가들은 유지와 동시 처리가 동일한 자원을 공유한다고 가정하기도 한다.^[40] 이는 유지 작업이 일반적으로 동시 처리 요구에 의해 손상되는 이유를 설명할 수 있다. 자원 이론은 색상이나 막대의 방향과 같은 간단한 시각적 특징에 대한 작업 기억 검사에서 얻은 데이터를 설명하는 데 매우 성공적이었다.^[24]

현재 진행 중인 논쟁은 자원이 작업 기억 내의 임의의 항목 수로 세분될 수 있는 연속적인 양인지, 아니면 각각 하나의 기억 항목에 할당될 수 있는 소수의 개별 "슬롯"으로 구성되어 있어서 약 3개의 항목만 작업 기억에 유지될 수 있는지 여부이다.^[48]

이론가들은 여러 형태의 '''간섭'''에 대해 논의해 왔다. 가장 오래된 아이디어 중 하나는 새로운 항목이 작업 기억에서 오래된 항목을 단순히 대체한다는 것이다. 간섭의 또 다른 형태는 회상 경쟁이다. 예를 들어, 작업이 7개의 단어 목록을 순서대로 기억하는 것이라면, 첫 번째 단어부터 회상을 시작해야 한다. 첫 번째 단어를 회상하려고 할 때, 근접하게 표현된 두 번째 단어도 우연히 함께 회상되고, 두 단어는 회상되기 위해 경쟁한다. 일련의 회상 작업에서의 오류는 종종 기억 목록에서 인접한 항목의 혼동(소위 전치)이며, 이는 회상 경쟁이 목록을 순서대로 회상하는 능력, 아마도 다른 작업 기억 과제에서도 제한하는 역할을 한다는 것을 보여준다. 세 번째 형태의 간섭은 중첩에 의한 표현의 왜곡이다. 여러 표현이 서로 위에 더해질 때, 각 표현은 다른 모든 표현의 존재로 인해 흐려진다.^[49] 일부 저자가 가정하는 네 번째 형태의 간섭은 특징 덮어쓰기이다.^[50][51] 이 아이디어는 작업 기억의 각 단어, 숫자 또는 기타 항목이 특징 묶음으로 표현되며, 두 항목이 일부 특징을 공유할 때, 그중 하나가 다른 항목으로부터 특징을 훔친다는 것이다.

6. 1. 감쇠 이론

6. 2. 자원 이론

6. 3. 간섭 이론

7. 발달

작업 기억의 용량은 아동기에 걸쳐 점차 증가하고,^[56] 노년기에는 점차 감소한다.^[57]

신 피아제 학파의 연구를 시작으로,^[58][59] 이론가들은 작업 기억 용량의 증대가 인지 발달의 주요 원동력이라고 주장해왔다. 이 가설은 작업 기억 용량이 아동기의 인지 능력의 강력한 예측 변수임을 보여주는 연구를 통해 상당한 실증적 지지를 받았다.^[60] 한 연령대의 작업 기억 용량이 나중 연령대의 추론 능력을 예측한다는 종단 연구는 발달에 대한 작업 기억의 역할에 대한 강력한 증거를 제시한다.^[61] 신 피아제 학파의 연구는 해결책을 위해 동시에 고려해야 하는 항목 또는 관계의 수 측면에서 인지 과제의 복잡성을 분석하여 이러한 그림에 기여했다. 광범위한 과제에서, 아이들은 주어진 연령에 처리할 수 있는 복잡성을 작업 기억 용량이 제한한다는 관점과 일치하게, 거의 같은 연령에 동일한 수준의 복잡성을 가진 과제 버전을 처리한다.^[62] 한 실험에서는 언어 과정에 관한 연구에서 도출된 용량 한계에 대한 복잡성 감소가, 언어 장애가 있는 아동의 용량에 미치는 영향을 제시하며, 연령이 일치하는 또래보다 낮은 성과를 보였다는 상관 관계를 보였다. 기억 저장 결손과 이러한 언어 장애 사이의 상관 관계는 언어 장애의 원인으로, 또는 언어 장애의 원인으로 간주될 수 있지만, 정보를 반복할 수 있는 능력의 결손을 완전히 시사하지는 않았다.^[63]

신경과학 연구는 아동이 다양한 작업 기억 과제를 수행하기 위해 전전두엽 피질에 의존한다는 주장을 뒷받침하지만, n-back 과제를 수행하는 아동과 성인을 비교한 fMRI 메타 분석은 아동의 일관된 전전두엽 피질 활성의 부족을 보여주었고, 반면 섬엽 피질 및 소뇌를 포함한 후방 영역은 손상되지 않은 상태로 남아있었다.^[64]

7. 1. 아동기

7. 2. 노년기

8. 훈련

토르켈 클링베르크가 처음 수행한 연구를 포함한 일부 연구에서는 ADHD를 가진 사람들의 작업 기억이 훈련을 통해 향상될 수 있음을 시사한다.^[80] 이 연구는 일정 기간의 작업 기억 훈련이 다양한 인지 능력을 향상시키고 IQ 검사 점수를 높인다는 것을 발견했다.^[80] 같은 연구진의 또 다른 연구^[81]는 훈련 후 작업 기억과 관련된 뇌 활동이 전전두피질에서 증가했으며, 이는 많은 연구자들이 작업 기억 기능과 연관 짓는 영역임을 보여주었다. 한 연구에서는 작업 기억 훈련이 시험 대상의 전전두피질 및 두정엽 도파민 수용체 (구체적으로, DRD1)의 밀도를 증가시킨다는 것을 보여주었다.^[82] 그러나 동일한 훈련 프로그램을 사용한 후속 실험에서는 혼합된 결과를 보였으며, 어떤 실험에서는 훈련이 인지 수행에 미치는 긍정적인 영향을 성공적으로 재현했지만, 다른 실험에서는 재현에 실패했다.^[83]

작업 기억 과제 (이중 n-back 과제)를 통한 훈련이 건강한 젊은 성인의 유동적 지능 검사 수행 능력을 향상시켰다는 연구 결과도 발표되었다.^[84] n-back 과제를 통한 훈련으로 유동적 지능이 향상되는 효과는 2010년에 재현되었지만,^[85] 2012년에 발표된 두 개의 연구에서는 이러한 효과를 재현하지 못했다.^[86][87]

작업 기억 훈련의 효과에 대한 약 30개의 실험 연구를 종합한 증거는 여러 메타 분석에 의해 평가되었다.^[88][89] 이러한 메타 분석의 저자들은 작업 기억 훈련이 지능을 향상시키는지 여부에 대한 결론에서 의견이 일치하지 않는다. 그러나 이러한 메타 분석에서는 결과 측정치가 멀리 떨어져 있을수록 인과 관계가 약해진다는 점에 동의한다. 즉, 작업 기억 훈련은 거의 항상 작업 기억, 종종 주의력, 때로는 학업 성적을 향상시키지만, 효과의 성공적인 전이와 실패한 전이 사이의 정확한 상황이 무엇인지에 대한 질문은 여전히 남아있다.^[90][83]

최근 연구에 따르면, 작업 기억 훈련을 통해 개선할 수 있음이 시사되었다(Klingberg et al., 2002)^[188]。 훈련 후, 작업 기억과 관련된 뇌의 활동이 전두피질 등에서 증가한 것이 연구를 통해 밝혀졌다(전두피질은 많은 연구자들이 작업 기억 기능과 관계가 있다고 생각하는 부위이다)(Olesen et al., 2004)^[189]。 이 논문은 뇌의 가소적 변화를 성인에게서 처음으로 과학적 사실로 밝힌 논문으로 화제가 되었다.

이 그룹은 작업 기억 훈련에 의한 개선과 대뇌피질의 도파민 D1 수용체의 밀도 변화를 밝혔다(McNab et al, 2009)^[190]。 신경전달물질 도파민에 의한 뇌 화학 수준에서 작업 기억 훈련에 의한 뇌의 변화를 밝히고, 기저핵의 D2 수용체에는 변화가 없고, 피질의 D1 수용체에만 훈련에 의한 변화가 있다는 것, 90년대에 골드만라키치와 사와구치가 원숭이를 대상으로 한 연구에서 밝힌 도파민 수용체의 밀도와 작업 기억 성적의 관계와 일치하는 결과를 사람에게서도 훈련에 의한 개선과 뇌 화학의 변화 관계를 마이크로 PET을 통해 확인했다.

25일간의 작업 기억 훈련을 통해 작업 기억이 개선됨과 동시에, 유동성 지능(문제 해결, Raven의 Progressive Matrix)의 결과가 8% 개선되었다는 보고도 있다(Klingberg et al., 2005)^[191]。 이는 작업 기억 기능이 지능에 영향을 미친다는 이전 연구 결과를 뒷받침하는 것이다. 최근 Jaeggi 등(2008)^[192]이 유동성 지능 개선 효과와 작업 기억 훈련의 일수, 언어 또는 시공간 작업 기억 훈련에 따른 비교 연구를 보고했다.

임상 및 교육적 실천에서의 응용으로, 작업 기억 훈련은 주로 ADD, ADHD를 포함한 주의력 장애 개선에 활용^{[193][194][195][196][197]}되고 있다.

노섬브리아 대학교의 홈즈, 요크 대학교의 개더콜(Gathercole) 등은, 카롤린스카 대학교 그룹과 동일한 훈련 소프트웨어와 훈련 방법을 사용하면서 독립 연구를 진행하여, Development Science에 논문을 발표했다(Holmes et al., 2009)^[198]。 학교에서, 345명의 8-11세 학생 중 작업 기억 능력 하위 15%에 속하는 42명에 대해 난이도 적응형 프로그램과 그렇지 않은 프로그램을 학교별로 2종류가 있다는 것을 알리지 않고 적용했다. 작업 기억(공간, 언어)에 유의미하고 지속적인(6개월 후) 증가를 얻었고, 수학 능력이 6개월 후에 유의미하게 향상되었음을 보고하며, 작업 기억의 공통적인 장애와 관련된 학습 곤란은 이 훈련으로 극복할 수 있을지도 모른다고 주장했다.

8. 1. 훈련 효과

8. 2. 유동 지능 향상 논란

9. 뇌 과학적 연구

작업 기억은 정보를 일시적으로 저장하는 제한된 용량의 인지 체계이다.^[201] 작업 기억은 추론, 의사 결정 및 행동 지침에 중요하게 사용된다.^[202][203] 작업 기억은 종종 단기 기억과 동의어로 사용되기도 하지만, 일부 전문가들은 작업 기억이 저장된 정보의 조작을 허용하는 반면 단기 기억은 정보의 단기 저장만을 의미한다는 점에서 두 가지 형태의 기억을 구별해야 한다고 주장한다.^[202][204]작업 기억은 인지 심리학, 신경 심리학, 신경 과학의 핵심적인 이론적 개념이다.

1930년대에 Jacobsen^[91]과 Fulton의 연구는 전두엽 피질(PFC)의 손상이 원숭이의 공간 작업 기억 능력을 저하시킨다는 사실을 처음으로 증명하였다. 호아킨 푸스터^[92]는 이후 연구에서 원숭이가 지연 일치 과제를 수행하는 동안 PFC 뉴런의 전기적 활동을 기록했다. 지연 시간 동안 주로 활성화되는 PFC 뉴런이 발견되었는데, 이는 이 뉴런들이 음식이 보이지 않는 동안 음식의 위치를 기억하는 데 관여함을 시사한다. 후속 연구에서는 이와 유사한 지연 활성 뉴런이 후두정 피질, 시상, 미상핵, 창백핵에서도 발견되었다.^[93] 패트리샤 골드만-라키치와 동료들의 연구는 주요 열구, 배외측 PFC가 이러한 모든 뇌 영역과 상호 연결되어 있으며, PFC 내 뉴런 미세 회로는 지연 기간 동안 계속 활성화되는 피라미드 세포의 반복적 흥분성 글루탐산염 네트워크를 통해 작업 기억에서 정보를 유지할 수 있음을 보여주었다.^[94] 이러한 회로는 GABA성 개재 뉴런으로부터의 측면 억제에 의해 조절된다.^[95] 신경 조절 각성 시스템은 PFC 작업 기억 기능을 크게 변화시킨다. 예를 들어, 너무 적거나 너무 많은 도파민 또는 노르에피네프린은 PFC 네트워크 활성화^[96] 및 작업 기억 수행을 저하시킨다.^[97]

작업 기억 과제의 지연 기간 동안 특정 뉴런의 지속적인 활성화에 대한 연구는 뇌가 외부 입력 없이도 정보를 활성 상태로 유지하는 메커니즘을 가지고 있음을 보여준다. 그러나 하나 이상의 정보를 유지해야 하는 과제에서는 각 정보 조각의 구성 요소와 특징을 함께 묶어 섞이지 않도록 해야 한다. 이러한 결합을 설정하는 한 가지 방법은 동일한 조각의 특징을 나타내는 뉴런은 동기적으로 활성화하고, 다른 조각에 속하는 특징을 나타내는 뉴런은 비동기적으로 활성화하도록 하는 것이다.^[98] 작업 기억에 관여하는 뉴런의 동기적 활성화는 세타 리듬 대역(4~8 Hz) 주파수로 진동하는 것으로 추정된다. 실제로, EEG에서 세타 주파수의 강도는 작업 기억 부하에 따라 증가하며,^[100] 두 정보 구성 요소 간의 결합을 기억하려고 할 때 두개골의 서로 다른 부분에서 측정된 세타 대역의 진동이 더욱 동기화된다.^[101]

9. 1. 정보 유지의 신경 메커니즘

9. 2. 뇌 영역의 국소화

9. 3. 신경 모델

9. 3. 1. 전전두피질 기저핵 작업 기억(PBWM) 모델

10. 스트레스의 영향

작업 기억은 급성 및 만성 심리적 스트레스에 의해 손상된다.^[121] 동물 연구에서 스트레스 유발 카테콜아민이 전전두엽 피질(PFC)에서 분비되면 PFC 뉴런 발화가 감소하고, 작업 기억 수행 능력이 저하된다는 것이 밝혀졌다.^[122] 이는 칼륨 채널을 열어 전전두엽 네트워크 연결을 약화시키는 피드포워드, 세포 내 신호 전달 경로를 통해 이루어진다. 이러한 빠른 변화 과정을 동적 네트워크 연결성(Dynamic Network Connectivity)이라고 하며,^[123] 인간 뇌 영상에서도 관찰할 수 있다.^[124]

만성 스트레스에 노출되면 PFC에서 수상 돌기 위축 및 가시 소실 등 구조적 변화가 발생하며, 이는 단백질 키나아제 C 신호 전달을 억제함으로써 예방할 수 있다.^[125][126] 기능적 자기 공명 영상(fMRI) 연구를 통해 급성 스트레스가 PFC 활성 감소와 관련이 있으며, 스트레스가 카테콜아민 수치를 증가시킨다는 것이 인간에게도 적용됨을 확인했다.^[127] 의대생 대상 연구에서도 PFC 기능적 연결성 약화가 관찰되었다.^[128]

삶에서 스트레스가 많을수록 단순한 인지 과제를 수행하는 작업 기억 효율성이 낮아진다. 긍정적 또는 부정적 기분 상태는 신경 전달 물질 도파민에 영향을 주어 문제 해결에 영향을 줄 수 있다.^[129]

10. 1. 급성 및 만성 스트레스

11. 알코올의 영향

과도한 음주는 작업 기억을 손상시키는 뇌 손상을 초래할 수 있다.^[130] 알코올은 혈액 산소 레벨 의존성(BOLD) 반응에 영향을 미친다. BOLD 반응은 뇌 활동과 관련된 혈액 산소 증가와 상관관계가 있으며, 이는 이 반응을 신경 활동을 측정하는 유용한 도구로 만든다.^[131] BOLD 반응은 작업 기억 과제를 수행할 때 기저핵 및 시상과 같은 뇌 영역에 영향을 미친다. 어릴 때부터 음주를 시작한 청소년은 이러한 뇌 영역에서 BOLD 반응이 감소하는 것으로 나타났다.^[132] 특히 알코올 의존적인 젊은 여성은 공간 작업 기억 과제를 수행할 때 두정엽 및 전두엽 피질에서 BOLD 반응이 덜 나타난다.^[133] 특히 폭음은 시각적 작업 기억을 포함한 작업 기억 과제의 수행 능력에도 영향을 미칠 수 있다.^[134][135] 또한 알코올이 작업 기억에 미치는 영향과 관련하여 성별 차이가 있는 것으로 보인다. 여성은 남성에 비해 알코올 섭취 후 언어 작업 기억 과제에서 더 나은 수행을 보이는 반면, 뇌 활동이 감소하여 공간 작업 기억 과제에서는 더 나쁜 수행을 보이는 것으로 나타났다.^[136][137] 마지막으로, 나이도 추가적인 요인으로 보인다. 노년층은 다른 사람들보다 알코올이 작업 기억에 미치는 영향에 더 취약하다.^[138]

11. 1. 과도한 음주

12. 유전학

12. 1. 행동 유전학

12. 2. 관련 유전자

13. 학업 성취와의 관계

작업 기억 용량은 문해력 및 수리력 학습 성과와 상관관계가 있다. 이러한 관계에 대한 초기 증거는 작업 기억 용량과 독해력 사이의 상관관계에서 비롯되었으며, 이는 Daneman과 Carpenter (1980)에 의해 처음 관찰되었고^[145] 이후 여러 연구의 메타 분석 검토에서 확인되었다.^[146] 후속 연구에서는 초등학생의 작업 기억 수행이 수학 문제 풀이 수행을 정확하게 예측한다는 사실을 발견했다.^[147] 한 종단 연구에 따르면 5세 아동의 작업 기억이 IQ보다 학업 성공을 더 잘 예측한다고 한다.^[148]

독일의 580명의 어린이를 대상으로 한 무작위 대조 연구에서 6세에 작업 기억 훈련을 받은 어린이는 훈련 직후 공간 작업 기억에서 유의미한 긍정적 효과를 보였으며, 그 효과가 점차 다른 영역으로 전이되어 독해력, 수학(기하학) 및 IQ(Raven 행렬로 측정)가 유의미하고 의미 있게 증가했다. 또한, 1년 후 추적 관찰에서 충동 억제 능력의 뚜렷한 증가가 Go-No Go 과제에서 더 높은 점수로 측정되었다. 치료 4년 후에도 이러한 효과는 지속되었으며, 대조군에 비해 학업 과정(독일 김나지움)에 대한 수용률이 16% 포인트 더 높은 것으로 나타났다.^[90]

대규모 선별 연구에서 일반 교실의 어린이 10명 중 1명이 작업 기억 결핍을 겪고 있는 것으로 확인되었다. 이들 중 대다수가 IQ와 관계없이 학업 성취도가 매우 낮았다.^[149] 이와 유사하게, 7세의 어린 학생들도 국가 교육 과정에서 학습 부진을 겪는 것으로 확인되었다.^[150] 적절한 중재가 없으면 이러한 아동은 또래보다 뒤처지게 된다. 최근 학습 장애가 있는 37명의 학령기 아동을 대상으로 한 연구에 따르면, IQ가 아닌 기준선 측정에서 작업 기억 용량이 2년 후 학습 성과를 예측한다고 한다.^[151] 이는 작업 기억 손상이 낮은 학습 성과와 관련이 있으며, 아동의 교육 부진에 대한 높은 위험 요소임을 시사한다. 난독증, 주의력 결핍 과잉 행동 장애(ADHD), 발달성 협응 장애와 같은 학습 장애가 있는 아동에게서도 유사한 패턴이 나타난다.^{[152][153][154][155]}

13. 1. 학습 부진 예측

13. 2. 학습 장애

14. 주의와의 관계

작업 기억의 최적 수행 능력은 과제 관련 정보에 주의를 집중하고 주의를 산만하게 하는 것을 무시하는 신경 능력과 관련이 있다는 증거가 있으며,^[156] 작업 기억에서 연습과 관련된 향상은 이러한 능력을 증가시키기 때문이다.^[157] 한 연구는 개인의 작업 기억 능력과 환경의 자극에 대한 주의 방향을 제어하는 능력 사이의 연관성을 시사한다.^[158] 이러한 제어를 통해 사람들은 현재 목표에 중요한 정보에 주의를 기울이고, 감각적 두드러짐(예: 구급차 사이렌)으로 인해 주의를 사로잡는 목표와 관련 없는 자극을 무시할 수 있다. 목표에 따른 주의의 방향은 전전두피질(PFC)에서 후피질 영역의 처리를 편향시키는 "상향식" 신호에 의존하는 것으로 추정된다.^[159] 두드러진 자극에 의한 주의의 포착은 피질하 구조와 일차 감각 피질에서 오는 "하향식" 신호에 의해 구동되는 것으로 추정된다.^[160] "하향식" 주의 포착을 무시하는 능력은 개인마다 다르며, 이러한 차이는 시각 정보에 대한 작업 기억 테스트에서의 수행 능력과 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌다.^[158] 그러나 다른 연구에서는 주의 포착을 무시하는 능력과 더 일반적인 작업 기억 능력 측정 간의 상관관계를 발견하지 못했다.^[161]

14. 1. 상향식 vs. 하향식 주의

15. 신경 질환과의 관계

작업 기억 기능의 손상은 일반적으로 다음과 같은 여러 신경 질환에서 나타난다.

==== ADHD ====

여러 저자들은 ADHD 증상이 작업 기억, 반응 억제 또는 더 일반적인 집행 통제의 약점과 같은 특정 집행 기능(EF) 영역의 주요 결함에서 발생한다고 제안했다.^[162] 한 메타 분석 검토에서는 ADHD 그룹이 공간 및 언어 작업 기억 과제와 여러 다른 EF 과제에서 유의하게 낮은 결과를 보인다는 여러 연구를 인용했다. 그러나 저자들은 EF 약점이 모든 ADHD 사례를 유발하는 데 필요하거나 충분하지 않다고 결론지었다.^[163]

도파민과 글루탐산과 같은 여러 신경전달물질이 ADHD와 작업 기억에 모두 관련될 수 있다.^[164] 둘 다 전두엽 뇌, 자기 지시 및 자기 규제와 관련이 있지만, 인과 관계가 확인되지 않아 작업 기억 기능 장애가 ADHD로 이어지는지, 아니면 ADHD 산만함이 작업 기억의 기능 저하로 이어지는지, 아니면 다른 연결이 있는지 불분명하다.^{[164][165][166]}

==== 파킨슨병 ====

파킨슨병 환자는 작업 기억의 언어 기능 저하 징후를 보인다. 연구자들은 이러한 감소가 관련 작업에 집중하는 능력 부족 때문인지, 아니면 기억 용량 부족 때문인지 확인하고자 했다. 동일 연령대의 대조군 28명과 비교하여 파킨슨병 환자 21명을 검사했다. 연구자들은 두 가설 모두 작업 기억 기능 저하의 원인임을 발견했으며, 이는 둘 중 하나일 것이라는 가설과 완전히 일치하지 않았다.^[167]

==== 알츠하이머병 ====

알츠하이머병이 심각해짐에 따라 작업 기억 기능이 감소한다.^{[168][169][170]} 일화 기억 결손 외에도, 알츠하이머병은 지연된 재현 과제를 사용하여 평가된 시각적 단기 기억 손상과 관련이 있다. 이러한 연구는 알츠하이머병에서 시각적 특징 결합의 결함이 중요한 구성 요소임을 지적한다. 생쥐의 뇌에서 신경 연결과 작업 기억의 유동성에 초점을 맞춘 연구가 있다. 생쥐의 절반은 알츠하이머의 효과를 모방한 주사를 맞았고, 나머지 절반은 맞지 않았다. 그런 다음 생쥐는 작업 기억을 테스트하는 과제인 미로를 통과하도록 요구받았다. 이 연구는 알츠하이머병이 어떻게 작업 기억을 악화시키고 궁극적으로 기억 기능을 파괴할 수 있는지에 대한 질문에 답하는 데 도움이 된다.^[171]

==== 헌팅턴병 ====

연구진들은 30개월에 걸친 종단 연구를 통해 작업 기억의 기능과 연결성을 연구하는 연구를 진행했다. 이 연구는 헌팅턴병 전단계 환자들의 뇌에서 대부분의 연결성이 일관적으로 기능하는 대조군에 비해 감소하는 특정 부위가 있다는 것을 발견했다.^[172]

15. 1. ADHD

15. 2. 파킨슨병

15. 3. 알츠하이머병

15. 4. 헌팅턴병

16. 불확실성과의 관계

Li와 동료들의 최근 연구는 작업 기억을 담당하는 뇌 영역이 인간이 기억을 얼마나 신뢰하는지에도 책임이 있다는 증거를 제시했다.^[173] 과거 연구에서 개인은 자신의 기억에 대해 어느 정도 신뢰하는지 평가할 수 있었지만, 인간이 이것을 어떻게 할 수 있는지는 거의 알려지지 않았다. 공간 기억 테스트와 기능적 자기 공명 영상(fMRI) 스캔을 사용하여 정보가 저장되고 사용되는 위치와 시점을 처리하고 이 데이터를 사용하여 기억 오류를 결정했다. 또한 참가자들에게 자신의 기억에 대해 얼마나 불확실한지 표현하도록 요청했다. 두 정보 집합을 통해 연구자들은 기억과 그 기억에 대한 신뢰가 동일한 뇌 영역 내에 저장된다고 결론 내릴 수 있었다.^[173]

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