Das Mehrspeichermodell: was Atkinson und Shiffrin 1968 wirklich beschrieben

Das Mehrspeichermodell teilt das Gedächtnis in drei Speicher: das sensorische Register, den Kurzzeitspeicher und den Langzeitspeicher. Richard Atkinson und Richard Shiffrin haben es 1968 veröffentlicht. Neue Information kommt zuerst in das sensorische Register und zerfällt dort sehr schnell. Eine Auswahl gelangt in den Kurzzeitspeicher. Ohne Wiederholen geht sie dort nach den Autoren innerhalb von etwa 15 bis 30 Sekunden verloren. Aus dem Kurzzeitspeicher wird Information in den Langzeitspeicher kopiert, einen „ziemlich dauerhaften“ Speicher. Das Modell heißt auch Drei-Speicher-Modell oder modales Modell.

Lehrbücher zeigen das Modell meist als drei Kästen mit Pfeilen und festen Zahlen. Das Kapitel von 1968 sagt mehr, und an einigen Stellen etwas anderes. Den wichtigsten Teil sahen die Autoren in den Kontrollprozessen: Wiederholen, Kodieren und Suchen. Viele bekannte Zahlen stammen außerdem aus anderen Studien. Dieser Artikel zeigt das Modell in den Worten von Atkinson und Shiffrin, die Herkunft der Zahlen und die wichtigste Kritik. Alle englischen Zitate in diesem Artikel haben wir selbst übersetzt.

• Atkinson und Shiffrin veröffentlichten das Modell 1968 als Buchkapitel mit rund 100 Druckseiten. Nach einem Rückblick von 2019 ging es darin vor allem um Kontrollprozesse, nicht nur um die drei Speicher.
• Die Autoren nannten den Kurzzeitspeicher schon 1968 das „Arbeitsgedächtnis“ der Person. Das Modell von Baddeley und Hitch erschien sechs Jahre später.
• Die Zahl 7 ± 2 stammt von George Miller (1956), nicht von Atkinson und Shiffrin. Miller selbst hielt die Sieben wahrscheinlich für einen Zufall.
• Den Langzeitspeicher beschrieben die Autoren als „relativ dauerhaft“. Auch dort kann sich Information verändern oder vorübergehend unerreichbar werden.
• Die Kritik seit 1970 ist stark, und viele Lehrbücher stellen das Modell als widerlegt dar. Seine Grundideen stecken trotzdem in vielen heutigen Gedächtnistheorien.

Das Mehrspeichermodell in einer Tabelle

Die Abbildung der Autoren zeigt die drei Speicher als Kästen untereinander. Ein Pfeil führt vom sensorischen Register in den Kurzzeitspeicher. Zwischen Kurzzeit- und Langzeitspeicher führen Pfeile in beide Richtungen. Eine gestrichelte Linie führt vom Register direkt in den Langzeitspeicher. Dazu schrieben die Autoren: „Wir wissen nicht, ob ein solcher Transfer stattfindet.“

Woher das Modell stammt

Das Kapitel heißt „Human memory: A proposed system and its control processes“, also „Das menschliche Gedächtnis: ein vorgeschlagenes System und seine Kontrollprozesse“. Es erschien 1968 im zweiten Band der Reihe „The Psychology of Learning and Motivation“, auf den Seiten 89 bis 195. Atkinson und Shiffrin arbeiteten damals an der Stanford University. Der erste Teil des Kapitels beschreibt einen allgemeinen Rahmen für das Gedächtnis. Der zweite Teil prüft einzelne Modelle aus diesem Rahmen in Experimenten.

Die Grundidee war nicht neu. Kenneth Malmberg, Jeroen Raaijmakers und Richard Shiffrin nennen in ihrem Rückblick von 2019 mehrere Vorläufer. James unterschied schon 1890 zwischen einem kurzen und einem langen Gedächtnis. Broadbent griff 1958 die Begriffe primäres und sekundäres Gedächtnis wieder auf und beschrieb das Wiederholen als Mittel, Information aufzufrischen. Auch die Versuche, die unser Artikel über Ebbinghaus’ Vergessenskurve beschreibt, flossen ein. Waugh und Norman zeigten 1965, dass Ziffern im Kurzzeitgedächtnis vor allem durch nachfolgende Ziffern verloren gehen, nicht durch die vergangene Zeit.

Den Namen „modales Modell“ hat das Modell von seiner Rolle. Es fasste zusammen, was die Gedächtnisforschung der 1960er Jahre überwiegend annahm. „Modal“ heißt hier: das häufigste, typische Modell. Der Begriff geht nach Alan Baddeley, Graham Hitch und Richard Allen vermutlich auf Murdock (1967) zurück. Dieselben Autoren zählten bis Oktober 2018 mehr als 10.000 Zitierungen des Kapitels bei Google Scholar.

Die drei Speicher, wie Atkinson und Shiffrin sie beschrieben

Das sensorische Register

Jeder Reiz wird zuerst im passenden Sinnesbereich registriert. Für das Sehen stützten sich Atkinson und Shiffrin vor allem auf die Versuche von Sperling ab 1960. Im Teilbericht-Verfahren sahen Versuchspersonen sehr kurz eine Anordnung von Buchstaben und Zahlen, meist drei Zeilen mit je vier Zeichen. Danach zeigte ein Signal, welche Zeile sie nennen sollten. Kam das Signal sofort, war der Bericht genau. Kam es später, ging viel verloren.

Die Autoren folgerten: Ein visueller Reiz hinterlässt eine „mehr oder weniger fotografische Spur“. Diese Spur zerfällt innerhalb einiger hundert Millisekunden, und neue Reize können sie überdecken. Für die anderen Sinne waren die Autoren vorsichtig: „Über Register in anderen Sinnesbereichen als dem visuellen lässt sich nicht viel sagen.“ Feste Angaben zum Hören, wie man sie in Lernmaterialien findet, stammen also nicht aus dem Kapitel von 1968.

Der Kurzzeitspeicher

Den Kurzzeitspeicher beschrieben die Autoren gleich in der Einleitung. „Der Kurzzeitspeicher ist das Arbeitsgedächtnis der Person; er erhält ausgewählte Eingaben aus dem sensorischen Register und auch aus dem Langzeitspeicher.“ Information zerfällt dort nach dieser Stelle innerhalb von etwa 30 Sekunden. Ein Kontrollprozess, das Wiederholen, kann eine begrenzte Menge aber halten, „so lange die Person will“. An anderer Stelle nennen die Autoren etwa 15 bis 30 Sekunden. Die genaue Zerfallsrate ist nach ihren Worten schwer zu messen, weil Menschen Material von selbst wiederholen.

Die Autoren unterschieden dabei zwei Begriffe. Der Kurzzeitspeicher ist ein angenommener Teil des Modells. Das Kurzzeitgedächtnis ist der Alltagsbegriff und der Name für Aufgaben, die kurzes Behalten messen. Nach Atkinson und Shiffrin sind an solchen Aufgaben immer beide Speicher beteiligt, so zitieren es Baddeley und Kollegen. Dieser Artikel nennt die Teile des Modells deshalb Speicher.

Im Mittelpunkt stand ein auditiv-verbal-sprachlicher Speicher, den die Autoren mit a-v-l abkürzten. Auch ein gelesenes Wort kann dort als Klang landen. Für die Dauer stützten sie sich auf einen Versuch von Peterson und Peterson (1959). Die Versuchspersonen hörten drei Konsonanten und zählten danach in Dreierschritten rückwärts. Nach 3 bis 18 Sekunden sollten sie die Konsonanten nennen. Die Trefferquote fiel schnell und lag nach 15 bis 18 Sekunden nur noch bei etwa 8 Prozent. Die Autoren nahmen an, dass das Rückwärtszählen nur das Wiederholen verhindert. Unter dieser Annahme zerfällt eine Gruppe aus drei Konsonanten in etwa 15 Sekunden.

Für die Kapazität gingen die Autoren vom Wiederholen aus. Wie viele Elemente jemand durch Wiederholen halten kann, hängt von der Zerfallsrate ab. Eine untere Grenze liefert die Zahlenspanne: die längste Ziffernfolge, bei der eine Person keine Fehler macht. Diese Länge liegt nach den Autoren „meist im Bereich von fünf bis acht Zahlen“.

Der Langzeitspeicher

Der Langzeitspeicher ist bei Atkinson und Shiffrin „ein ziemlich dauerhafter Speicher“. Information dort sei „relativ dauerhaft“. Sie könne sich aber durch neue Information verändern oder „vorübergehend unerreichbar“ werden. In ihrer Abbildung steht beim Langzeitspeicher ausdrücklich: Zerfall, Interferenz und Verlust an Stärke. Die verbreitete Formel „unbegrenzt und dauerhaft“ ist also stärker als die Beschreibung der Autoren.

Den Abruf beschrieben die Autoren als Suche. Hinweise steuern, welche Gedächtnisspuren die Person prüft. Weil diese Auswahl vom Zufall abhängt, kann eine vorhandene Erinnerung einmal fehlen und später wieder auftauchen. In späteren Arbeiten erklärten Shiffrin und seine Mitarbeiter Vergessen im Langzeitspeicher vor allem durch Interferenz und gescheiterte Suche, nicht durch Zerfall. So fassen es Malmberg und Kollegen zusammen. Wie Interferenz funktioniert, zeigt unser Artikel über proaktive und retroaktive Interferenz.

Kontrollprozesse: der Teil, den Lehrbücher weglassen

Atkinson und Shiffrin ordneten das Gedächtnis nach zwei Merkmalen. Das erste Merkmal ist die Struktur: die festen Speicher, die in jeder Situation gleich arbeiten. Das zweite Merkmal sind die Kontrollprozesse. Die Person wählt sie selbst und nutzt sie je nach Aufgabe. Die Autoren verglichen das mit einem Computer. Die Speicher entsprechen der Hardware, die Kontrollprozesse den Programmen, die ein Programmierer schreibt.

Nach dem Rückblick von 2019 war das der Kern des Kapitels. Malmberg, Raaijmakers und Shiffrin schreiben, dass die meisten Zitierungen die Unterscheidung von Kurzzeit- und Langzeitgedächtnis betreffen. Der Schwerpunkt der rund 100 Druckseiten seien aber die Kontrollprozesse gewesen, beim Einspeichern und beim Abruf. Shiffrin ist Mitautor dieses Rückblicks und beschreibt hier also sein eigenes Werk. Drei Kontrollprozesse sind für das Verständnis wichtig.

Der Wiederholungspuffer

Das Wiederholen untersuchten die Autoren am genauesten. Bei langen Listen kann eine Person nicht alle Elemente wiederholen. Eine mögliche Strategie ist dann ein Puffer mit einer festen Anzahl von Plätzen. Die Autoren beschrieben ihn als Behälter, „der immer genau n Elemente enthält; jedes neue Element kommt hinein und wirft ein Element hinaus, das schon dort ist“. Sie nannten ihn den Wiederholungspuffer, englisch rehearsal buffer.

Der Puffer ist kein fester Teil des Gedächtnisses. Nach den Autoren steht seine Nutzung „ganz unter der Kontrolle“ der Person. Wenn Kodieren oder eine Suche im Langzeitspeicher mehr helfen, wird der Puffer nach ihrer Annahme wahrscheinlich kleiner. Der Puffer ist also eine Strategie im Kurzzeitspeicher, nicht der Kurzzeitspeicher selbst.

Kopieren statt Verschieben

Die Pfeile im Modell bedeuten keinen Umzug. Die Autoren schrieben ausdrücklich, Transfer meine „das Kopieren ausgewählter Information von einem Speicher in den nächsten“. Die Information bleibt im ersten Speicher und zerfällt dort nach dessen Regeln. Ein Transfer in den Langzeitspeicher findet während der ganzen Zeit statt, in der Information im Kurzzeitspeicher liegt.

Die Information fließt auch zurück. Beim Problemlösen, beim Prüfen von Hypothesen und beim „Denken“ holt die Person Information aus dem Langzeitspeicher in den Kurzzeitspeicher. Auch ein gelesenes Wort erreicht den sprachlichen Kurzzeitspeicher erst, wenn eine Suche im Langzeitspeicher seine sprachliche Form gefunden hat.

Wiederholen oder Kodieren

Die Autoren unterschieden zwei Arten, Information einzuspeichern. Sie schrieben: „Wenn sich die Person auf das Wiederholen konzentriert, wäre die übertragene Information in einem relativ schwachen Zustand und leicht anfällig für Interferenz.“ Und weiter: „Andererseits kann die Person ihre Anstrengung vom Wiederholen auf verschiedene Kodierungsvorgänge verlagern, die die Stärke der gespeicherten Information erhöhen.“

Kodieren heißt bei Atkinson und Shiffrin: Die Person verändert oder ergänzt die Information im Kurzzeitspeicher mit Hilfe des Langzeitspeichers. Dafür nutzt sie oft starke Assoziationen, die dort schon vorhanden sind. Auf diesen Punkt kommt die Kritik von Craik und Lockhart später zurück.

Ein Beispiel: ein Fachbegriff im Skript

Das folgende Beispiel zeigt, wie das Modell einen Lernvorgang beschreibt. Es veranschaulicht das Modell und ist kein Versuch.

1. 1.Du liest im Skript den Begriff „kognitive Dissonanz“. Das Bild der Buchstaben kommt zuerst in das sensorische Register.
2. 2.Eine Suche im Langzeitspeicher findet die sprachliche Form der Wörter. Erst dann gelangt der Begriff als Klang in den sprachlichen Kurzzeitspeicher.
3. 3.Du sprichst den Begriff innerlich mehrmals nach. Das Wiederholen hält ihn im Kurzzeitspeicher, solange dich nichts ablenkt.
4. 4.Während der Begriff im Kurzzeitspeicher liegt, wird ein Teil davon in den Langzeitspeicher kopiert. Wenn du nur wiederholst, ist diese Spur nach den Autoren eher schwach.
5. 5.Du verbindest den Begriff mit einer eigenen Erfahrung, zum Beispiel mit einem teuren Kauf, den du danach verteidigt hast. Das ist Kodieren, und die Spur im Langzeitspeicher wird stärker.
6. 6.In der Klausur suchst du im Langzeitspeicher nach dem Begriff. Die Prüfungsfrage ist dabei der Hinweis, der die Suche steuert.

Das Beispiel aus Schritt 5 erklärt unser Artikel über kognitive Dissonanz genauer.

Welche Zahlen von wem stammen

Lernmaterialien zum Mehrspeichermodell nennen oft feste Zahlen für die Speicher. Viele davon stammen aus anderen Arbeiten. Die Tabelle ordnet die bekanntesten zu.

Die 18 Sekunden sind das längste Intervall im Versuch von Peterson und Peterson. Sie sind keine gemessene Haltedauer des Speichers.

George Miller begann seinen Aufsatz von 1956 mit dem Satz: „Mein Problem ist, dass mich eine ganze Zahl verfolgt.“ Er unterschied: Das absolute Urteil ist durch die Menge an Information begrenzt, das unmittelbare Gedächtnis durch die Anzahl der Elemente. Wer Elemente zu größeren Einheiten bündelt, sogenannten Chunks, kann deshalb mehr behalten. Am Ende vermutete Miller, die wiederkehrende Sieben sei wahrscheinlich nur „ein verhängnisvoller, pythagoreischer Zufall“.

Nelson Cowan nannte Millers Sieben 2001 eher „eine grobe Schätzung und ein rhetorisches Mittel“. Er kam auf eine genauere Grenze von nur drei bis fünf Chunks. Wie stark die Schätzungen schwanken, zeigten Fergus Craik und Robert Lockhart schon 1972. Messungen des primären Gedächtnisses ergaben zwei bis vier Wörter, Gedächtnisspannen fünf bis neun Elemente. Bilden die Wörter einen Satz, können junge Versuchspersonen bis zu 20 Wörter genau wiedergeben.

Was für zwei getrennte Speicher sprach

Atkinson und Shiffrin mussten begründen, warum es zwei Speicher geben sollte. Einige Forscher hatten sich gegen die Teilung des Gedächtnisses ausgesprochen, zum Beispiel Melton (1963) und Postman (1964). Als vielleicht überzeugendsten Beleg nannten die Autoren die Patienten, die die Neuropsychologin Milner beschrieben hatte. Diese Patienten hatten nach Operationen Schäden am Hippocampus auf beiden Seiten des Gehirns.

Milner beschrieb das Muster so: Die unmittelbare Aufnahme neuer Information war normal, zum Beispiel die Zahlenspanne. Material, das die Patienten sprachlich wiederholen konnten, hielten sie viele Minuten. Wurden sie unterbrochen, vergaßen sie es sofort. Neue Information in den Langzeitspeicher aufzunehmen, gelang ihnen kaum. Atkinson und Shiffrin folgerten: Der Kurzzeitspeicher war erhalten, aber das Einspeichern in den Langzeitspeicher oder der Abruf daraus war gestört. Sie nannten auch die Grenzen dieser Fälle: Es gab nur wenige Patienten, und die Folgen der Operationen waren unterschiedlich, unter anderem je nach Größe der Schädigung.

Ein weiteres verbreitetes Argument war der Rezenzeffekt. Beim freien Erinnern einer Wortliste werden die letzten Wörter besonders gut erinnert. Nach Baddeley und Kollegen galt dieser Effekt zuerst als Kennzeichen des Kurzzeitspeichers. Sie verweisen dafür auf Glanzer und Cunitz (1966).

Die Kritik: wo das Modell nicht hält

Die wichtigsten Einwände kamen schnell und aus mehreren Richtungen.

• Ein Patient mit kaum Kurzzeitspeicher: Shallice und Warrington beschrieben 1970 einen Patienten mit einer Zahlenspanne von nur zwei Ziffern. Sein Langzeitgedächtnis wirkte trotzdem normal. Nach dem Modell gelangt Information aber über den Kurzzeitspeicher in den Langzeitspeicher. Craik und Lockhart werteten den Fall deshalb als Beleg gegen diese Annahme.
• Der Peterson-Versuch misst nicht nur den Kurzzeitspeicher: Nach Keppel und Underwood (1962) hängt die Leistung in diesem Versuch stark vom Langzeitspeicher ab. Frühere Durchgänge stören die späteren, also proaktive Interferenz.
• Der Rezenzeffekt ist kein sicheres Zeichen: Baddeley und Kollegen halten fest, dass er auch in Aufgaben zum Langzeitgedächtnis auftritt.
• Verarbeitungstiefe statt Speicher: Craik und Lockhart schlugen 1972 einen anderen Rahmen vor. Die Gedächtnisspur ist danach ein Nebenprodukt der Verarbeitung. Wie lange sie hält, hängt davon ab, wie tief ein Reiz verarbeitet wurde, zum Beispiel nach Bedeutung statt nach Klang. Ein Warnzeichen sahen sie darin, dass Mehrspeichermodelle immer mehr mit Kontrollprozessen erklären mussten.
• Ein Arbeitsgedächtnis mit mehreren Teilen: Baddeley und Hitch prüften, ob der Kurzzeitspeicher wirklich als Arbeitsgedächtnis dient. Ihre Versuchspersonen sprachen Ziffernfolgen nach und lösten gleichzeitig Aufgaben zum Denken, Verstehen und Lernen. Die Leistung sank, aber viel weniger als erwartet. 1974 schlugen sie deshalb ein Modell mit mehreren Teilen vor: eine sprachliche Schleife, zuerst artikulatorisch und später phonologisch genannt, und eine zentrale Exekutive. Ein visuell-räumliches System erwähnten sie 1974 nur kurz und bauten es später aus. Noch später kam ein episodischer Puffer hinzu.

Ein neuerer Einwand geht noch weiter. Einige Forscher, unter ihnen Cowan, halten den Kurzzeitspeicher für den gerade aktiven Teil des Langzeitgedächtnisses, nicht für einen eigenen Speicher. Baddeley und Kollegen widersprechen dieser Deutung. Die Frage ist offen.

Gilt das Mehrspeichermodell heute noch?

Die Antwort hängt davon ab, wen man fragt. Malmberg, Raaijmakers und Shiffrin schreiben, dass die meisten Einführungsbücher der letzten Jahrzehnte das Modell mit zwei Speichern als widerlegt darstellen. Umfassende Gedächtnistheorien übernehmen nach ihnen trotzdem die Kernannahmen: getrennte Speicher und die Bedeutung von Kontrollprozessen. Den Streit mit dem Modell von Baddeley und Hitch halten sie eher für eine Frage der Sichtweise als der Sache.

Auch zur Kritik von Craik und Lockhart haben sie eine Antwort. Das Kapitel von 1968 sagte selbst voraus, dass Kodieren stärkere Spuren erzeugt als bloßes Wiederholen. Lehman und Malmberg werteten 2013 außerdem Daten von Craik und Tulving neu aus. Danach verbesserte mehr bloßes Wiederholen das freie Erinnern doch. Diese Verteidigung stammt allerdings von Shiffrin und seinen Mitarbeitern selbst.

Baddeley, Hitch und Allen sehen die Trennung der drei Speicher als weiterhin gut belegt. Die Forschung hat sie aber weiter aufgeteilt. Aus dem Kurzzeitspeicher wurde ein Arbeitsgedächtnis mit mehreren Teilen. Den Langzeitspeicher teilt man heute zum Beispiel in episodisches und semantisches Gedächtnis sowie in explizites und implizites Gedächtnis.

Atkinson und Shiffrin hatten selbst keine fertige Theorie versprochen. Die ersten Abschnitte ihres Kapitels legten nach ihren Worten „keine fertige Theorie“ vor, sondern einen allgemeinen Rahmen für genauere Modelle. Als Rahmen wird das Mehrspeichermodell bis heute benutzt. Als genaue Beschreibung von drei getrennten Kästen gilt es in vielen Lehrbüchern als überholt.

Was das Modell fürs Lernen von Fachbegriffen bedeutet

Für das Lernen zählt vor allem der Unterschied zwischen Wiederholen und Kodieren. Wenn du eine Definition nur innerlich nachsprichst, hältst du sie im Kurzzeitspeicher. Nach Atkinson und Shiffrin entsteht dabei aber nur eine eher schwache Spur im Langzeitspeicher. Craik und Lockhart kamen aus anderer Richtung zu einem ähnlichen Schluss: Je tiefer ein Reiz verarbeitet wird, also je stärker nach seiner Bedeutung, desto länger hält die Spur. Für das Lernen heißt das: Verarbeite die Bedeutung eines Begriffs, nicht nur seinen Klang.

Praktisch heißt das: Verbinde einen neuen Begriff mit einem Beispiel aus deinem Alltag. Grenze ihn von einem ähnlichen Begriff ab, zum Beispiel Kurzzeitspeicher von Langzeitspeicher. Frag dich danach selbst ab, statt die Definition noch einmal zu lesen. Warum es hilft, die Wiederholungen über mehrere Tage zu verteilen, erklärt unser Artikel über verteilte Wiederholung. Wie du beide Methoden für eine Klausur nutzt, zeigt unser Leitfaden zum Lernen psychologischer Fachbegriffe.

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