작업 기억 모델 (r2)

음운루프는 앨런 배드들리와 그레이엄 히치가 제안한 다중요소 모델의 하위 체계 중 하나로, 언어적 정보를 일시적으로 저장하고 조작하는 역할을 담당한다. 이 구성 요소는 주로 음성 기반 정보, 즉 말소리와 단어를 처리한다. 음운루프는 다시 두 개의 하위 요소로 구성된다. 하나는 음운 정보를 약 1.5~2초 정도 일시 보관하는 수동적 저장소인 음운 저장소이며, 다른 하나는 저장된 정보를 망각으로부터 보호하기 위해 내부적으로 되뇌는 과정인 조음 제어 과정이다.

되뇌기 과정은 정보를 유지하는 핵심 메커니즘이다. 예를 들어, 전화번호를 기억할 때 마음속으로 반복해서 말하는 행위가 이에 해당한다. 이 과정은 조음 억제 현상을 통해 설명될 수 있다. 무의미한 음절을 반복적으로 발성하도록 하는 조음 과제를 수행하면, 음운 저장소에 보관 중인 언어적 정보의 기억이 방해받는 현상이 발생한다. 이는 조음 과정과 음운 저장소가 동일한 자원을 공유함을 시사한다.

음운루프의 기능과 용량은 여러 실험을 통해 측정된다. 대표적으로 단어 길이 효과가 있다. 발음하는 데 시간이 더 오래 걸리는 긴 단어 목록을 기억하는 것이 짧은 단어 목록을 기억하는 것보다 어렵다. 이는 음운 저장소의 정보가 약 2초 내에 퇴색되기 때문이며, 되뇌기 속도가 기억 가능한 항목 수를 결정하는 주요 요인임을 보여준다. 또한, 음운적으로 유사한 단어 목록(예: '골, 물, 볼')을 기억하는 것이 음운적으로 다른 단어 목록을 기억하는 것보다 더 어려운 음운 유사성 효과도 음운 저장소의 특성을 반영한다.

음운루프는 일상적인 언어 이해, 특히 긴 문장이나 복잡한 구문을 듣고 의미를 파악하는 데 필수적이다. 또한 새로운 단어의 학습, 특히 그 소리 형태를 기억하는 초기 단계에서 중요한 역할을 한다.

시공간 스케치패드는 앨런 배드들리와 그레이엄 히치가 제안한 다중요소 모델의 두 번째 하위 체계로, 시각적 및 공간적 정보를 일시적으로 저장하고 조작하는 역할을 담당한다. 이는 음운루프가 언어적 정보를 처리하는 것과 유사하게, 시각적 심상과 공간적 배열에 관한 정보를 유지한다. 시공간 스케치패드는 마음속의 '눈'으로 사물의 모양, 색상, 위치, 움직임 경로 등을 떠올리고 조작할 수 있게 해준다.

이 하위 체계는 크게 시각적 정보와 공간적 정보를 처리하는 두 가지 측면으로 나눌 수 있다. 시각적 측면은 물체의 정적 특성(예: 모양, 색깔, 질감)을 다루고, 공간적 측면은 위치, 방향, 움직임 등 동적인 공간 관계를 처리한다. 예를 들어, 누군가에게 길을 설명할 때 머릿속으로 지도를 그려보거나, 체스판에서 다음 수를 생각할 때 말들의 위치를 머릿속에서 움직여 보는 일은 모두 시공간 스케치패드의 작용이다.

시공간 스케치패드의 용량은 제한적이며, 정보는 비교적 빠르게 소멸된다. 또한, 시각적 정보와 공간적 정보를 동시에 처리하려고 하면 서로 간섭이 발생하여 성능이 저하될 수 있다. 이는 주로 시각적 정보를 처리하는 작업(예: 색깔 기억하기)과 공간적 정보를 처리하는 작업(예: 위치 기억하기)이 서로 다른 자원을 사용하기 때문이다.

신경과학 연구에 따르면, 시공간 스케치패드의 기능은 주로 뇌의 우반구 후두엽과 두정엽, 특히 우측 두정엽과 깊은 관련이 있다[3]. 이 영역이 손상되면 시공간 정보를 기억하거나 조작하는 능력에 심각한 결함이 나타날 수 있다.

중앙집행기는 앨런 배드들리와 그레이엄 히치가 제안한 다중요소 모델의 핵심 구성 요소이다. 이 모델에서 중앙집행기는 시스템의 통제자 역할을 하며, 제한된 주의 자원을 할당하고 조정하는 기능을 담당한다. 그것은 음운루프와 시공간 스케치패드와 같은 하위 체계들의 활동을 감독하고, 정보의 흐름을 조절하며, 장기기억과의 상호작용을 관리한다.

중앙집행기의 주요 기능은 다음과 같이 요약할 수 있다.

이 구성 요소는 단일하고 일원화된 구조라기보다는 여러 제어 기능들의 집합체로 이해된다. 예를 들어, 복잡한 문제를 해결할 때는 문제의 조건을 시공간 스케치패드에 유지하면서, 필요한 계산 절차를 음운루프를 통해 반복하고, 관련된 배경 지식을 장기기억에서 불러오는 과정이 동시에 요구된다. 중앙집행기는 이러한 다중 과정을 조율하고 자원의 경쟁을 해결한다.

중앙집행기의 용량은 제한되어 있으며, 이 제한은 개인차의 주요 원인이 된다. 그 기능은 전형적으로 이중 과제 수행을 통해 측정된다. 예를 들어, 숫자 외우기와 동시에 도형을 회전시키는 과제에서 두 하위 체계의 활동을 조정해야 하는 부하가 중앙집행기에 가해진다. 연구에 따르면, 중앙집행기 기능의 결함은 주의력결핍 과잉행동장애나 알츠하이머병과 같은 다양한 임상 상태와 연관된다[4].

앨런 배드들리와 그레이엄 히치는 2000년에 기존의 다중요소 모델을 확장하여 네 번째 구성 요소인 일화적 완충기를 제안했다. 이는 음운루프, 시공간 스케치패드, 중앙집행기가 상호작용하는 정보를 일시적으로 통합하고 저장하는 제한된 용량의 저장 시스템이다.

일화적 완충기의 주요 기능은 다양한 하위 시스템(언어적, 시공간적 정보)과 장기기억에서 유래한 정보를 하나의 통합된 일화적 표현으로 결합하는 것이다. 이는 복잡한 인지 작업, 예를 들어 이야기 이해, 미래 상황 계획, 또는 새로운 환경에서 길 찾기 등을 가능하게 한다. 또한, 시간적 순서로 정보를 조직하는 데에도 관여하는 것으로 여겨진다.

이 구성 요소의 도입은 기존 모델이 설명하기 어려웠던 몇 가지 현상을 설명하기 위한 것이었다. 특히, 단일 하위 시스템(음운루프나 시공간 스케치패드)의 용량을 초과하지 않으면서도 두 가지 이상의 정보 소스를 통합해야 하는 과제에서 나타나는 수행 저하를 설명할 수 있다. 예를 들어, 시각적 장면을 언어로 설명하거나, 지도와 구두 설명을 결합하여 경로를 찾는 작업 등이 이에 해당한다.

일화적 완충기의 정확한 신경 기제와 구조는 여전히 활발한 연구 주제이며, 특히 내측 측두엽과 전전두엽 피질의 상호작용이 중요한 역할을 하는 것으로 추정된다[5].

코웬의 임베디드-프로세스 모델은 작업 기억을 독립된 저장 시스템이 아닌, 장기 기억 시스템의 활성화된 부분으로 개념화한 이론이다. 이 모델은 배드들리와 히치의 다중요소 모델과 같은 다중 저장고 모델과 대비되며, 작업 기억과 장기 기억 사이의 경계를 모호하게 만든다. 핵심 아이디어는 작업 기억이 장기 기억에 '내재된(embedded)' 집중된 주의의 과정이라는 것이다.

이 모델에서 정보는 장기 기억에 저장된 표상이 활성화된 상태로 작업 기억에 존재한다. 이 활성화는 주의의 초점에 의해 유지된다. 주의의 초점은 매우 제한된 용량(약 3~4개의 항목)을 가지며, 이 안의 정보가 의식적으로 접근 가능한 작업 기억의 핵심이 된다. 주의 초점 바깥에는 활성화 수준이 낮아져 빠르게 소멸될 수 있는, 보다 넓은 '활성화된 장기 기억' 영역이 존재한다. 이 영역의 정보는 주의 초점으로 끌어올려질 수 있다.

이 모델은 단기간의 정보 유지가 별도의 저장고(예: 음운루프)가 아닌, 활성화 상태의 유지에 의존한다고 설명한다. 또한, 작업 기억 과제 수행이 개인의 장기 기억에 축적된 지식과 전문성에 크게 영향을 받는 현상을 잘 설명한다. 예를 들어, 숫자 외우기보다는 익숙한 주제에 대한 문장을 더 잘 기억할 수 있는 것은 해당 지식 구조(스키마)가 장기 기억에서 효율적으로 활성화되기 때문이다.

에릭슨과 킨트슈의 LTM 활성화 모델은 작업 기억을 독립된 저장 시스템이 아닌, 장기 기억의 활성화된 부분으로 개념화한 이론이다. 이 모델은 앨런 배드들리의 다중요소 모델과 대비되며, 작업 기억과 장기 기억 사이의 경계를 모호하게 만든다. 이들의 핵심 주장은 작업 기억의 내용이 사실상 장기 기억 내에 저장된 정보의 활성화 상태에 불과하다는 것이다. 즉, 정보가 일시적으로 유지되는 것은 해당 정보가 장기 기억에서 활성화되어 주의의 초점에 놓이기 때문이다.

이 모델에서 작업 기억의 용량 제한은 장기 기억에서 동시에 활성화될 수 있는 정보의 양, 그리고 이를 유지하는 주의 자원의 제한으로 설명된다. 정보의 활성화 수준은 주의를 통해 유지되며, 주의가 떠나면 활성화는 서서히 감소하여 망각이 일어난다. 이 관점은 작업 기억 과제 수행이 개인의 기존 장기 기억 지식 구조(예: 스키마)에 크게 의존한다는 사실을 잘 설명한다. 예를 들어, 익숙한 단어 리스트를 기억하는 것이 무의미한 음절을 기억하는 것보다 훨씬 쉽다.

이 모델은 작업 기억과 장기 기억의 통합적 관계를 강조하며, 학습과 이해 같은 고차 인지 과정을 설명하는 데 강점을 보인다. 텍스트 이해나 문제 해결 과정에서, 관련된 배경 지식이 장기 기억에서 활성화되어 작업 기억 공간에서 조작되고 통합된다. 따라서 작업 기억은 새로운 정보 처리의 장소이자, 동시에 기존 지식을 활용하는 통로 역할을 한다. 이 접근법은 작업 기억을 단순한 정보 보관함이 아니라, 역동적인 인지 처리의 핵심으로 재정의한다.

전두엽 피질은 작업 기억의 중추적 조절 및 실행 기능을 담당하는 핵심 뇌 영역이다. 특히 전두엽의 배외측 전전두피질(DLPFC)은 정보의 일시적 유지, 조작, 갱신과 같은 고차원적 처리 과정에 깊이 관여한다[7]. 이 영역의 활성화는 정보를 머릿속에 '붙잡아 두는' 능력과 직접적으로 연관되어 있다.

전두엽 피질 내에서도 하위 영역들은 서로 다른 역할을 분담한다. 배외측 전전두피질은 공간적 정보나 언어적 정보와 같은 내용에 특화된 형태로 정보를 유지하는 데 기여하는 반면, 전대상피질(ACC)은 주의 자원의 할당과 갈등 모니터링을 담당하여 작업 기억 수행 중 오류를 감지하고 수정하는 과정에 관여한다. 또한, 안와전두피질(OFC)은 정보의 우선순위를 매기고 억제 통제를 조절하는 데 역할을 한다.

신경생리학적 연구에 따르면, 전두엽 피질의 신경 세포 집단은 특정 정보를 처리하는 동안 지속적인 발화 활동을 보이며, 이는 정보의 일시적 저장의 생물학적 기초로 여겨진다. 이러한 활동은 도파민과 같은 신경전달물질 시스템의 조절을 받는다. 도파민 신호의 이상은 작업 기억 결함과 연결되며, 이는 주의력결핍 과잉행동장애나 정신분열증과 같은 여러 임상 상태에서 관찰된다.

전두엽 피질은 단독으로 작동하지 않으며, 두정엽, 측두엽, 그리고 기저핵 및 소뇌와 같은 피질하 구조와의 긴밀한 네트워크를 형성하여 작업 기억을 지원한다. 예를 들어, 전두엽-두정엽 네트워크는 정보의 유지와 주의적 조절에 필수적이다. 따라서 작업 기억은 전두엽을 중심으로 한 분산된 뇌 네트워크의 협력적 산물이다.

작업 기억의 신경 기반은 전두엽 피질, 특히 배외측전전두피질(DLPFC)에 주로 집중되어 설명되지만, 두정엽(parietal lobe) 또한 핵심적인 역할을 담당한다. 특히 하두정소엽(inferior parietal lobule)과 상두정소엽(superior parietal lobule)은 정보의 일시적 저장과 조작, 그리고 주의 자원의 할당에 관여한다. 이 영역들은 감각 정보를 통합하고 공간적 표상을 유지하는 데 중요하며, 시공간 스케치패드의 기능과 밀접하게 연결되어 있다.

또한, 후두엽(occipital lobe)의 시각 피질 영역은 시각적 정보의 초기 처리를, 측두엽(temporal lobe)은 청각 정보 및 언어적 정보의 처리와 관련된다. 대뇌변연계(limbic system)의 일부인 해마(hippocampus)는 단기 기억에서 장기 기억으로의 정보 전환에 기여하며, 작업 기억 과제에서 새로운 정보의 통합에 관여한다. 기저핵(basal ganglia)과 소뇌(cerebellum)는 정보 처리의 속도와 정확성, 그리고 습관화된 절차의 실행에 관여하여 작업 기억의 효율적인 운영을 지원한다.

이러한 다양한 뇌 영역들은 복잡한 신경 네트워크를 형성하며 협력한다. 예를 들어, 전두-두정 네트워크(fronto-parietal network)는 작업 기억의 핵심 제어 시스템으로 간주된다. 이 네트워크에서 전두엽은 상위 인지 통제와 의사 결정을 담당하고, 두정엽은 정보의 유지와 조작을 담당하는 분업 체계가 존재한다[8]. 따라서 작업 기억은 단일 뇌 영역의 기능이 아니라, 여러 영역이 동적으로 상호작용하는 분산 처리 시스템의 결과물이다.

작업 기억은 주의 및 집중력과 밀접하게 상호작용하는 핵심 인지 체계이다. 작업 기억은 제한된 용량을 가지므로, 외부 정보를 처리하거나 내부적으로 정보를 유지하기 위해서는 선택적 주의가 필수적이다. 주의 메커니즘은 관련 정보를 작업 기억에 등록시키고, 무관한 정보나 방해 요소를 걸러내는 '게이트' 역할을 한다[10]. 이 과정이 효율적이지 못하면, 작업 기억은 쉽게 과부하 상태에 빠지고 수행 능력이 저하된다.

반대로, 작업 기억의 능력은 주의를 유지하고 통제하는 데 직접적인 영향을 미친다. 예를 들어, 중앙집행기는 주의 자원을 할당하고, 갈등 상황에서 주의를 전환하며, 현재 목표와 무관한 생각이나 반응을 억제하는 데 관여한다. 따라서 작업 기억, 특히 중앙집행기의 효율성은 지속적 주의와 분산 주의 과제의 성패를 좌우하는 주요 요인이다.

작업 기억과 주의의 관계는 다음 표와 같이 몇 가지 핵심 측면에서 요약될 수 있다.

이러한 강한 연관성 때문에, 주의력결핍 과잉행동장애와 같은 임상 조건에서는 주의 결함과 작업 기억 결함이 종종 공존한다. 실험적으로는, 이중 과제를 수행할 때 주의 자원이 분산되면 작업 기억 과제의 수행이 현저히 떨어지는 현상을 관찰할 수 있다. 결국 작업 기억은 주의를 필요로 하는 인지 활동의 작업장이자, 주의를 조절하는 실행 체계의 일부로 기능한다고 볼 수 있다.

작업 기억은 새로운 정보를 학습하고 복잡한 문제를 해결하는 데 필수적인 인지 자원이다. 학습 과정에서 작업 기억은 새로운 정보를 일시적으로 보유하고, 기존 장기 기억에 저장된 지식과 연결하며, 통합된 심적 표상을 형성하는 역할을 한다. 예를 들어, 새로운 개념을 이해할 때는 그 정의를 머릿속에 유지하면서 관련된 예시나 기존 개념과 비교하는 과정이 필요하며, 이 모든 과정은 작업 기억 공간 내에서 이루어진다.

문제 해결에서 작업 기억의 핵심 기능은 여러 단계와 요소를 동시에 고려하고 조작하는 능력이다. 복잡한 수학 문제를 풀 때, 문제의 조건을 기억하고, 적용 가능한 공식을 떠올리며, 중간 계산 결과를 임시로 저장하는 일련의 과정은 작업 기억의 용량과 처리 효율성에 크게 의존한다. 작업 기억 용량이 제한적이면 문제의 여러 측면을 동시에 고려하거나 여러 단계를 거쳐야 하는 해결 전략을 실행하는 데 어려움을 겪을 수 있다.

작업 기억과 학습 효율성의 관계는 다음과 같은 표로 요약할 수 있다.

연구에 따르면, 작업 기억 용량이 높은 개체는 새로운 언어를 배우거나 복잡한 논리를 이해하는 데 더욱 효과적이다[11]. 또한, 작업 기억은 단순히 정보를 저장하는 것을 넘어, 정보를 능동적으로 처리하고 변형하는 능력, 즉 '심적 작업 공간'으로서의 기능이 문제 해결의 창의성과 유연성에 기여한다. 따라서 작업 기억은 지식을 습득하고 적용하는 고차원적 인지 활동의 토대를 제공한다.

작업 기억은 언어의 이해와 산출 과정에서 핵심적인 역할을 수행한다. 언어 이해, 특히 문장이나 담화와 같은 복잡한 언어를 처리할 때는 단어의 의미, 문법적 관계, 선행사 등을 일시적으로 유지하고 통합해야 한다. 예를 들어, "그녀는 어제 서점에서 산 그 책을 친구에게 빌려주었다"라는 문장을 이해하려면 '그 책'이 가리키는 대상을 파악하기 위해 앞서 언급된 정보를 작업 기억에 보유해야 한다. 이러한 통합 과정이 원활하지 않으면 문장의 의미를 파악하는 데 어려움을 겪게 된다.

언어 산출, 특히 계획된 발화를 할 때도 작업 기억은 필수적이다. 화자는 의사소통하고자 하는 전체적인 아이디어를 유지하면서, 적절한 어휘를 선택하고 문법적으로 정확한 문장 구조로 배열해야 한다. 이 과정에서 음운루프는 선택된 단어들의 음운적 형태를 잠시 저장하고 재검토하여 발화의 유창성을 돕는다. 복잡한 설명이나 논증을 구사할 때는 여러 개념과 그 관계를 동시에 처리해야 하므로, 중앙집행기의 자원 할당 및 통제 기능이 중요하게 작용한다.

연구에 따르면, 작업 기억 용량이 개인마다 차이가 있으며, 이는 언어 능력의 차이와도 관련이 있다. 작업 기억 용량이 높은 사람들은 일반적으로 더 복잡한 문장 구조를 이해하고 산출하는 능력이 뛰어난 것으로 나타난다. 반면, 작업 기억에 결함이 있는 경우, 문장 이해력 저하, 대화 중 주제 이탈, 문법적 오류 증가 등의 언어적 어려움을 보일 수 있다[12].

아래 표는 작업 기억이 언어 처리의 두 주요 측면에 어떻게 기여하는지 요약한다.

작업 기억의 용량과 기능을 평가하는 가장 기본적인 방법은 단순 과제와 이중 과제를 사용하는 것이다. 단순 과제는 피험자가 하나의 인지 과제에만 집중하도록 요구하는 반면, 이중 과제는 두 가지 과제를 동시에 수행하도록 하여 작업 기억의 처리 용량과 자원 분배 능력을 측정한다.

단순 과제의 대표적인 예로는 숫자 바로 따라 말하기 과제가 있다. 이 과제에서는 검사자가 일련의 숫자를 불러주면 피험자는 그 순서 그대로 따라 말해야 한다. 정확하게 따라 말할 수 있는 최대 숫자 길이는 그 개인의 음운루프 용량을 간접적으로 반영한다. 비슷하게, 문장 폭 과제는 문장을 듣거나 읽은 후 마지막 단어들을 순서대로 회상하도록 하여 언어적 작업 기억을 평가한다. 시공간적 작업 기억을 측정하기 위해서는 Corsi 블록 과제가 흔히 사용된다. 검사자가 일련의 공간 위치(예: 블록 두드리기)를 제시하면 피험자는 동일한 순서로 위치를 재현해야 한다.

이중 과제는 작업 기억의 제한된 자원과 중앙집행기의 조정 기능을 조사하는 데 핵심적이다. 예를 들어, 피험자에게 시각적 패턴을 기억하는 과제(시공간 스케치패드 부하)와 동시에 말을 되뇌는 과제(음운루프 부하)를 수행하게 하면, 두 하위 시스템이 상대적으로 독립적으로 작동하는지 확인할 수 있다. 두 과제가 서로 간섭을 일으키지 않는다면, 그들은 별개의 자원을 사용한다고 추론할 수 있다. 반대로, 두 과제가 서로 성능을 크게 저하시킨다면, 공통의 처리 자원이나 중앙집행기를 공유한다는 증거가 된다.

이러한 과제들은 실험실 환경에서 작업 기억의 구조를 규명하는 데 널리 사용되었으며, 임상 현장에서 주의력결핍 과잉행동장애나 학습 장애와 같은 상태에서의 작업 기억 결함을 평가하는 데도 활용된다.

N-back 과제는 작업 기억, 특히 정보의 지속적인 업데이트와 조작 능력을 평가하는 데 널리 사용되는 컴퓨터 기반 과제이다. 참가자는 일련의 자극(예: 문자, 숫자, 소리, 위치)을 순차적으로 제시받고, 현재 자극이 N회 전에 제시된 자극과 동일한지 판단하여 응답한다. 여기서 'N'은 현재 자극과 비교해야 할 이전 자극의 간격을 의미한다. 예를 들어, 2-back 과제에서는 현재 자극이 바로 두 단계 전의 자극과 일치할 때만 반응해야 한다.

이 과제는 단순한 정보 유지가 아니라, 지속적으로 새로운 정보가 들어오면서 기존 정보를 밀어내고([13]), 비교하고, 적절한 응답을 선택하는 능력을 요구한다. 따라서 중앙집행기의 갱신 기능을 측정하는 지표로 간주된다. 난이도는 N의 크기에 따라 조절되며, 1-back, 2-back, 3-back 등으로 증가할수록 인지 부하가 높아진다.

N-back 과제는 다양한 변형이 존재한다. 단일 양식(예: 공간 위치만)으로 수행될 수도 있고, 듀얼 N-back 과제처럼 두 가지 양식(예: 시각적 위치와 청각적 음절)을 동시에 제시하여 이중 과제 수행 능력을 측정하기도 한다. 또한, 자극의 유형(얼굴, 단어)에 따라 특정 인지 영역을 탐색하는 데 활용된다.

이 과제는 연구 및 임상 평가에서 중요한 도구로 사용된다. 작업 기억 훈련 프로그램의 핵심 과제로 자주 채택되며, 주의력결핍 과잉행동장애(ADHD), 조현병, 노화에 따른 인지 감퇴 등에서 나타나는 작업 기억 결함을 정량적으로 평가하는 데 유용하다. 그러나 과제 수행이 순수한 작업 기억 능력만을 반영하는지, 아니면 주의 및 억제 통제 등의 다른 과정과 얼마나 밀접하게 연관되어 있는지에 대한 논의는 지속되고 있다.

주의력결핍 과잉행동장애(ADHD)는 작업 기억의 결함이 핵심적인 인지적 특징 중 하나로 여겨진다. ADHD 진단을 받은 개인들은 종종 정보를 일시적으로 저장하고 조작하는 능력, 즉 작업 기억 능력에 어려움을 보인다. 이 결함은 특히 중앙집행기와 관련된 기능, 즉 정보에 주의를 집중하고, 방해를 억제하며, 여러 단계의 작업을 관리하는 능력에서 두드러지게 나타난다. 이러한 결함은 학업 성취, 사회적 상호작용, 일상 생활의 조직화에 광범위한 영향을 미친다.

ADHD와 작업 기억 결함 사이의 연관성은 다양한 연구를 통해 뒷받침된다. 예를 들어, N-back 과제나 복잡한 이중 과제를 수행할 때 ADHD 집단은 일반 집단에 비해 정확도가 낮고 반응 시간이 느린 경향을 보인다. 특히 언어적 정보나 시공간적 정보를 동시에 처리해야 하는 과제에서 이러한 차이가 뚜렷하게 나타난다. 이는 ADHD의 증상인 부주의, 충동성, 조직화의 어려움 등이 작업 기억 시스템의 효율성 저하와 직접적으로 연결될 수 있음을 시사한다.

ADHD 아형(주의력 결핍 우세형, 과잉행동-충동성 우세형, 복합형)에 따라 작업 기억 결함의 패턴이 다를 수 있다는 연구 결과도 존재한다. 일반적으로 모든 아형에서 작업 기억의 어려움이 관찰되지만, 주의력 결핍 증상이 두드러진 경우 언어적 작업 기억 결함과 더 강한 연관성을 보일 수 있다. 반면, 과잉행동-충동성 증상은 시공간적 작업 기억이나 억제 통제와의 연관성이 더 클 수 있다[14].

작업 기억 결함에 대한 이해는 ADHD의 평가와 중재에 중요한 시사점을 제공한다. 전통적인 행동 치료나 약물 치료(예: 메틸페니데이트)가 작업 기억 수행을 일부 개선시킬 수 있다는 연구 결과가 있다. 또한, 작업 기억 능력을 직접적으로 훈련하는 인지 훈련 프로그램이 ADHD 증상 완화에 도움이 될 수 있는지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 접근법들은 ADHD를 단순히 행동 장애가 아닌, 근본적인 인지 처리의 어려움으로 이해하는 데 기여한다.

작업 기억의 결함은 다양한 학습 장애와 밀접한 연관성을 보인다. 작업 기억은 새로운 정보를 일시적으로 보유하고 조작하는 능력으로, 교실 학습의 거의 모든 측면에 필수적이다. 읽기, 쓰기, 산수와 같은 학업 기술 습득 과정에서 정보를 유지하고 처리하는 데 실패할 경우 학습에 심각한 어려움을 초래한다.

특히 난독증을 가진 아동들은 종종 음운루프의 결함을 보인다. 이는 말소리를 일시적으로 저장하고 조작하는 능력의 부족으로 이어져, 단어를 소리 내어 읽거나 철자를 암기하는 데 어려움을 겪게 한다. 산수 학습 장애(계산 장애)가 있는 아동들은 숫자 정보를 유지하고 조작하는 데 필요한 시공간 스케치패드나 중앙집행기의 효율성 저하를 경험할 수 있다. 이는 여러 단계의 계산 문제를 풀거나 수 개념을 이해하는 것을 방해한다.

작업 기억 결함은 종종 다른 인지 결함과 함께 나타나며, 학습 장애의 핵심 원인 중 하나로 간주된다. 이러한 결함은 정보 처리 속도를 늦추고, 교사의 구두 지시를 따라가는 것을 어렵게 하며, 새로운 개념을 학습하는 데 필요한 정신적 자원을 고갈시킨다. 따라서 학습 장애 평가에는 작업 기억 능력을 측정하는 것이 점점 더 일반화되고 있으며, 이는 교육적 중재 전략을 수립하는 데 중요한 정보를 제공한다.

알츠하이머병은 작업 기억 결함이 두드러지는 대표적인 신경퇴행성 질환이다. 초기 단계부터 중앙집행기 기능의 저하가 나타나며, 정보를 유지하고 조작하는 능력, 주의 전환 능력이 현저히 감소한다. 이는 단기기억 장애와 더불어 일상생활 수행 능력을 저하시키는 주요 요인이다. 질병이 진행됨에 따라 음운루프와 시공간 스케치패드와 같은 보조 시스템도 광범위하게 손상되어 언어적 및 시공간적 정보 처리에 심각한 결함을 초래한다.

전두측두엽치매에서는 질병의 유형에 따라 작업 기억 손상 패턴이 다르게 나타난다. 행동 변이형 전두측두엽치매에서는 중앙집행기와 관련된 전두엽 기능의 조기 저하가 두드러져 계획 수립과 문제 해결에 심각한 장애를 보인다. 반면, 원발진행실어증과 같은 언어 변이형에서는 주로 음운루프 시스템이 선택적으로 영향을 받아 언어적 작업 기억 과제에서 특정적인 결함을 보인다.

루이소체치매와 파킨슨병치매에서는 작업 기억 결함이 동반된다. 특히 시공간 스케치패드와 관련된 시각-공간적 작업 기억 과제에서의 어려움이 특징적으로 보고된다[15]. 이는 기저핵-전두엽 회로의 기능 이상과 깊은 연관이 있다.

작업 기억 평가는 이러한 신경퇴행성 질환의 초기 진단과 진행 모니터링에 유용한 도구이다. 예를 들어, N-back 과제나 이중 과제 수행 능력의 저하는 인지 기능 저하의 민감한 지표가 될 수 있다. 또한, 작업 기억 훈련이 일부 환자군에서 인지 기능 유지 또는 저하 지연에 일시적인 도움을 줄 수 있다는 연구 결과도 존재하나, 그 효과의 지속성과 일반화 가능성에 대해서는 추가 연구가 필요하다.