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發現記憶「神奇數字」的心理學家──米勒誕辰|科學史上的今天:2/3

張瑞棋_96
・2015/02/03 ・851字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

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試著背下這組數字:26535897932384626433。三、二、一,好了,你能背出幾個數字?我猜不會超過 9 個,但也不會低於 5 個。

平均而言,一般人能記得的個數就是 7 正負 2 這個區間,這是美國心理學家米勒 (George Armitage Miller) 在 1956 年發表的論文《神奇的數字:7±2》中得出的結論。

喬治.A.米勒。圖/Harvard University/Fair Use Only

當時已經知道記憶可分為短期記憶與長期記憶,短期記憶像個暫存區,有用的資訊才放進長期記憶保存,其餘的就隨記隨忘。因此短期記憶的儲存容量不需要大,但到底有多小?米勒卻透過實驗證明不管是數字、字母、顏色,或是事物,大部分人平均最多只能同時塞進七項。不過所謂七項並不一定是個別的項目,也可以是由幾個項目組成的「組塊」,例如記電話號碼時,會拆成 09xx-xxx-xxx 三個組塊。

米勒這個實驗的意義不只在於找出短期記憶的限制,更在於這個實驗本身所具的時代意義。因為當時的心理學是行為主義當道,主張只有明確客觀的外在行為才可以觀測,才值得研究;相對地,心智、記憶這些無形的東西看不見、摸不著,根本不符合科學。

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米勒就是在這樣的氛圍之下,甘逆潮流,另闢蹊徑,為心理學開拓出另一片天地,因而成為認知心理學的先驅之一。當他於 1960 年與同事布魯納 (Jerome S. Bruner) 在哈佛大學創立「認知研究中心」,更等於是揚起大旗與主流的行為主義相抗衡了。

1986 年,米勒回到他最早的研究主題:語言。他結合多年來在認知心理學的研究,帶領普林斯頓大學的團隊開發出一套以語意作為關聯的大型文字資料庫── WordNet。如今在許多自然語言處理、搜尋引擎等程式語言或演算法中都可見到它的身影;Google 的 AdSense 廣告技術即是源自 WordNet。

米勒當年率先運用電腦進行認知心理學的實驗,晚年則反過來運用認知心理學開拓電腦與網路上的應用,真可謂是開創型的大師,也難怪被喻為二十世紀最有影響力的實驗心理學家之一。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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假新聞、不喜歡上學、像火箭科學家一樣思考|科學生陪你讀!11月書單
Student.PanSci_96
・2020/11/11 ・1935字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

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科普閱讀是培養科學素養的核心關鍵!泛科學、南一書局、科學月刊合作打造《科學生線上學習平台》,提供搭配課程進度的「科普閱讀」文章題組,幫助孩子掌握關鍵資訊,並透過不定期的新知補充,與科學潮流接軌。因此,科學生將在每月推出陪你一起讀科普書單!

 

本月科學生書單邀請到鄭國威(泛科學創辦人、泛科知識知識長),為我們推薦一系列適合老師、家長、國中生一起閱讀的好書。

《學生為什麼不喜歡上學?:認知心理學家解開大腦學習的運作結構,原來大腦喜歡這樣學》

特別推薦給:老師★★★

作者丹尼爾・威靈漢是位認知心理學家,他以清楚流暢的文字,恰到好處的案例,揭開了隱藏在關鍵學習問題背後的大腦機制。

我們都希望培養學生思辨能力、擁有好的記憶力、理解抽象概念,幫學得慢的學生提升速度,但與其一直關注班級、或是個人這樣的單位,其實大腦才是教育者該花更多工夫破解的。

對大腦來說,理解新事物,就是把新事物跟已知事物連結起來,不懈地練習很重要,但也要符合大腦的節奏,予以適當間隔,而不是猛K書,給大腦知識轉移以加強記憶的時間。本書每一章節都是專為教育者而寫,案例豐富,譯筆流暢,有實際操作的細節建議,值得每一位家長跟教育工作者讀三遍;如果有空,就讀十遍。


《像火箭科學家一樣思考:9大策略,翻轉你的事業與人生》

特別推薦給:家長★★★

人生那怕只聽到一個真實的、具有啟發性的案例故事,便能足以讓一個人反思自身作為、徹底改變思維,一輩子受用。

本書作者歐贊‧瓦羅(Ozan Varol)是土耳其移民,懷抱天文夢的他參與2003年的「火星探測漫遊者計畫」,送兩部探測車登陸火星;以及「卡西尼-惠更斯號任務」,將無人探測船送上土星。

他不僅是位火箭科學家、律師,也是屢獲殊榮的法律學教授與作家,他從古往今來的科學科技史中,搜羅了許多力道十足的案例,讓我在閱讀過程中不斷反思,某些段落常常令我起了滿身雞皮疙瘩,然後重看一遍。書中介紹的思考策略,適合你隨時拿起,重複閱讀,轉化成自己以及孩子的未來能力。

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《假新聞【21世紀公民的思辨課】:後事實時代,究竟是誰在說謊?德國權威記者帶你直擊「謊言媒體」亂象,揭露「假新聞」與它們的產地!》

特別推薦給:國中生★★★

臺灣的記者形象有多糟呢?在我近三年上百次演講中,我每回都會問現場的參加者:「覺得記者是被社會尊重的一種專業的人,請舉手。」從來沒有人舉過手,即使聽眾是傳播科系的大學生。

說到記者,在德國或許還沒有臺灣形象那麼低落,但我認為本書作者卡洛尼娜・庫拉這位德國的資深記者,也同樣感受到新聞這門專業被輕賤跟低估,實是假新聞問題的根源。她在這本書裡以德國語境下的「謊言媒體」作為討論對象,也聚焦了幾個對德國來說特別重要的案例,如與難民相關的各種假訊息。而夾在俄國與美國兩方之間的德國,其實處境跟臺灣有點類似。

庫拉認為,重建信任的第一步就是讓新聞媒體的工作透明化。她簡要地從德國資深記者的角度描述了新聞工作的日常與特殊,理想與現實。獲得科技賦予強大傳播能力後的「網友」,也該在轉發分享任何一則消息之前,以新聞倫理要求自己,而不是像個巨嬰一樣。本書份量跟難度都適合國中階段的同學,建議老師適當引導。


你是國中生或家有國中生或正在教國中生?
科學生跟著課程進度每週更新科學文章並搭配測驗。來科學生陪你一起唸科學!

Student.PanSci_96
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智力會隨著年齡衰退,那麼年輕人真的比較聰明嗎?
何晨瑋 Vicky Ho_96
・2020/09/12 ・2563字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

有沒有曾經聽見長輩對年輕人說:「年輕人真的特別有創意!」又或者,也有人常常這麼說:「果然薑(前輩)還是老的辣啊!」

到底是年輕人比較厲害,還是閱歷豐富的長輩更勝一籌呢?

其實,這些敘述大致上都是對的,而且背後都有科學理論概念的支持。

沒想到吧!這些敘述跟心理學有關!

在差異心理學的領域中,對於智力的廣義定義是:「迅速學會複雜知識,並解決問題的總合能力,包含完成作業的速度及難度等」。

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所謂的智力高、很聰明,到底是什麼東東?(圖/Giphy)

智力由什麼組成呢?雖然不同心理學家有不同看法,但多數皆認同為智力有某種程度的共通性,也就是所有智力測驗中都會討論的內容普通因素(general factor,G factor),包含了:理解並掌握事件的概念、推論事件間的關係,或是從已知知識類推至新事件等。

不同的智力型態,衰退速度也不一樣

心理學家卡特爾(Raymond B. Cattell)在 1963 年提出「流體和晶體智力理論」來解釋1,將智力分類成兩種獨立的智力型態

  • 流體智力:泛指個體天生的能力,包含邏輯推理、抽象思維等解決新穎問題的能力。
  • 晶體智力:經由後天的經驗和教育所獲得的知能。

針對流體智力與晶體智力的研究指出,兩者會隨著年齡的增長而有不同的發展與衰退的程度。

年紀輕輕就變笨?20歲時,我們的流體智力就可能開始衰退了。(圖/Giphy)

流體智力的功能,主要依靠前額葉皮層2中的工作記憶3,因此前額葉發展趨於成熟的 20 歲左右會達到頂峰,逐漸隨著年齡開始衰退4其中,又因為人類面臨老和腦部病變時候,前額葉的變化速度會比其他皮質區域快,因此在老年時流體智力會衰退得更快。5

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雖然隨著年紀增長,不可避免都會有智力下降的情形,但與流體智力相比之下,晶體智力就衰退得比較慢

流體智力是你創意的泉源,卻容易衰退!

流體智力( Fluid intelligence, g f ),是一種不需要依賴任何現有的知識,只要透過邏輯推理、抽象思維,就可以解決新穎問題的能力。

在非語言性,或需創意的作業中,如數學、腦筋急轉彎等,由於需要跳出既有思維,才能發現解決方法,因此流體智力在這個類型的解題過程中,扮演相當重要的角色。

叮咚!恭喜你,被靈光一閃拜訪囉!(圖/Giphy)

流體智力強調對於新奇問題的抽象推理,不受特定知識或語言的限制,主要以非語文測驗測量。

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常見的包含瑞文氏測驗(Raven Progressive Matrices,RPM)6,該測驗強調文化公平性,以圖形為試題,測量不同文化下學童的智力及認知推理的能力,亦顯示流體智力不受文化因素的影響。

薑是老的辣?由經驗累積而成的晶體智力!

晶體智力(Crystallized intelligence, g c)是透過教育及過去學習經驗所學到的知識或技能等,它代表文化知識方面的智力,是透過後天學習或經驗而習得,包括一般常識、語文理解、數學能力和應付社會情況的能力等。

與流體智力不同之處,它不需要跳出箱子思考,只要透過既有知識慢慢推理,就可以理解當前的新知,甚至解決問題。

不論是學習知識的媒介,或是智力測驗的方式,「語言」則晶體智力中都扮演重要角色,所以「文化因素」在晶體智力中也有深遠的影響,像是在母語的閱讀理解或文法等作業中,多是依靠過去的知識積累而成,我們所學習並維持的知識,也屬於晶體智力。

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晶體智力,讓你能夠累積整個人生的經驗,轉化為解決問題的辦法!(圖/Pixabay)

雖然流體及晶體智力,說明我們所擁有的兩種不同的能力,看似相互獨立,但不表示兩者間沒有合作,只是涉入程度不同。

例如,在學習微積分的同時,不全然僅靠流體智力就可以完成,其中晶體智力,包含過去所學的定理公式,這時就扮演重要角色。

有沒有方法可以讓人變老卻不變笨?

正如上述所說,流體智力會在青春期後開始走下坡,相對而言,晶體智力衰退的比較慢,主要可以透過後天的學習來維持特定知識。

其中,心理學家 Susanne M. Jaeggi 和同事(2008)7要求參與者執行高強度的工作記憶(短期記憶)的作業,分別為期 8、12、17 或 19 天四個實驗組別。

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實驗結束後發現,參與者的流體智力有明顯的進步,尤其是參與天數較多的組別,因此研究團隊推論流體智力可以通過訓練來改善。

然而,Redick(2013)8重複相同實驗,卻未發現相同結果。在短時間內進行密集且困難的大腦認知訓練,並不意味同樣技術我們適用於生活中,所以 Jaeggi 的研究結果仍被視為有爭議的。

不想變笨?那就常常動用你的小腦袋吧!(圖/Giphy)

在短期內,進行大量的認知訓練,是否可以增進我們的流體智力,目前學界並沒有相同的看法或結論,但如果希望自己可以保持在思考的靈活度,或是維持一定水準的智力程度,「活到老,學到老」的不斷學習則是不二法門,不僅能幫助自己時刻獲取新知外,亦能增進大腦突觸的連結性。

參考資料

  1. Cattell, R. B. (1963). Theory of fluid and crystallized intelligence: A critical experiment. Journal of Educational Psychology, 54, 1–22. doi:org/10.1037/h0046743
  2. Dehn, Milton J. Long-Term Memory Problems in Children and Adolescents John Wiley & Sons, 2010, p. 69
  3. Kyllonen, Patrick C.; Christal, Raymond E. (1990). “Reasoning ability is (little more than) working-memory capacity?!”. Intelligence. 14 (4): 389–433. doi:10.1016/S0160–2896(05)80012–1.
  4. Cacioppo, John T.; Freberg, Laura. Discovering Psychology: The Science of Mind. Cengage Learning, 2012, p. 448
  5. Fuster, Joaquin. The Prefrontal Cortex Elsevier, 2008, p. 44
  6. 瑞文氏測驗的設計,正是為了避免多數智力測驗的弊病-以文字描述為試題,對於較不強調語言導向的特定文化學童,在閱讀試題本身就會造成困難,更不用說可以在測驗中答對。
  7. Jaeggi, Susanne M., et al. “Improving Fluid Intelligence with Training on Working Memory.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 105, no. 19, 2008, pp.6829–6833,
  8. Redick, Thomas S., et al. “No Evidence of Intelligence Improvement After Working Memory Training: A Randomized, Placebo-Controlled Study.” Journal of Experimental Psychology: General, vol. 142, no. 2, 2013, pp. 359–379.
何晨瑋 Vicky Ho_96
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