कार्यरत स्मृती | Working Memory

 

कार्यरत स्मृती (Working Memory)

मानवी मेंदू हा अत्यंत जटिल आणि बहुआयामी अवयव आहे, जो आपल्या दैनंदिन जीवनातील जवळजवळ सर्व बोधनिक प्रक्रियांना आकार देतो. आपण विचार करतो, निर्णय घेतो, शिकतो, संवाद साधतो किंवा समस्यांचे निराकरण करतो तेव्हा आपल्या मेंदूत माहिती प्रक्रिया प्रणाली सक्रिय असते. या प्रणालीमध्ये माहितीचे ग्रहण (encoding), साठवणूक (storage), प्रत्यानयन (retrieval) आणि विश्लेषण (processing) अशा टप्प्यांचा समावेश होतो (Atkinson & Shiffrin, 1968). या सर्व प्रक्रियांमध्ये कार्यरत स्मृती (Working Memory) हा एक केंद्रबिंदूचा घटक आहे. कार्यरत स्मृती म्हणजे तात्पुरती माहिती काही क्षणांसाठी मनात ठेवून तिच्यावर प्रक्रिया करण्याची क्षमता होय (Baddeley, 2012). साधारण उदाहरण द्यायचे झाले तर, आपण एखाद्या व्यक्तीकडून मोबाईल क्रमांक ऐकतो आणि तो डायल करण्यासाठी काही क्षण मनात ठेवतो, किंवा गणिती उदाहरण सोडवताना अंक मनात फिरवत राहतो; हीच कार्यरत स्मृतीची कृती आहे. म्हणूनच, कार्यरत स्मृतीला मानवी “मानसिक कार्यशाळा” (mental workspace) असे संबोधले जाते (Cowan, 2008).

कार्यरत स्मृतीची व्याख्या

कार्यरत स्मृतीच्या संकल्पनेला मानसशास्त्रज्ञ Alan Baddeley आणि Graham Hitch (1974) यांनी नवा आयाम दिला. त्यांच्या बहु-घटक मॉडेलनुसार (multi-component model), कार्यरत स्मृती ही केवळ अल्पकालीन साठवणूक नसून ती माहिती साठवणे आणि त्याच वेळी तिच्यावर प्रक्रिया करणे या दुहेरी कार्यासाठी जबाबदार असते. यामुळे व्यक्तीला एकाच वेळी माहिती लक्षात ठेवणे आणि ती वापरून पुढील पायरीवर कार्य करणे शक्य होते. Baddeley (2012) यांनी कार्यरत स्मृतीला “a system for temporary storage and manipulation of information necessary for complex cognitive tasks such as comprehension, learning, and reasoning” असे स्पष्ट केले आहे. उदाहरणार्थ, आपण इंग्रजी वाक्य वाचताना सुरुवातीला आलेल्या शब्दांचा अर्थ मनात ठेवून पुढील शब्दांशी त्याचा संबंध लावतो. तसेच, संभाषण करताना मागील वाक्याची आठवण ठेवून आपण योग्य प्रतिसाद देतो. ही सर्व उदाहरणे कार्यरत स्मृतीच्या क्रियाशीलतेचे प्रत्यक्ष दर्शन घडवतात.

कार्यरत स्मृतीची वैशिष्ट्ये

1. अल्पकालीन स्वरूप

कार्यरत स्मृतीचे एक महत्त्वाचे वैशिष्ट्य म्हणजे तिचे तात्पुरते (temporary) स्वरूप. माहिती दीर्घकाळासाठी साठवली जात नाही, तर काही सेकंदांपासून काही मिनिटांपर्यंतच टिकते. ही माहिती जर पुनरावृत्ती (rehearsal) करून दीर्घकालीन स्मृतीत रूपांतरित केली नाही, तर ती लवकरच नष्ट होते (Baddeley, 2000). उदाहरणार्थ, बँकेत OTP नंबर मिळाल्यावर आपण तो तात्पुरता लक्षात ठेवतो, पण नंतर लगेच विसरतो.

2. मर्यादित क्षमता

कार्यरत स्मृतीची क्षमता अत्यंत मर्यादित असते. George Miller (1956) यांनी त्यांच्या प्रसिद्ध “The Magical Number Seven, Plus or Minus Two” या लेखामध्ये सांगितले की, साधारणतः व्यक्ती एकावेळी 5 ते 9 घटक (chunks) लक्षात ठेवू शकतो. तथापि, नंतरच्या संशोधनांनुसार ही क्षमता अनेकदा 4 घटकांपर्यंत मर्यादित असते (Cowan, 2001). उदाहरणार्थ, एखादी व्यक्ती 10-अंकी फोन नंबर लक्षात ठेवण्यासाठी त्याचे तुकडे (chunks) करते: 9876-4 56-123.

3. सक्रिय प्रक्रिया

कार्यरत स्मृती ही फक्त माहिती साठवण्यापुरती मर्यादित नसून तिच्यावर सक्रिय प्रक्रिया (active processing) करते. म्हणजेच, आपण केवळ ऐकलेली किंवा पाहिलेली गोष्ट लक्षात ठेवत नाही, तर ती इतर माहितीशी जोडून विचार करतो, विश्लेषण करतो आणि तिचा उपयोग करतो. उदाहरणार्थ, गणिती उदाहरण सोडवताना “23 + 47” हे दोन आकडे फक्त साठवले जात नाहीत, तर मनातच बेरीज करून 70 हे उत्तर मिळविले जाते.

4. लवचिकता

कार्यरत स्मृतीचे आणखी एक महत्त्वाचे वैशिष्ट्य म्हणजे तिची लवचिकता (flexibility). व्यक्ती बदलत्या परिस्थितीनुसार माहिती हाताळू शकतो. संभाषणात एक विषय सोडून दुसऱ्या विषयावर लक्ष केंद्रित करणे, वाहन चालवताना रस्त्यावरची परिस्थिती लक्षात घेऊन निर्णय बदलणे या सगळ्या क्रियांमध्ये कार्यरत स्मृतीची लवचिकता दिसून येते (Engle, 2002).

Baddeley आणि Hitch यांचे कार्यरत स्मृती मॉडेल

कार्यरत स्मृती या संकल्पनेचा सखोल अभ्यास करण्यासाठी Alan Baddeley आणि Graham Hitch (1974) यांनी एक अत्यंत प्रभावी मॉडेल मांडले. त्यांनी या प्रणालीकडे केवळ अल्पकालीन साठवणूक म्हणून न पाहता, ती एक सक्रिय माहिती प्रक्रिया प्रणाली आहे, जी शिकणे, समजणे आणि समस्या सोडवण्यासाठी आवश्यक आहे असे प्रतिपादन केले. त्यांच्या मते, कार्यरत स्मृती म्हणजे एक बहुघटक प्रणाली आहे जी तात्पुरती माहिती धारण करून तिच्यावर प्रक्रिया करते (Baddeley & Hitch, 1974; Baddeley, 2000). या मॉडेलनुसार कार्यरत स्मृतीचे चार प्रमुख घटक आहेत –

1. Central Executive (केंद्रीय कार्यकारी)

केंद्रीय कार्यकारी ही कार्यरत स्मृतीतील नियंत्रक यंत्रणा आहे. हा घटक एखाद्या व्यवस्थापकाप्रमाणे काम करतो लक्ष केंद्रीत करणे, माहितीचे वितरण करणे, विविध बोधनिक प्रक्रिया समन्वयित करणे आणि योग्य वेळी निर्णय घेणे हे त्याचे प्रमुख कार्य आहे (Baddeley, 1996). यामध्ये स्वतःची माहिती साठवणूक क्षमता कमी असते; मात्र तो phonological loop, visuospatial sketchpad, आणि episodic buffer यांचे कार्य नियंत्रित करतो. उदा. आपण एकीकडे फोन नंबर लक्षात ठेवताना (phonological loop), दुसरीकडे कुठे लिहून ठेवायचे याचा निर्णय घेतो तेव्हा central executive सक्रिय असतो. याचा संबंध मुख्यतः मेंदूतील prefrontal cortex शी जोडला जातो, जो उच्चस्तरीय बोधनिक नियंत्रणासाठी जबाबदार असतो (Miyake et al., 2000).

2. Phonological Loop (ध्वन्यात्मक पटल)

ध्वन्यात्मक पटल ही कार्यरत स्मृतीतील एक उपप्रणाली आहे जी भाषिक माहिती (भाषण, आवाज, शब्द) तात्पुरती साठवून ठेवते. या पटलात दोन घटकांचा समावेश आहे –

• Phonological Store (ध्वन्यात्मक साठवण) – ऐकलेले शब्द काही सेकंद टिकवून ठेवते.
• Articulatory Rehearsal Process (उच्चारण पुनरावृत्ती प्रक्रिया) – माहिती पुन्हा पुन्हा मनात उच्चारल्यामुळे ती टिकून राहते.

उदा. एखादा मोबाईल नंबर ऐकून आपण सतत मनात तो म्हणत राहतो, तोपर्यंत तो विसरत नाही. संशोधनानुसार, ध्वन्यात्मक पटल सुमारे 2 सेकंदांची माहिती धारण करू शकतो (Baddeley, Thomson, & Buchanan, 1975). भाषेच्या विकासात व वाचन कौशल्यात याची महत्त्वपूर्ण भूमिका आहे.

3. Visuospatial Sketchpad (दृश्य-अवकाशीय पटल)

Visuospatial sketchpad हे दृश्यात्मक (images, आकृती, रंग) व अवकाशीय (direction, layout, distance) माहिती साठवतो व प्रक्रिया करतो (Logie, 1995). उदा. आपण नकाशा मनात उभा करणे, मार्ग लक्षात ठेवणे किंवा पझल सोडवणे यामध्ये हा घटक महत्त्वाचा असतो. या पटलामुळे आपण डोळ्यांनी न पाहता मनातच आकृतींचे रूपांतर करू शकतो. न्यूरोसायन्सच्या अभ्यासानुसार, occipital lobe आणि parietal lobe या मेंदूच्या भागांचा या प्रक्रियेत मोठा वाटा असतो (Smith & Jonides, 1997).

4. Episodic Buffer (घटनात्मक संग्रह)

Baddeley (2000) यांनी मूळ तीन-घटक मॉडेलमध्ये चौथा घटक episodic buffer समाविष्ट केला. हा घटक विविध स्रोतांमधील माहिती (phonological, visuospatial, तसेच दीर्घकालीन स्मृतीतील अनुभव) एकत्र करून सुसंगत घटनात्मक प्रतिनिधित्व (integrated episode) तयार करतो. उदा. आपण एखाद्या कथेचे वाचन करताना शब्द (phonological), चित्रमय कल्पना (visuospatial), आणि पूर्वानुभव (long-term memory) एकत्र करून पूर्ण अर्थ समजतो. हा घटक दीर्घकालीन स्मृतीशी दुवा साधणारा इंटरफेस म्हणून काम करतो (Baddeley, 2000).

Baddeley आणि Hitch यांचे कार्यरत स्मृती मॉडेल हे बोधनिक मानसशास्त्रातील एक मैलाचा दगड मानले जाते. या मॉडेलने दाखवून दिले की कार्यरत स्मृती ही केवळ अल्पकालीन साठवणूक नसून एक सक्रिय व बहुघटक प्रक्रिया प्रणाली आहे जी शिकणे, समजणे, भाषा, निर्णयक्षमता आणि समस्या सोडवणे यासाठी अत्यावश्यक आहे. या मॉडेलवरील पुढील संशोधनामुळे शिकण्यातील अडचणी, ADHD, वृद्धत्व आणि न्यूरोलॉजिकल विकार यांचे आकलन अधिक स्पष्ट झाले आहे.

कार्यरत स्मृतीचे शैक्षणिक महत्त्व

कार्यरत स्मृतीचे शैक्षणिक क्षेत्रात विशेष महत्त्व आहे कारण शिकणे, समजून घेणे आणि नवीन माहिती आत्मसात करणे यामध्ये ती केंद्रस्थानी असते. वाचन आकलन (Reading Comprehension) या प्रक्रियेत कार्यरत स्मृतीची महत्त्वपूर्ण भूमिका आहे. एखादे वाक्य वाचताना वाचकाने त्यातील पहिला भाग मनात ठेवून पुढील भागाशी जोडला पाहिजे, अन्यथा संपूर्ण वाक्याचा अर्थ समजणे कठीण होते. उदाहरणार्थ, एक दीर्घ परिच्छेद वाचताना, आधीची माहिती मनात साठवून पुढील भागाशी एकत्रित केल्यावरच योग्य समज निर्माण होतो (Daneman & Carpenter, 1980). त्यामुळे वाचन समज क्षमता वाढवण्यासाठी कार्यरत स्मृतीची कार्यक्षमता आवश्यक ठरते.

गणितीय कौशल्ये (Mathematical Skills) यामध्येही कार्यरत स्मृती अत्यंत महत्त्वाची आहे. गणितातील उदाहरणे सोडवताना आकडे, सूत्रे आणि गणनात्मक प्रक्रिया तात्पुरती मनात ठेवून त्यावर विचार करावा लागतो. उदाहरणार्थ, दोन अंकी संख्यांचे गुणाकार करताना पहिला टप्पा मनात साठवून दुसऱ्या टप्प्याशी जोडणे आवश्यक असते. संशोधनात असे आढळते की गणितातील प्रगती आणि कार्यरत स्मृती क्षमता यांचा सकारात्मक संबंध आहे (Swanson & Jerman, 2006).

भाषिक विकास (Language Development) हा आणखी एक महत्त्वाचा घटक आहे. एखादी नवीन भाषा शिकताना नवीन शब्दांची आठवण ठेवण्यासाठी आणि त्यांना आधीच्या शब्दसंपत्तीसोबत जोडण्यासाठी कार्यरत स्मृती आवश्यक असते. मुलांच्या भाषिक प्रगतीत कार्यरत स्मृतीच्या ध्वन्यात्मक घटकाचा (phonological loop) उपयोग होतो, कारण मुलं ऐकलेले शब्द पुन्हा पुन्हा उच्चारून त्यांची स्मृती पक्की करतात (Baddeley, Gathercole & Papagno, 1998).

शेवटी, समस्या सोडवणे (Problem Solving) या कौशल्यात कार्यरत स्मृती केंद्रस्थानी असते. जेव्हा एखादी समस्या समोर येते तेव्हा मेंदूला अनेक पर्यायांचा विचार करावा लागतो, त्यांची तुलना करावी लागते आणि योग्य पर्याय निवडावा लागतो. या प्रक्रियेसाठी तात्पुरती माहिती मनात ठेवून तिच्यावर प्रक्रिया करणे आवश्यक असते (Logie, 2011). त्यामुळे शैक्षणिक क्षेत्रात विद्यार्थ्यांच्या निर्णयक्षमतेसाठी व विश्लेषणात्मक विचारांसाठी कार्यरत स्मृती अपरिहार्य आहे.

 कार्यरत स्मृती आणि मेंदू

कार्यरत स्मृतीची न्यूरोसायन्स दृष्टीकोनातून पाहिली तर तिचा मुख्य संबंध Prefrontal Cortex आणि Parietal Lobes या मेंदूच्या भागांशी आहे. Prefrontal Cortex हा भाग नियोजन, निर्णय घेणे आणि लक्ष केंद्रित करणे यासाठी जबाबदार आहे, तर Parietal Lobes ही माहितीचे आयोजन आणि स्थानिक (spatial) प्रक्रिया हाताळण्यासाठी महत्त्वाची भूमिका बजावतात (Smith & Jonides, 1999).

तसेच, कार्यरत स्मृतीची कार्यक्षमता काही विशिष्ट न्यूरोट्रांसमिटर्सवर अवलंबून असते. विशेषतः डोपामिन (Dopamine) आणि नॉरएड्रेनालिन (Noradrenaline) हे रसायन लक्ष केंद्रीत ठेवणे, माहिती टिकवून ठेवणे आणि मेंदूत लवचिकता निर्माण करण्यासाठी आवश्यक आहेत. डोपामिनचे संतुलन बिघडल्यास लक्ष केंद्रीत ठेवण्यात अडचणी निर्माण होतात, ज्यामुळे कार्यरत स्मृतीची क्षमता घटते (Cools & D'Esposito, 2011). म्हणूनच कार्यरत स्मृतीच्या न्यूरोबायोलॉजिकल आधारामुळे तिच्या बोधनिक कार्यांमध्ये मेंदूचे विशिष्ट भाग आणि रसायनांचे संतुलन हे निर्णायक घटक ठरतात.

 कार्यरत स्मृतीतील मर्यादा

जरी कार्यरत स्मृती शिकण्यासाठी आणि समजण्यासाठी अत्यंत आवश्यक असली तरी तिच्या काही मर्यादा आहेत. सर्वात महत्त्वाची मर्यादा म्हणजे तिची मर्यादित क्षमता. मिलर (1956) यांनी केलेल्या संशोधनानुसार साधारण 7 ± 2 घटकच कार्यरत स्मृतीत एका वेळी ठेवता येतात. त्यामुळे जास्त माहिती आल्यास ती व्यवस्थित साठवता किंवा प्रक्रिया करता येत नाही.

दुसरी मर्यादा म्हणजे मानसिक आणि शारीरिक स्थितीचा प्रभाव. तणाव, थकवा, चिंताग्रस्तता यामुळे कार्यरत स्मृतीची कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या कमी होते (Lupien et al., 2009). उदा., परीक्षा काळात तणावाखालील विद्यार्थ्यांची वाचन किंवा गणिती कार्यक्षमता घटलेली दिसते.

याशिवाय, काही वैकासिक व शिकण्यातील अडचणी (Learning Disabilities) असलेल्या मुलांमध्ये कार्यरत स्मृती कमकुवत असते. ADHD असलेल्या मुलांमध्ये लक्ष विचलित होणे आणि कार्यरत स्मृती टिकवून ठेवण्यात अडचण आढळते (Martinussen et al., 2005). त्यामुळे अशा मुलांना शैक्षणिक प्रक्रियेत विशेष मदत आवश्यक असते.

 कार्यरत स्मृती वाढवण्याचे उपाय (# याविषयावरील स्वतंत्र लेख पहा)

• Chunking (तुकडे करणे) – मोठी माहिती लहान गटात विभागणे.
• Rehearsal (पुनरावृत्ती) – माहिती पुन्हा पुन्हा म्हणणे.
• Visualization (दृश्य कल्पना) – शब्दांच्या जागी चित्रांचा वापर करणे.
• Mind Games – पझल्स, मेमरी गेम्स, ध्यान व मेंदू प्रशिक्षण सराव.
• आरोग्यदायी जीवनशैली – पुरेशी झोप, संतुलित आहार आणि व्यायाम.

 समारोप:

कार्यरत स्मृती ही आपल्या दैनंदिन जीवनातील प्रत्येक कृतीचा पाया आहे. शिकणे, वाचन, गणित, निर्णयक्षमता, संवाद आणि सामाजिक परस्परसंवाद हे सर्व तिच्यावर अवलंबून असतात. तिचे महत्त्व समजून घेतल्यास आपण शैक्षणिक पद्धती सुधारू शकतो, शिकण्यातील अडचणींवर उपाय शोधू शकतो, तसेच बोधनिक क्षमता वाढवण्यासाठी नवे प्रयोग करू शकतो.

 

(सर्व चित्रे आणि इमेजेस google वरून साभार)

संदर्भ:

Atkinson, R. C., & Shiffrin, R. M. (1968). Human memory: A proposed system and its control processes. In K. W. Spence & J. T. Spence (Eds.), The psychology of learning and motivation (Vol. 2, pp. 47–89). Academic Press.

Baddeley, A. D. (1996). Exploring the central executive. Quarterly Journal of Experimental Psychology, 49(1), 5–28.

Baddeley, A. D. (2000). The episodic buffer: A new component of working memory? Trends in Cognitive Sciences, 4(11), 417–423.

Baddeley, A. D. (2012). Working memory: Theories, models, and controversies. Annual Review of Psychology, 63, 1–29.

Baddeley, A. D., & Hitch, G. J. (1974). Working memory. In G. H. Bower (Ed.), The psychology of learning and motivation (Vol. 8, pp. 47–89). Academic Press.

Baddeley, A. D., Gathercole, S. E., & Papagno, C. (1998). The phonological loop as a language learning device. Psychological Review, 105(1), 158–173.

Baddeley, A. D., Thomson, N., & Buchanan, M. (1975). Word length and the structure of short-term memory. Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior, 14(6), 575–589.

Cools, R., & D'Esposito, M. (2011). Inverted-U–shaped dopamine actions on human working memory and cognitive control. Biological Psychiatry, 69(12), e113–e125.

Cowan, N. (2001). The magical number 4 in short-term memory: A reconsideration of mental storage capacity. Behavioral and Brain Sciences, 24(1), 87–185.

Cowan, N. (2008). What are the differences between long-term, short-term, and working memory? Progress in Brain Research, 169, 323–338.

Daneman, M., & Carpenter, P. A. (1980). Individual differences in working memory and reading. Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior, 19(4), 450–466.

Engle, R. W. (2002). Working memory capacity as executive attention. Current Directions in Psychological Science, 11(1), 19–23.

Logie, R. H. (1995). Visuo-spatial working memory. Lawrence Erlbaum.

Logie, R. H. (2011). The functional organization and capacity limits of working memory. Current Directions in Psychological Science, 20(4), 240–245.

Lupien, S. J., Maheu, F., Tu, M., Fiocco, A., & Schramek, T. E. (2009). The effects of stress and stress hormones on human cognition: Implications for the field of brain and cognition. Brain and Cognition, 65(3), 209–237.

Martinussen, R., Hayden, J., Hogg-Johnson, S., & Tannock, R. (2005). A meta-analysis of working memory impairments in children with attention-deficit/hyperactivity disorder. Journal of the American Academy of Child & Adolescent Psychiatry, 44(4), 377–384.

Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. Psychological Review, 63(2), 81–97.

Miyake, A., Friedman, N. P., Emerson, M. J., Witzki, A. H., & Howerter, A. (2000). The unity and diversity of executive functions and their contributions to complex “frontal lobe” tasks: A latent variable analysis. Cognitive Psychology, 41(1), 49–100.

Smith, E. E., & Jonides, J. (1997). Working memory: A view from neuroimaging. Cognitive Psychology, 33(1), 5–42.

Smith, E. E., & Jonides, J. (1999). Storage and executive processes in the frontal lobes. Science, 283(5408), 1657–1661.

Swanson, H. L., & Jerman, O. (2006). Math disabilities: A selective meta-analysis of the literature. Review of Educational Research, 76(2), 249–274.