Het eerste algemene structuurmodel van het menselijk geheugen werd voorgesteld door Atkinson en Shiffrin (1968).

In dit model wordt het menselijk geheugen beschouwd als een verzameling van substructuren, waartussen informatie stroomt. Men onderscheidt drie substructuren: het zintuiglijk geheugen, het onmiddellijk en het permanent geheugen. De Engelstalige benamingen zijn: 'sensory memory', 'shortterm memory' en 'longterm memory'. Deze geheugensystemen verschillen structureel van elkaar doordat ze de informatie in verschillende vorm en niet allemaal evenlang behouden en doordat de informatie op verschillende manieren vergeten wordt. Ook de capaciteit van de geheugens verschilt. De verschillen zijn samengevat in de volgende tabel.

De informatie in het zintuiglijk geheugen wordt passief opgenomen via de zintuigen. Het zintuiglijk geheugen bevat alle informatie die via de zintuigen wordt waargenomen, maar deze informatie wordt zeer vlug vergeten, hetzij door verval in de tijd (decay), hetzij doordat nieuwe informatie de oude informatie overschrijft. Het zintuiglijk geheugen kan de informatie lang genoeg vasthouden (enkele honderdsten van een seconde) totdat controleprocessen deze informatie in het onmiddellijk geheugen plaatsen. Controleprocessen zijn geheugenroutines of strategieën die naar willekeur door de mens geselecteerd, geconstrueerd en gebruikt worden, afhankelijk van de situatie waarin hij zich bevindt. Enkele controleprocessen zijn: veranderen van de bias van de sensorische kanalen, activeren van het hernemingsmechanisme, wijzigen van de informatiestroom van het zintuigelijk geheugen naar het onmiddellijk geheugen, coderen, initiëren of wijzigen van zoekprocessen in het permanent geheugen, opstellen van beslissingscriteria.

Het bestaan van dit zintuiglijk geheugen wordt onder meer aangetoond in de proef van Sperling (1960): zie hoofdstuk 1.

Het overplaatsen (of uitlezen) van informatie uit het zintuiglijk geheugen naar het onmiddellijk geheugen gebeurt niet automatisch of passief, maar alleen als er aandacht aan deze informatie wordt besteed. Zonder aandacht vervaagt deze binnen enkele honderdsten van een seconde.

In het onmiddellijk geheugen spelen zich de bewuste processen af. De capaciteit van het onmiddellijk geheugen lijkt, in tegenstelling tot het zintuiglijk geheugen, zeer klein: zeven chunks plus/minus twee. Dit is voor het eerst aangeven door George Miller (1956) in zijn beroemd artikel: The magical number seven, plus or minus 2. Een chunk is een logische informatie-éénheid, waarbij informatie samengenomen wordt in groepjes. Het klassieke voorbeeld betreft het onthouden van een reeks cijfers (bijvoorbeeld een telefoonnummer). De meeste mensen onthouden dit nummer niet als een verzameling van losstaande cijfers, maar als een verzameling van groepjes cijfers. U kunt het volgende proefje uitvoeren om uw geheugenspan te meten.

Informatie in het onmiddellijk geheugen gaat verloren binnen de 20 seconden door verval of overschrijving, tenzij de persoon de informatie actief herhaalt of weer gebruikt. Dit wordt aangetoond door de proef van Brown-Peterson. De herhaling is een controleproces dat onder meer tot gevolg heeft dat de informatie in het onmiddellijk geheugen behouden blijft. Sommige onderzoekers menen ook dat door herhalen de informatie wordt overgedragen naar het permanent geheugen.

Het permanent geheugensysteem lijkt een onbeperkte capaciteit te hebben. Daarnaast constateren we ook dat een mens vrij veel 'vergeet'. Het staat echter niet vast hoe informatie uit het permanent geheugen verdwijnt. Verval en interferentie kunnen oorzaken zijn van vergeten in het permanent geheugen. Interferentie betekent dat de nieuw geleerde informatie de reeds aanwezige informatie gaat verstoren. Vergeten zou echter ook verklaard kunnen worden door het niet meer terugvinden (retrieval) van informatie uit het permanent geheugen.

Het model van Atkinson en Shiffrin (1968) diende in de jaren '70 als richtlijn voor het geheugenonderzoek. Een aantal wijzigingen is aan het model aangebracht. We bespreken in dit verband het SAM-model (Raaijmakers en Shiffrin, 1980) en modellen gebaseerd op neuronale netwerken (Rumelhart en McClelland, 1986).

Het SAM-model (Search of Associative Memory) onderscheidt slechts een onmiddellijk en een permanent geheugen. Het geheugen wordt in deze theorie gezien als een omvangrijk netwerk van elementen, die op een complexe manier onderling geassocieerd zijn. Het onmiddellijk geheugen is de verzameling van elementen die zich op dat moment in actieve toestand bevindt. Alle informatie die niet in actieve toestand is, vormt het permanent geheugen. Onmiddellijk en permanent geheugen zijn dus geen afzonderlijke geheugensystemen, maar twee toestanden van hetzelfde geheugen. Vergeten in het onmiddellijk geheugen is de overgang van actieve naar niet-actieve toestand.

De werking van dit geheugensysteem kan het best geïllustreerd worden aan de hand van de verwerking van een prikkel, die in een hiërarchisch geordende reeks van analyses verloopt. Eerst wordt de stimulus geanalyseerd aan de hand van eenvoudige, perceptuele kenmerken zoals contrast, kleuren, lijnsegmenten. Daaropvolgend worden kenmerken van een hogere orde geactiveerd zoals letters en woorden. Verder in de analyse wordt semantische en associatief gerelateerde informatie geactiveerd. Deze informatie bevindt zich in het permanent geheugen en wordt quasi-automatisch geactiveerd bij de presentatie van een prikkel. De activatie van elementen op een bepaald niveau gebeurt niet alleen onder invloed van elementen van een lager niveau. De activatie van elementen van een hogere orde kunnen op hun beurt de activatie van elementen van een lagere orde beïnvloeden (zie ook bijvoorbeeld woordredundantie bij het hoofdstuk over waarneming). De capaciteit van het onmiddellijk geheugen is beperkt doordat de activatie afneemt met de tijd. Het moet regelmatig opgefrist worden. Naarmate er meer elementen geactiveerd zijn, zal het moeilijker zijn deze in actieve toestand te houden.

Een recente ontwikkeling in de theorie omtrent het menselijk geheugen vormt de neuronale netwerk-benadering, ook wel PDP-model genoemd (Rumulhairt & McClelland, 1986). Het PDP-model wordt het best beschreven aan de hand van de drie kernwoorden Parallel-Distributed-Processing, waaraan het model zijn naam ontleent. In deze benadering gaat men ervan uit dat intelligent gedrag het gevolg is van de interactie tussen zeer grote aantallen neuronen. Ieder van deze neuronen is zeer beperkt in het verwerken van informatie wat betreft snelheid en capaciteit. Een neuron heeft de volgende componenten:

• invoerverbindingen waardoor het neuron geactiveerd kan worden;
• een sommatiefunctie die de verschillende input samenbrengt tot een bepaald activatieniveau;
• een drempelfunctie die de gesommeerde invoer omzet tot een uitvoeractivatie;
• uitvoerverbindingen waardoor de activatie van het betreffende neuron naar de volgende kan stromen.

Het PDP-model gaat ervan uit dat de menselijke informatieverwerking op een parallelle manier gebeurt. De verschillende neuronen kunnen gelijktijdig informatie verwerken. Wat betreft patroonherkenning, opzoeken van informatie in het geheugen, oplossen van vaag gedefinieerde problemen, zijn mensen duidelijk superieur aan wat hedendaagse computers kunnen bieden. Aangezien de menselijke 'hardware' aanmerkelijk trager is dan de computer, kan deze superioriteit bijna uitsluitend verklaard worden door het op grote schaal toepassen van parallelle verwerking in het geheugen.

Met het kernwoord 'distributed' wil men in de PDP-modellen aangeven dat kennis niet gelokaliseerd is in bepaalde neuronen of kleine verzamelingen van neuronen, maar dat kennis verspreid is over het volledige netwerk. De kennis van het systeem zit eigenlijk in de verbindingen tussen de verschillende neuronen.

'Processing' betekent dat deze benadering evengoed toegepast kan worden op processen als waarnemen, probleem-oplossen, denken. Met andere woorden, het betreft hier niet alleen een geheugentheorie, maar een algemeen model van het menselijk informatieverwerkingssysteem.

Het geheugen wordt dus beschouwd als een netwerk van neuronen die op complexe manier met elkaar geschakeld zijn. Nieuwe informatie kan de verbinding tussen twee neuronen versterken (de invloed van het ene neuron op het andere wordt groter) of verminderen. Kennis wordt gepresenteerd door de manier waarop de neuronen verbonden zijn, niet in de individuele neuronen. Deze representatie heeft de volgende voordelen:

• Inhoud adresseerbaarheid: we kunnen de inhoud van het geheugen opzoeken op basis van willekeurige eigenschappen van datgene dat we zoeken en niet zoals bij computers gebeurt op basis van een index.
• 'Graceful degradation': stel dat we het adres van Peter Janssens willen opzoeken. Daarvoor geven we het systeem de stimulus 'Janssen'. Deze prikkel stemt niet overeen met de stimulus uit de oorspronkelijke associatie (Janssens). De meeste (zakelijke) computerprogramma's stoppen in dat geval abrupt en geven een 'niet gevonden'-boodschap. In een PDP-model zijn kleine afwijkingen van de oorspronkelijke prikkel toegestaan. De juiste of bijna-juiste respons wordt nog steeds gegenereerd.
• Generaliseerbaarheid: het geven van een prikkel activeert bepaalde neuronen uit het netwerk, die op hun beurt deze activatie doorgeven aan andere neuronen, die op hun beurt ... Op deze manier krijgen we een verspreiding van activatie waarbij gerelateerde kennis geactiveerd wordt.

PDP-modellen vormen de laatste ontwikkelingen in de geheugenpsychologie. Het volgende voorbeeld is een zeer eenvoudig systeem voor het herkennen van een sprookjesfiguur. In dit voorbeeld is er echter een directe verbinding tussen de invoer- en uitvoerneuronen. In de meeste hedendaagse modellen neemt men verschillende niveaus op; de invoerneuronen geven hun activatie door aan tussenliggende neuronen (eventueel meerdere niveaus) die op hun beurt de activatie doorgeven aan de uitvoerneuronen. In het voorbeeld zijn we ook uitgegaan van een synchrone activering. Alle neuronen worden gelijktijdig geactiveerd (volledig parallellisme), ongeveer zoals het gieten van water in een buizenstelsel. Er zijn echter ook systemen denkbaar die asynchroon werken, waarbij bepaalde groepen neuronen de activering vertragen of versnellen. Ook zullen feed-backsysternen moeten worden opgenomen, waarbij hogere niveaus de lagere kunnen activeren. Ten slotte kunnen we andere sommatie- of drempelfuncties gebruiken.

• Miller, George (1956) The Magical Number Seven, Plus or Minus Two: Some Limits on Our Capacity for Processing Information. The Psychological Review, 63, 81-97 [online]
• Atkinson, R. C. & Shiffrin, R. M. (1968). Human memory: A proposed system and its control processes. In K.W.Spence and J. T. Spence (Eds.), The Psychology of Learning and Motivation: Advances in Research and Theory (Vol. 2, pp. 89-195). New York: Academic Press.