דיסקלקוליה קשורה לקושי בזיכרון עבודה חזותי מרחבי ובאינהיביציה

Szucs, D., Devine, A., Soltesz, F., Nobes, A., & Gabriel, F. (2013). Developmental dyscalculia is related to visuo-spatial memory and inhibition impairment. cortex, 49(10), 2674-2688.  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3878850/

מאמר זה ניסה להתחקות אחר המקורות הקוגניטיבים לדיסקלקוליה והגיע לממצאים קצת שונים מהמקובל.  למרות שבמחקר השתתפה קבוצה קטנה מאד של ילדים דיסקלקולים, הם נבחרו בקפידה ועברו מבחנים רבים שבדקו תחומים שונים, לכן כדאי לייחס לממצאים חשיבות. 

דיסקלקוליה התפתחותית (נכנה אותה כאן בקיצור: דיסקלקוליה) היא לקות ספציפית במתמטיקה שמשפיעה על 3-6% מהאוכלוסיה.  המאמר הזה דן בדיסקלקוליה התפתחותית טהורה, כלומר במצב בו לילד יש קשיים בחשבון בלבד, בלי קשיים נלווים בקריאה או הפרעת קשב וריכוז.   

אחת ההשערות הדומיננטיות במחקר לגבי המקור לדיסקלקוליה גורסת שדיסקלקוליה נגרמת מפגיעה ביצוג הכמות (או חוש הכמות/חוש המספר/תפיסת כמות).  חוש הכמות הוא הבנה אינטואיטיבית של כמויות מספריות, שמאפשרת הבחנה בין כמויות (באיזה תור במרכול יש לאנשים יותר מוצרים בעגלות שלהם), אומדן במשימות חשבון (האם הפתרון שקיבלתי הגיוני, כמה בערך יעלו חמש חבילות של אלכוג'ל, האם בהתקהלות הזו יש יותר או פחות מחמישים איש, האם אני עומדת במרחק של שני מטר מהאדם שלידי) ועוד.  חוש הכמות הוא מולד, החדות שלו הולכת ומשתפרת במהלך ההתפתחות, וגם תרגול של חשבון בסיסי עוזר לחדד אותו עוד יותר.  פגיעה בחוש הכמות אצל דיסקלקולים גורמת לכך שהם מתקשים יותר מתלמידים שהתפתחותם תקינה להשוות בין קבוצות של עצמים (באיזו צלחת יש יותר במבה).  יש חוקרים שסבורים שחוש הכמות עצמו תקין אצל דיסקלקולים ושהקושי שלהם טמון בקישור בין כמות לספרה (לקשר בין הכמות ****   לבין הספרה 4).  קושי כזה יכול לבוא לידי ביטוי בקושי להחליט מהר איזה מספר גדול יותר, 3 או 4 למשל. 

גורם נוסף לדיסקלקוליה יכול להיות פגיעה בזיכרון העבודה.  יש מספר רב של מחקרים שמצאו פגיעה כזו אצל דיסקלקולים.  כאשר זיכרון העבודה נמוך, קשה מאד לבצע חישובים בעל פה, וגם קשה ללמוד את עובדות החשבון.  למשל, כשילד מתחיל ללמוד כפל הוא משתמש בחיבור חוזר (6=2+2+2=3X2).  אם הילד לא יכול להחזיק בו זמנית בזיכרון העבודה הן את תרגיל הכפל, הן את המרתו לתרגיל חיבור והן את הפתרון, הוא יתקשה ללמוד את הקשר שבין 3X2 לבין 6. 

גם תהליכי עיבוד מרחבי עשויים להיות קשורים לדיסקלקוליה.  למשל, כאשר ילד צעיר פותר תרגילי חיבור וחיסור, הוא יכול להסתייע בדימוי של תנועה על ציר המספרים (או בציר מספרים מצויר).  דימוי חזותי יכול לעזור לפתור בעיות מילוליות. 

גם אינהיביציה יכולה להיות קשורה לדיסקלקוליה.  למשל, תרגיל הכפל 4X5 עשוי לעורר תרגילים דומים אחרים שנמצאים במאגר הידע, כמו 3X5  או 6X5  או 6X4 או 4+5.  תרגילים אלה מעוררים מכיוון שעובדות החשבון קשורות זו לזו בזיכרון ברשת אסוציאטיבית.  כדי לשלוף את הפתרון הנכון יש לדכא את הפתרונות לתרגילים האחרים הללו.

במחקר זה, העבירו החוקרים Szucs Denes  וחבריו מבחן סינון בחשבון ובקריאה ל – 1004 ילדים בני תשע, בהעברה כיתתית.  מתוכם נבחרו 114 ילדים שהציונים שלהם ייצגו את ההתפלגות של הציונים בחשבון ובקריאה.  ילדים אלה עברו מבחנים נוספים בחשבון ובקריאה, וכן מבחן רייבן, ומבחני קוביות ואוצר מלים מה – WISC.  ילדים שהביצוע שלהם במבחני החשבון היה נמוך בסטית תקן ויותר מהממוצע של האוכלוסיה ושאר הציונים שלהם היו בטווח הממוצע הוגדרו לצורך מחקר זה כדיסקלקולים.  היו 12 כאלה.  ל – 12 ילדים אלה הותאמו ילדים בעלי תפקוד ממוצע בכל המבחנים (כולל מבחני החשבון) – כקבוצת ביקורת.   

כל 24 הילדים עברו מבחנים רבים נוספים:  מבחנים שבדקו זיכרון עבודה שמיעתי מילולי (זכירת ספרות, זכירת מלים) וזיכרון עבודה חזותי-מרחבי, מבחני TRAILS, מבחנים שבדקו רוטציה מנטלית, מבחנים שבדקו תפיסת סימטריה, מבחנים שבדקו זמן תגובה, מבחנים שבדקו קשב מתמשך ויכולת לעצור תגובה, מבחנים שבדקו אינהיביציה (גרסאות שונות של מבחן STROOP), ומבחנים שבדקו את חוש הכמות (לומר בלי למנות כמה נקודות יש במקבצים של 1-6 נקודות, לומר באיזה משני מקבצים של נקודות יש יותר, לומר אם ספרה מוצגת גדולה או קטנה מ - 5).   

הילדים הדיסקלקולים ביצעו פחות טוב מהילדים שהתפתחותם תקינה במבחני זיכרון עבודה חזותי-מרחבי (אך לא במבחני זיכרון עבודה שמיעתי מילולי.  מחקרים אחרים מצאו שלילדים בעלי קשיים בקריאה ובחשבון יש הנמכה הן בזיכרון עבודה חזותי והן בזיכרון עבודה שמיעתי מילולי.  לילדים בעלי קשיים בקריאה בלבד יש הנמכה בזיכרון עבודה שמיעתי מילולי בלבד.  אצל ילדים שמתקשים רק בחשבון הקושי מתמקד בזיכרון עבודה חזותי בלבד.  מכיוון שאין לנו מבחנים באמצעותם ניתן לבדוק זיכרון עבודה חזותי, אנו עלולים לפספס את הגורם הקוגניטיבי הזה אצל ילדים הסובלים מקשיים בחשבון בלבד. 

ממצא נוסף שמצאו Szucs  וחבריו הוא שלילדים הדיסקלקולים היו קשיים רבים יותר באינהיביציה מאשר לילדי קבוצת הביקורת.  ככל הנראה, דיסקלקולים מתקשים יותר לדכא היבטים לא רלוונטים של גירויים (למשל לדכא קריאת מילה כשאומרים את שם הצבע במבחן סטרופ). 

שילוב זה של קשיים בזיכרון עבודה ויזומרחבי ובאינהיביציה יכול להעיד על קשיים בתפקודים ניהוליים אצל דיסקלקולים, שכן זיכרון עבודה ואינהיביציה הם מרכיבים של תפקודים ניהוליים.    עדות נוספת לפגיעה בתפקודים הניהוליים היא הממצא שהילדים הדיסקלקולים ביצעו לאט יותר במבחן TRAIL MAKING TEST מאשר ילדי קבוצת הביקורת.  התפקוד במבחן זה מושפע מתפקודים ניהוליים.

לא נמצא הבדל בין הילדים הדיסקלקולים לבין ילדי קבוצת הביקורת במידת הדיוק במבחנים שבדקו עיבוד חזותי (מבחן סימטריה ומבחן רוטציה מנטלית).  לעומת זאת הילדים הדיסקלקולים עבדו לאט יותר הן במבחן TRAIL MAKING TEST והן במבחן רוטציה מנטלית, מה שעשוי להעיד על הנמכה במהירות העיבוד.

באופן מפתיע, במחקר זה לא נמצאו עדויות לכך שיש לדיסקלקולים הנמכה בחוש הכמות ביחס לקבוצת ביקורת. 

אילו יכולות קוגניטיביות מפריעות לדיסקלקולים לשלוף עובדות חשבון?

Noël, M. P., Rousselle, L., & De Visscher, A. (2016). Both specific and general cognitive factors account for dyscalculia. Spec. Needs Math. Educ, 8, 35-52.‏ http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:955121/FULLTEXT01.pdf#page=36

לילדים דיסקלקולים יש קושי בשליפה אוטומטית ומהירה של עובדות החשבון (תרגילים חד ספרתיים בארבע פעולות החשבון).  ילדים דיסקלקולים רבים מחשבים את הפתרונות ולא שולפים אותם.  כאשר הם מנסים לשלוף אותם, הם לעתים קרובות שוגים.  מה יכולות להיות הסיבות לכך?

יש חוקרים שחושבים שהקושי טמון בזיכרון לטווח קצר.  כדי ליצור ייצוג בזיכרון לטווח ארוך הקושר בין התרגיל והפתרון שלו, צריך להחזיק בזיכרון לטווח קצר את התרגיל ואת הפתרון באופן בו זמני.  זה קשה לילדים דיסקלקולים.  כאשר דיסקלקולים פותרים תרגיל, הם לעתים קרובות משתמשים באסטרטגיות מניה לא בשלות.  אסטרטגיות אלה דורשות זמן ומאמץ.  כאשר ילדים אלה בסופו של דבר מגיעים לפתרון, התרגיל עצמו כבר דעך מהזיכרון לטווח קצר שלהם.

למשל, כדי לפתור את התרגיל 5+7,  ילד דיסקלקולי עשוי להציג 7 אצבעות, לומר "חמש", ואז להמשיך לספור את אצבעותיו המוצגות ("שש, שבע, שמונה, תשע, עשר, אחת עשרה, שתים עשרה").  עד שהגיע לפתרון, הוא עלול לשכוח מה היה התרגיל.

יש חוקרים שסוברים שקיבולת הזיכרון לטווח קצר של ילדים דיסקלקולים היא נמוכה מלכתכילה.  כלומר, הם יכולים להחזיק ולבצע מניפולציה רק בכמות מעטה של פריטים.  הקיבולת הנמוכה לא מאפשרת להם להחזיק ולתפעל בו זמנית את התרגיל ואת הפתרון. 

חוקרים אחרים חושבים שדיסקלקולים סובלים מקשיים כלליים באחסון או בשליפה של מידע מהזיכרון לטווח ארוך.  יש חוקרים, כמו Dehaene, שחושבים שהקשרים בין התרגילים לפתרונותיהם נלמדים בעל פה כמידע מילולי ("שתיים כפול שלוש שוה שש").  חוקרים אלה חושבים שלדיסקלקולים עלול להיות קושי באחסון ובשליפה של מידע מילולי משונן היטב כזה, או קושי בעיבוד פונולוגי שמפריע לשלוף את הרצף הפונולוגי "שתיים כפול שלוש שוה שש". 

אפשרות נוספת היא שדיסקלקולים מתקשים לבצע אינהיביציה ולהתמודד עם ההפרעה שנוצרת על ידי עובדות חשבון אחרות שמעוררות במהלך הצגת התרגיל.  הזיכרון שלנו מאורגן כרשת סמנטית.  הצגה של תרגיל מעוררת את הפתרון הקשור לתרגיל זה אבל גם פתרונות אחרים הקשורים לכל אחד מהאופרנדים.  למשל, התרגיל 6X4 מעורר הן את הפתרון הנכון והן את הפתרון 18 הקשור לאופרנד 6 ולתרגיל 6X3.  התרגיל 6X4 עשוי לעורר גם את הפתרון 12 הקשור לחיבור של שני האופרנדים (6+4).  בגלל שעובדות החשבון נשענות על 9 ספרות ו -4 פעולות בלבד, הן סבוכות מאד זו בזו וככל הנראה מפריעות יותר זו לזו מאשר עובדות ברשת הסמנטית המילולית.  חוקרים מסוימים סבורים שדיסקלקולים מתקשים להתמודד עם ההפרעות שנוצרות בעת הצגת תרגיל מתרגילים אחרים ברשת. 

שינויים במבנה היכולת הרחבה "זיכרון לטווח קצר" במודל גירסת אלפיים ושמונה עשרה CHC

Schneider, W. J., & McGrew, K. S. (2018). The Cattell-Horn-Carroll theory of cognitive abilities. Contemporary intellectual assessment: Theories, tests, and issues, 73-163.

במודל ה – CHC גירסת 2012, הגדירו שניידר ומקגרו את היכולת הרחבה "זיכרון לטווח קצר" כיכולת לקודד, לשמר ולבצע מניפולציה במידע שנמצא במודעות המיידית.  בתוך היכולת הרחבה הזו היו שתי יכולות צרות: טווח זיכרון וזיכרון עבודה.    טווח זיכרון הוגדר כיכולת לקודד מידע, לשמור אותו בזיכרון הראשוני (הזיכרון לטווח קצר) ולהפיק אותו מחדש באופן מיידי, בסדר הצגתו.  כלומר, המוקד כאן היה ביכולת לשמור את המידע בלי לעשות בו מניפולציה.  זיכרון עבודה הוגדר כיכולת לכוון את מוקד הקשב לביצוע מניפולציות, שילובים ושינויים פשוטים יחסית במידע שנמצא בזיכרון הראשוני, בעודנו חוסמים גירויים מסיחים ועוסקים בחיפוש מידע בזיכרון השניוני (הזיכרון לטווח ארוך).  במלים אחרות, זיכרון עבודה התמקד ביכולת לעשות מניפולציה במידע.

במודל CHC גירסת 2018 רצו שניידר ומקגרו להתקרב קצת למודל זיכרון העבודה של Baddeley (ובכך הם מבטאים מגמה מבורכת של השפעה של מודלים נוירופסיכולוגים על מודל ה – CHC הפסיכומטרי). 

Alan Baddeley

על המודל של בדאלי ניתן לקרוא בהרחבה כאן:

Baddeley, A.   Working Memory: Theories,Models, and Controversies.  Annu. Rev. Psychol. 2012. 63 :1–29 http ://www.csuchico.edu/~nschwartz/1.%20Working%20Memory%20-%20Theories%20and%20Models%20and%20Controversies.pdf

אנחנו ניזכר בו בקצרה (לחצו על השקופית להגדלה):

בדאלי רואה את זיכרון העבודה כמערכת בעלת קיבולת מוגבלת שמאפשרת אחסון זמני ומניפולציה של מידע החיוניים לביצוע טווח רחב של פעילות קוגניטיבית.  כפי שניתן לראות בתמונה למעלה, המודל מניח שמערכת זו מורכבת ממספר יחידות.

המעבד המרכזיCentral executive :  מרכיב זה אחראי על שליטה קשבית בפעולה.  המעבד המרכזי ממקד את הקשב ומחלק את הקשב בין שתי מטרות או שני זרמי גירויים.  הוא מפקח על מעברים בין משימות.  המעבד המרכזי גם יוצר קשר עם הזיכרון לטווח ארוך, וגם קושר בין מאפיינים של גירויים (למשל בין צורה לצבע שלה). 

מגבלת הקיבולת של זיכרון העבודה היא היעילות שבה ניתן ליצור קשרים חדשים בין גירויים או לפרק קשרים קיימים, כאשר פותרים בעיות.  אם אדם יכול לשמור על הרבה אובייקטים במיקוד הקשב במשך זמן רב, יש לו אפשרות להבחין בקשרים מורכבים יותר בין האובייקטים הללו.  מסיבה זו, זיכרון העבודה מסייע מאד לחשיבה פלואידית. 

הלולאה הפונולוגית :Phonological loop מרכיב זה אחראי על אחסון זמני של מידע בעל מרכיב שפתי שנשמר באמצעות חזרה קולית או תת קולית.  זה יכול להיות גם מידע שקשור לשפת סימנים או קריאת שפתיים.  מרכיב זה חשוב לרכישה של מלים חדשות.

לוח העבודה החזותי – מרחבי :Visuospatial sketchpad  מרכיב זה אחראי על אחסון זמני של מידע בעל מרכיב חזותי מרחבי.  ייתכן שקיימת בו חלוקה פנימית למעבד מרחבי ומעבד חזותי. 

Episodic Buffer – מרכיב זה מחבר בין המידע שמגיע מהלולאה הפונולוגית, לוח העבודה החזותי מרחבי, הזיכרון לטווח ארוך ויוצר    CHUNKS   או EPISODES  (בכל CHUNK יכול להיות שילוב של מידע חזותי, שמיעתי ומידע מהזיכרון לטווח ארוך).  למרכיב זה קיבולת של כ – 4 CHUNKS.  הוא יכול לחבר מידע באופן יצירתי (למשל, לחשוב על פיל שמשחק כדורסל).

וכעת לשינויים שהכניסו שניידר ומקגרו במודל ה – CHC בגירסת 2018:

שם היכולת הרחבה שונה מ"זיכרון לטווח קצר" ל - קיבולת זיכרון העבודה Gwm, והיא מוגדרת כיכולת לשמור ולבצע מניפולציה במידע שנמצא בקשב הפעיל.  זיכרון העבודה הוא מרחב עבודה מנטלי שבו המוח יכול לשלב מושגים ותפיסות ולארגן אותם מחדש. 

יכולות צרות בתוך קיבולת זיכרון העבודה:

 אחסון שמיעתי לטווח קצר    Auditory Short-Term Storage (Wa) :  היכולת לקודד לשמור מידע מילולי בזיכרון העיקרי (בזיכרון לטווח קצר).  יכולת זו נמדדת במבחנים הדורשים מהנבדק לחזור מיד על רשימות קצרות של מידע לפי סדר הצגתן (וללא מניפולציה).  יכולת זו חשובה ללמידה של מלים חדשות ולהבנה של משפטים מורכבים.  היא מקבילה ללולאה הפונולוגית במודל של בדאלי. 

אחסון חזותי לטווח קצר Visual-Spatial Short-Term Storage (Wv)   :  היכולת לקודד ולשמור על מידע חזותי בזיכרון העיקרי (בזיכרון לטווח קצר).  היכולת הזו נמדדת בדרך כלל במשימות כמו CORSI BLOCKS, בהן הבוחן מצביע על רצף של גירויים חזותיים והנבדק צריך לחזור על רצף זה.  יכולת זו מקבילה ללוח העבודה החזותי מרחבי במודל של בדאלי.

שליטה בקשב  :Attentional Control (AC)    היכולת לבצע מניפולציה במוקד הקשב באופן גמיש כדי להתמקד בגירויים רלוונטים למשימה ולהתעלם מגירויים לא רלוונטים למשימה.  זה נקרא גם שליטה ניהולית בקשב.   מבחני "מהירות עיבוד" רבים גם הם דורשים שליטה בקשב. יכולת זו מקבילה למעבד המרכזי במודל של בדאלי.

שניידר ומקגרו לא שילבו את ה - Episodic buffer  במודל. 

בשקופית המופיעה למטה מוצג מיפוי המבחנים (כולל מבחנים מתוך מבחן הוודקוק 3WJ) ליכולת הרחבה "קיבולת זיכרון העבודה" (לחצו על השקופית להגדלה).

שימו לב:  מבחנים שמופו עד כה ליכולת הצרה "זיכרון עבודה" ממופים כעת ישירות ליכולת הרחבה "קיבולת זיכרון העבודה", ללא יכולת צרה כלל.  זו לא טעות.  כך בנויה היכולת "קיבולת זיכרון העבודה" במודל ה - CHC החדש.

האם ניתן לשפר את החשיבה הפלואידית באמצעות שיפור במהירות העיבוד?

Kail, R. V., Lervåg, A., & Hulme, C. (2016). Longitudinal evidence linking processing speed to the development of reasoning. Developmental science, 19(6), 1067-1074. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4860185/

תמיד הרגשתי שמהירות העיבוד היא מושג שאינו לגמרי ברור לי, ושיש פער בין הדרך בה אנו מודדים אותו לבין החלק שהוא לוקח בחשיבה.  אנו מודדים מהירות עיבוד באמצעות מבחנים בהם הילד מבצע משימות מאד פשוטות (למשל, לאתר את כל המופעים של סימן כלשהו מבין שורה של סימנים מסיחים).  בשל פשטותן, משימות אלה בודקות בעיקר את מרכיב המהירות ומבודדות אותו מהיבטים מורכבים יותר של החשיבה. 

השאלה היא ניתן להשתמש באותו מושג כדי לתאר את המהירות שבה הילד מעבד חומר פשוט ואת המהירות שבה הילד מעבד חומר מורכב.  לשם כך צריך אולי להשוות בין שלוש משימות:  משימה בה נבדקת היכולת הפלואידית ללא מימד של זמן,  משימה בה נבדקת היכולת הפלואידית עם מימד של זמן, ומשימה בה נבדקת מהירות העיבוד.  טרם מצאתי מחקר כזה.

מהירות העיבוד של משימות פשוטות וקצת יותר מורכבות מתפתחת עם העליה בגיל.  כאשר ילדים פותרים רצף של תרגילים במתמטיקה, קובעים האם זוגות של גירויים דומים במראם, או שולפים ברצף ובמהירות שמות של אובייקטים מהזיכרון לטווח ארוך, הם מגיבים מהר יותר ככל שהם גדלים ומתפתחים.  מהירות הביצוע במשימות אלה ובמשימות קוגניטיביות אחרות בדרך כלל עולה באופן משמעותי במהלך הילדות המוקדמת והאמצעית.  בילדות המאוחרת ובגיל ההתבגרות המוקדם קצב העליה מתמתן. 

עליות אלה במהירות קשורות להתפתחות של תהליכים קוגניטיבים מורכבים יותר.   קלארק וחבריה   מצאו שמהירות העיבוד בגיל שלוש מנבאת כישורים במתמטיקה בגיל חמש.  רוז וחבריה מצאו שמהירות העיבוד  בגיל 3 מנבאת יכולת לקסיקלית בגיל 13. 

יש חוקרים הטוענים שעליה במהירות העיבוד עם הגיל קשורה לעליה בקיבולת זיכרון העבודה.  עליה בקיבולת זיכרון העבודה היא שגורמת לשיפור בעיבוד הקוגניטיבי, ולשיפור בביצוע במשימות פלואידיות.   קאיל מצא שעליה במהירות העיבוד אצל ילדים בגילאי 8-13 קשורה לזיכרון עבודה חזק יותר.  זיכרון עבודה חזק יותר ניבא ציונים במבחני יכולת פלואידית שהועברו כעבור שנה.  גם דמטריו Demetriou וחבריו מצא במחקר עם ילדים בגילאי 8-14 שעליה במהירות העיבוד היתה קשורה לדיוק רב יותר במשימות של חשיבה ופתרון בעיות – הן באופן ישיר, והן באופן עקיף, דרך עליה בקיבולת זיכרון העבודה.   אך הם בדקו את מהירות העיבוד באמצעות משימות של שיום מהיר.  משימות של שיום מהיר נמצאות במתאם עם מדדים של מהירות עיבוד, אך יש הבדלים ביניהן. 

מטרת המחקר של  Kail, Lervag and Hulme היתה להעריך את ההשפעות הישירות והעקיפות של מהירות העיבוד על היכולת הפלואידית, תוך שימוש במבנה מחקר דומה לזה של דמטריו אבל עם מדדים קונבנציונלים של מהירות עיבוד.  ילדים ומתבגרים נבחנו כמה פעמים במהלך שנתיים וחצי במשימות שהעריכו מהירות עיבוד, זיכרון עבודה ויכולת פלואידית., באופן שאיפשר לחוקרים להבחין בין שלוש אפשרויות:

א.      עליה במהירות העיבוד קשורה ישירות לעליה בחשיבה פלואידית,

ב.      עליה במהירות העיבוד קשורה בעקיפין לשיפור בחשיבה פלואידית (כלומר, עליה במהירות העיבוד משפיעה על עליה בזיכרון עבודה שמשפיע על עליה בחשיבה פלואידית).

ג.       עליה במהירות העיבוד קשורה לחשיבה הפלואידית הן באופן ישיר והן באופן עקיף.

במחקר השתתפו 227 ילדים בני  6-13 שגיויסו באמצעות פרסומים בעיתונים ומכתבים לצוות האוניברסיטה.  מרביתם היו לבנים וממיצב סוציואקונומי בינוני.  הילדים נבדקו שש פעמים, בהפרשי זמן של כחצי שנה.

מהירות העיבוד נמדדה על ידי שני מבחנים מתוך מבחן הוודקוק גו'נסון:  התאמה חזותית ואיתור ציורים מהיר.  מבחנים אלה יהיו זמינים בארץ בקרוב עם נורמות ישראליות.  במבחן התאמה חזותית הילד צריך לעבור במהירות האפשרית על שורות ובהן ששה מספרים, ששניים מהם זהים, ולסמן את המספרים הזהים בכל שורה.  במבחן איתור ציורים מהיר, הילד צריך לעבור במהירות האפשרית על שורות של צורות.  בכל שורה הילד צריך לאתר  חמש צורות זהות לצורת המטרה המופיעה בקצה השורה. 

זיכרון עבודה נבדק על ידי חמש משימות שונות (שלא יפורטו כאן)

ויכולת פלואידית נבדקה באמצעות מבחן רייבן. 

החוקרים מצאו תמיכה חזקה לקשרים ישירים בין מהירות עיבוד לחשיבה פלואידית, תוצאה שחוזרת על הממצאים של דמטריו.  מהירות עיבוד שנמדדה בזמן 1 היתה קשורה לחשיבה פלואידית שנמדדה בזמן 2 (חצי שנה לאחר מכן).  מהירות עיבוד בזמן 2 היתה קשורה לחשיבה פלואידית בזמן 4 (שנה לאחר מכן).  כלומר, מהירות עיבוד גבוהה יותר קשורה לעיבוד קוגניטיבי ברמה גבוהה יותר.

מה משמעות הדבר?  האם ניתן לשפר את מהירות העיבוד?  ואם כן, האם שיפור במהירות העיבוד ישפר את החשיבה הפלואידית?   

החוקרת מאקי וחבריה מצאו שתירגול נרחב במשחקי וידאו המדגישים עיבוד מהיר ותגובה מהירה, גרם לילדים בני 7 עד 10 להגיב מהר יותר במבחנים של מהירות עיבוד, אבל לא במבחנים  של חשיבה או של זיכרון עבודה.  למרות שהאימון גרם לילדים להגיב מהר יותר במבחן איתור ציורים מהיר (מתוך מבחן הוודקוק), הוא לא הגדיל את הדיוק של הילדים בפתירת מבחן מטריצות.  ממצא זה מטיל ספק על כך שעליה במהירות העיבוד מובילה בהכרח לשיפור בחשיבה הפלואידית. 

ובחזרה למחקר הנוכחי של קאיל, לרבג והולם:  החוקרים הללו מצאו תמיכה הרבה יותר חלשה לקשרים עקיפים אפשריים בין מהירות עיבוד לחשיבה פלואידית, דרך זיכרון עבודה.  ממצא זה היה בלתי צפוי, מכיוון שבמחקרים רבים אחרים מהירות העיבוד משפיעה על זיכרון העבודה שמשפיע בתורו על היכולת הפלואידית.  החוקרים משערים, שסיבה אחת לכך היא שהיה מתאם גבוה יותר בין המשימות שבדקו מהירות עיבוד לבין המשימות שבדקו זיכרון עבודה.  כלומר, מהירות העיבוד נמדדה באופן אחיד יותר מאשר זיכרון העבודה ולכן השפעותיה היו ברורות יותר.

סיבה משוערת נוספת לכך שנמצא נתיב חלש בין מהירות עיבוד לזיכרון עבודה ומשם לחשיבה הפלואידית היא שמהירות העיבוד הוערכה במחקר זה באופן עקבי יותר מאשר זיכרון העבודה.  בכל ששת המדידות הוערכה מהירות העיבוד באמצעות אותן שתי מטלות, אך זיכרון העבודה הוערך באמצעות מטלות שונות.  לכן היה קל יותר לגלות קשרים המערבים את מהירות העיבוד מאשר קשרים המערבים את זיכרון העבודה.  למרות זאת, זיכרון העבודה היה יציב מאד בין המדידות, כלומר המשימות השונות שבדקו אותו מדדו תהליך משותף שעמד בבסיסן. 

האם הקשרים בין מהירות עיבוד, זיכרון עבודה וחשיבה פלואידית הם שונים בגילאים שונים?

במחקר הנוכחי הניחו החוקרים, שהקשרים בין מהירות עיבוד לבין חשיבה פלואידית לא משתנים במהלך הגילאים שנכללו במדגם (6-13).  קיימת אפשרות, אותה מציע דמטריו, שהקשרים בין מהירות עיבוד, זיכרון עבודה ויכולת פלואידית עשויים להשתנות עם הגיל.   זה מסבך את התמונה...ולכן כדאי לעצור כאן.

Clark, C. A. C., Nelson, J. M., Garza, J., Sheffield, T. D., Wiebe, S. A., & Espy, K. A. (2014). Gaining control: changing relations between executive control and processing speed and their relevance for mathematics achievement over course of the preschool period. Frontiers in psychology, 5, 107.

Demetriou A, Christou C, Spanoudis G, Platsidou M. The development of mental processing: Efficiency, working memory, and thinking. Monographs of the Society for Research in Child Development. 2002;67 Serial No. 268.

Kail RV. Longitudinal evidence that increases in processing speed and working memory enhance children’s reasoning. Psychological Science. 2007;18:312–313. 

Mackey AP, Hill SS, Stone SI, Bunge SA. Differential effects of reasoning and speed training in children. Developmental Science. 2011;14:582–590.

Rose, S. A., Feldman, J. F., Jankowski, J. J., & Van Rossem, R. (2008). A cognitive cascade in infancy: Pathways from prematurity to later mental development. Intelligence, 36(4), 367-378.

כמה דברים מעניינים על זיכרון עבודה

Cowan, N. (2014). Working memory underpins cognitive development, learning, and education. Educational Psychology Review, 26(2), 197-223.

זהו מאמר מעניין הסוקר את התחום של זיכרון העבודה על כל היבטיו:  התפתחות המושג לאורך ההסטוריה, מודלים של זיכרון עבודה, התפתחות זיכרון עבודה לאורך הילדות וגישות לחינוך שלוקחות בחשבון את זיכרון העבודה.

לפי מודל ה – CHC (בגירסה הבאה לידי ביטוי במבחן הוודקוק ג'ונסון 3), זיכרון לטווח קצר הוא יכולת רחבה הכוללת שתי יכולות צרות:  טווח זיכרון MEMORY SPAN, שהוא מספר הפריטים שניתן להחזיק במודעות בו זמנית, וזיכרון עבודה WORKING MEMORY, שהוא היכולת לבצע מניפולציה בפריטים המוחזקים במודעות.  לפי מודל זה, זיכרון לטווח קצר מתייחס לפעולות שעושים בטווח זמן של שניות בין הגירוי לתגובה.  כאשר חולפות מספר דקות בין הגירוי לתגובה, משתמשים, על פי מודל CHC, בזיכרון לטווח ארוך (אחסון ושליפה לטווח ארוך).

COWAN  מגדיר זיכרון עבודה ככמות קטנה של מידע שניתן להחזיק במצב נגיש במיוחד ולהשתמש בה כאשר מבצעים משימות קוגניטיביות.

הנה כמה דברים מעניינים שכותב COWAN:

ענקי חשיבה חושבים על זיכרון העבודה:

כבר בשנת 1690, ג'ון לוק הבחין בין חשיבה (החזקה של רעיון בראש) לבין זיכרון (היכולת לחשוב מחדש על רעיון לאחר שהוא נעלם מה – MIND). 

הפסיכולוג הנודע וויליאם ג'יימס, שהיה בעיני גאון שנגע בכל תחום בפסיכולוגיה ואמר בו דברים שהם נכונים עד היום, הבחין בשנת 1890 בין זיכרון ראשוני PRIMARY, שמכיל פריטי מידע שקיימים במודעות כרגע לבין זיכרון שניוני SECONDARY,  שמכיל פריטי מידע שמאוחסנים במוח אך לא נמצאים במודעות כרגע.

למה צריך זיכרון עבודה?

בג'ונגל, טורף שמסב את מבטו מסצינה בה הוא מביט, וחוזר ומביט בה כעבור רגע, משתמש בזיכרון העבודה כדי להבחין בכך שמשהו בסצינה השתנה.  שינוי כזה עשוי לציין את הנוכחות של טרף.

כאשר אנו מבשלים, אנו משתמשים בזיכרון העבודה כדי לזכור שהמחבת חמה בעודנו לוקחים סכין מהמגירה.  בעודנו מטגנים במחבת ובו זמנית חותכים ירקות בעזרת הסכין, אנו משתמשים בזיכרון העבודה כדי להזכיר לעצמנו מדי פעם את השעה כדי שלא נאחר לפגישה. 

זיכרון עבודה הוא המנגנון שמאפשר לנו לבצע את תת התכניות הקטנות שלנו (לדקות הקרובות) בעודנו "מחזיקים בראש" את תת התכניות הגדולות יותר (למשל, להמשך היום) ואת "תכנית העל". 

מגבלות זיכרון העבודה:

מגבלת הקיבולת:  ניתן להחזיק בזיכרון העבודה מספר מוגבל של פריטים, בין 5 ל – 9 פריטים בו זמנית.  פריט הוא יחידת מידע קטנה, כמו ספרה,  אות או מלה.  אנחנו יכולים להחזיק בזיכרון העבודה גם פריטים שמקפלים בתוכם כמות גדולה מאד של מידע, למשל "יכולת פלואידית".   כאשר פריט מידע אחד מכיל מידע מורכב, הוא נקרא CHUNK (ואני אקרא לו "פיסת מידע").  כל אדם יכול להחזיק ולחשוב בו זמנית על 3-4 פיסות מידע כאלה, שכל אחת מהן מכילה כמות גדולה של מידע. 

מגבלת הדעיכה:  הזמן בו פריט יכול להישאר בזיכרון העבודה כאשר לא משננים אותו הוא מוגבל (ומוערך בכשלושים שניות).  כאשר לא משננים אותו הפריט דועך ונעלם מזיכרון העבודה. 

COWAN כותב ששני סוגי המגבלות (מגבלת הקיבולת ומגבלת הזמן) שנויים כעת במחלוקת.  אני לא השתכנעתי מטיעונים שקוראים תיגר על מגבלות אלה. 

מודלים שונים של זיכרון עבודה, וקו הגבול בין זיכרון לטווח קצר לזיכרון לטווח ארוך:

Donald Broadbent  יצר בשנת 1958 מודל שלפיו המידע מהעולם נקלט בסוג סנסורי של אחסון שמכיל הרבה מאד מידע לטווח זמן קצרצר.  מידע שמופנה אליו קשב מתקדם משם אל זיכרון העבודה שמחזיק רק כמות מוגבלת של פריטים, אבל יכול להחזיק בהם לטווח זמן ארוך קצת יותר.  מזיכרון העבודה מתקדם המידע אל הזיכרון לטווח ארוך שהוא מאגר הידע שנצבר לאורך החיים. 

 Alan Baddeley and Graham Hitch   יצרו בשנת 1974 מודל של זיכרון עבודה שמכיל מספר מרכיבים:  המעבד המרכזי, שממקד את הקשב ומחלק אותו בין זרמי הגירויים, לוח העבודה החזותי מרחבי שמעבד מידע חזותי מרחבי, הלולאה הפונולוגית, שמעבדת מידע שמיעתי והמעבד האפיזודי, המחבר בין המידע שמגיע מהלולאה הפונולוגית, לוח העבודה החזותי מרחבי, והזיכרון לטווח ארוך ויוצר פיסות של מידע מורכב.   זיכרון העבודה לדעתם של בדאלי והיטצ' הוא הזיכרון בו האדם משתמש כדי לבצע משימות קוגניטיביות מסוגים שונים (כלומר, כדי לבצע עבודה קוגניטיבית).   

COWAN חולק על בדאלי והיטצ' ולא רואה את זיכרון העבודה כמורכב מכמה תת מערכות.  לפי COWAN, חלק מהזיכרון לטווח ארוך נמצא במצב פעיל (ACTIVATED) .  בתוך החלק הזה, תת קבוצה של פריטים נמצאת במוקד הקשב.  הזיכרון הפעיל מכיל ערב רב של גירויים:  חושיים, פונולוגים, מרחביים וסמנטים.  מוקד הקשב מכיל רק כמה פיסות מידע (CHUNKS) שבהם עושים מניפולציה ואינטגרציה.  כלומר במודל של COWAN זיכרון העבודה הוא החלק הפעיל של הזיכרון לטווח ארוך.

זיכרון עבודה והתפתחות קוגניטיבית

טווח הזיכרון של ילד גן הוא בערך שליש מזה של מבוגר צעיר ממוצע.  מרבית השיפור ההתפתחותי  בטווח הזיכרון מתרחש במהלך שנות בית הספר המוקדמות, עד גיל 13 בערך.  טווח הזיכרון עולה בפחות מפריט אחד בין גיל 13 ועד הבגרות המוקדמת. 

האם השיפור בזיכרון העבודה במהלך ההתבגרות הוא ראשוני (כלומר משקף עליה בקיבולת זיכרון העבודה) או נגרם כתוצאה משיפור בתפקודים קוגניטיבים אחרים שמשפיעים לטובה על הביצוע במשימות זיכרון עבודה?

חוקרים מסוימים חושבים שהשיפור בזיכרון העבודה נגרם בשל שיפור בכמות הידע העומדת לרשות הילד.  ככל שצוברים ידע רב יותר בנושא מסוים, ניתן ליצור פיסות מידע גדולות יותר כאשר חושבים על נושא זה, וכך ניתן לבצע בזיכרון העבודה פעולות מורכבות יותר.  חוקרים אלה הראו, למשל, שילדים מומחים בשחמט מחזיקים מצבי שחמט בזיכרון העבודה טוב יותר ממבוגרים מתחילים בשחמט.  הילדים המומחים יוצרים פיסות מידע גדולות המייצגות מצבי שחמט, ובכך מורידים מאד את העומס על זיכרון העבודה.  עדות נוספת לכך שתהליכי למידה (המובילים לצבירת ידע) משפיעים על הזיכרון לטווח קצר היא שילדים צעירים לא משתמשים בשינון (חזרה שוב ושוב על פריטים שנמצאים בזיכרון העבודה כדי למנוע את דעיכתם).  יש חוקרים שסוברים ששימוש בשינון לא מתפתח לפני שליטה בקריאה.  כלומר, ייתכן שדרישות בית הספר מעודדות את ההתפתחות של אסטרטגית השינון כדי לשמור פריטים בזיכרון העבודה (Fry and Hale, 2000  ).  

 יש חוקרים הסבורים שהשיפור בזיכרון העבודה במהלך הילדות (והירידה בזיקנה) נגרמים בשל עליה במהירות העיבוד שקיימת לאורך הילדות (וירידה במהירות העיבוד בזיקנה).  מהירות העיבוד הגדלה מאפשרת שינון של הפריטים בזיכרון העבודה באופן מהיר יותר.  גם השערה זו נתמכת על ידי העובדה שילדים צעירים לא משננים כלל או לא משננים באופן מספיק מתוחכם שמסייע להם להחזיק את המידע בזיכרון העבודה.   

COWAN סבור שעליה בכמות הידע ועליה במהירות העיבוד תורמות לשיפור בזיכרון העבודה אבל שקיימת גם עליה ראשונית בקיבולת זיכרון העבודה במהלך ההתפתחות. 

זיכרון עבודה ולמידה בבית הספר

זיכרון עבודה בעל קיבולת מספקת חשוב כדי להצליח להמשיג, לחשוב בצורה מופשטת ולבצע אינטגרציה בין רעיונות ברמה גבוהה של המשגה.  

כאשר לומדים נושא חדש העומס על זיכרון העבודה הוא גדול.  עד שנוצרות מספיק אסוציאציות בין האלמנטים הכלולים בגוף הידע החדש לבין עצמם, ובין האלמנטים החדשים לפריטי מידע שאנו כבר יודעים - העומס על זיכרון העבודה גדול.  עד שניתן לארגן את החומר החדש למבנה קוהרנטי – העומס על זיכרון העבודה גדול.  לכן ילדים בעלי קיבולת גדולה יותר של זיכרון עבודה מסוגלים ללמוד חומר חדש בקלות רבה יותר.  ובהיבט אחר, ידע כללי רחב, שמאפשר לילד לקשר בין מידע חדש שהוא לומד למידע שהוא מכיר – מפחית את העומס על זיכרון העבודה.  כלומר, ילד יכול אולי "לחפות" על חולשה בקיבולת זיכרון העבודה באמצעות ידע כללי רחב יותר. 

אנשים בעלי טווח זיכרון נמוך (קיבולת של 2-3 פריטים) מתקשים ללמוד מלים חדשות.  ילדים עם טווח זיכרון נמוך מתקשים ללמוד מלים חדשות בשפה זרה. 

אנשים בעלי טווח זיכרון נמוך מדווחים יותר על כך שמחשבותיהם נודדות ממשימה בה הם מנסים להתמקד מאשר אנשים בעלי טווח זיכרון תקין ומעלה.  ילדים שמתקשים לעקוב אחר הנחיות המורה סובלים לעתים קרובות מטווח זיכרון נמוך.  ילדים עם זיכרון עבודה נמוך ותפקודים ניהוליים נמוכים מתקשים להצליח בבית הספר.  הם מתקשים לאסוף את המשאבים הקוגניטיבים שיאפשרו להם להתמיד במשימה עד תומה ולהפנות קשב רצוף למשך הזמן הנדרש. 

לילדים עם לקויות למידה ולקויות שפה יש בדרך כלל זיכרון עבודה נמוך. 

COWAN ממליץ למורים להשתמש במשפטים שאינם מעמיסים על זיכרון העבודה.  לדוגמה, המשפט "אומרים שאם העומס בעבודה אינו רב מדי, והמכונית שלך במצב טוב, ועלי העצים שינו את צבעיהם, הגיע הזמן לצאת לחופשת סתיו" מעמיס על זיכרון העבודה בשל אורכו ומכיוון שהנקודה המרכזית שבו מגיעה בסופו.  מוטב לדעת COWAN לכתוב כך: "אומרים שהגיע הזמן לצאת לחופשת סתיו כאשר העומס בעבודה אינו רב מדי, המכונית שלך במצב טוב, ועלי העצים שינו את צבעיהם".

Fry, A.  F. and Hale, S .  Relationships among processing speed, working memory, and fluid intelligence in children. Biological Psychology. 54 (2000) 1–34 http://psych.wustl.edu/cdl/publications/Fry_Hale_2000.pdf