작업 기억의 중앙 집행 기능은 규칙의 안내를 받는데, 규칙은 종종 세 번째 유형의 기억인 장기 기억에 저장되어 있다. 장기 기억은 단기 기억과는 달리 아주 많은 양의 정보를 저장하고, 시간에서 년 단위와 같이 아주 오랫동안 저장한다. 장기 기억은 작업 기억이나 외현적 행동을 안내하는 규칙뿐만 아니라 그림, 단어, 물체들의 의미를 명세하는 정보와 당신이 이제까지 행하거나 학습한 모든 것들의 부호화된 기억을 저장하고 있다. 주소가 무엇인지 질문을 받기 전에는 주소에 대해 자각하지 않는다. 자각하려면 자각하기 전에 그 정보가 장기 기억에서 단기 기억으로 전이되어야 한다.
장기 기억의 저장 용량은 너무 커서 연구자들은 아직 그 한계를 측정하지 못했다. 어떤 사람들은 이 사실을 받아들이지 못한 채 자신들이 기억이 다 채워질까 걱정한다. 자극이 의미가 있으려면 장기 기억에 있는 관련된 정보를 활성화해야 한다. 예를 들어 단어 여섯을 보든가 손으로 쓴 6을 보면 그냥 종이에 적힌 흔적이 아니라 특정 수량을 가리키는 것이라는 것을 아는데, 이것은 장기 기억에 있는 관련된 정보가 활성화되었기 때문에 가능한 것이다. 우리는 단어나 숫자의 의미를 알기 위해서만 장기 기억에 접근하는 것은 아니다. 우리가 지각하는 모든 종류의 자극에 대해 알기 위해 장기 기억에 접근한다. 장기 기억에 있는 정보에 접근하면 우리가 마주친 물체나 사건의 본질을 이해하는 것 이상이 가능해진다. 저장된 정보에 접근하게 되면 앞으로의 일을 예측할 수 있다. 이런 기억 상용을 전망이라고 한다. 회고는 뒤로 돌아보는, 즉 과거를 돌아보는 것인데 반해, 전망은 앞을 보는, 즉 미래를 보는 것을 의미한다. 신경 영상 연구에서는 우리가 미래를 예측하려 할 때 발생하는 신경 사건들은 우리가 과거를 회상하려고 시도할 때 발생하는 신경 사건들과 아주 유사하다는 것을 보여주었다. 이것은 가능한 미래에 대한 우리의 생각은 과거로부터 우리가 학습한 것에 기초하지 않을 수 없다는 점에서 일리가 있다. 정보는 단기 기억에서 장기 기억에서 장기 기억으로 갈 뿐만 아니라 그 반대로 장기 기억에서 단기 기억으로도 간다. 전형적으로 작업 기억의 내용은 단기 기억에서 온 것보다 장기 기억에서 온 것들이다. 어려운 문제로 머리를 싸맬 때 사고를 진전시키기 위해 이전에 학습한 것에 의지하는데, 그 정보는 장기 기억에 저장된 것이다. 나아가 단기 기억에 있는 정보는 대부분 의미가 있는데, 그 이유는 장기 기억에 있는 정보가 단기 기억으로 갔기 때문이다. 어떤 물체를 보고 그 물체가 고양이라는 것을 알았을 때 장기 기억에 있는 정보가 활성화되었을 뿐만 아니라 이 의미를 자각한다. 왜냐하면 장기 기억에서 접근된 뒤 관련된 정보가 단기 기억으로 보내지기 때문이다. 장기 기억에 있는 정보에 접근하면 단어, 구, 문장, 문단의 의미를 단기 기억에 일시적으로 저장한다. 단기 기억과 장기 기억의 구분은 일상생활에서 중요하다.
단기 기억과 장기 기억이 별개라는 주장을 지지하는 증거들은 많은 연구에서 제공되었다. 가장 먼저 제공된 증거는 100년도 더 이전에 독일의 철학자이자 기억 연구의 선구자였던 헤르만 에빙하우스가 기억에 영향을 미치는 요인들에 대해 수행한 일련의 연구에서 나왔다. 실험할 당시 본인은 몰랐지만, 그가 발견한 것은 단기 기억과 장기 기억이 별개이며 작동방식도 다르다는 아주 확실한 최초의 증거였다. 그가 수행한 실험은 자신이 글자나 숫자, 그리고 무의미 철자를 얼마나 잘 기억하는지 알아보기 위해, 에빙하우스는 카드 한 장에 자극 하나를 적은 카드들의 조합을 만들었다. 어떤 묶음은 각기 다른 철자들이 적힌 카드들로 되어 있고 다른 묶음은 각기 다른 무의미 철자들이 적힌 카드들로 만들었다. 그리고 하나의 묶음에 있는 카드들을 한 번에 하나씩 순서 대로 학습하였다. 한번 다 보고 나면 자기가 기억해낼 수 있는 가능한 한 많은 자극들을 순서대로 적어서 기억을 검사하였다. 그가 발견한 것은 가장 처음 자극과 가장 마지막 자극을 중간의 다른 자극들보다 더 쉽게 기억해내었다는 것이다. 앞의 몇 개 항목을 잘 기억하는 것을 초두효과라 하는데 이 항목들이 장기 기억에 저장되었기 때문이고, 마지막 몇 개를 더 잘 기억하는 것을 최신 효과라 하는데, 이 항목들이 아직 단기 기억에 있기 때문에 이 효과가 발생한다.
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