在20世紀70年代初期，研究人員開始從事研究，以理解國際象棋大師怎麼做到如此準確地記住棋子位置。最早的研究由我的導師赫伯特·西蒙（Herbert Simon）與比爾·蔡斯合作完成，後者和我共同進行了史蒂夫·法隆的記憶數字研究。
有意義的記憶更高效
我們已經知道，對國際象棋大師來講，對手每下出一步棋，只有短短幾秒鐘的時間來研究棋盤，因此，他們將準確地記住大多數棋子在棋盤上的位置，而且能夠近乎完美地重新確定棋盤上最重要的區域。這種能力，似乎否定了眾所周知的短時記憶的局限。相反，剛剛開始下國際象棋的人，只能記住幾個棋子的位置，沒有能力去重新配備棋盤上的棋子。
赫伯特和比爾提出了一個簡單的問題：國際象棋大師究竟是能夠回憶每個棋子的位置，還是實際上只能記住當時的整個棋局，而把單個棋子的位置作為更大整體中的一部分而記住的呢？為了回答這個問題，赫伯特和比爾做了一個簡單而有效的實驗。他們擺好兩個棋盤，對國家級的國際象棋棋手（即國際象棋大師）、水平中等的棋手以及新手進行了測試。在其中的一個棋盤上，擺出一盤別人真正下出來的棋局，在另一個棋盤上，只是較為混亂地擺放了一些棋子，根本談不上是一盤棋。
當國際象棋大師看到別人真正下出來的棋局的10多個或者20多個棋子時，經過5分鐘的研究，能夠記住大約2/3棋子的位置，但新手卻只能記住大約4個棋子，水平中等的棋手，則介於這兩類人之間。而當他們全都看到隨意擺放棋子的棋盤時，新手的表現某種程度上還是差一些，只能準確說出2個棋子的位置。這是意料之中的事情。不過，令人驚訝的是，無論是水平中等的棋手還是優秀的大師，在記住棋盤上隨便亂擺的棋子的位置方面，並不比新手表現得優秀。他們也只能記住兩三個棋子的位置。此時，經驗豐富的棋手的優勢不見了。科學家最近對一大批國際象棋棋手進行的研究，也得出了同樣的成果。
在語言的記憶中，也存在一些十分類似的現象。如果你讓某個人回憶一個句子，但句子中的詞語全都打亂了順序，要讓他從第一個單詞開始記住，比如「前面的、以至於、肚子、花生、他的、咕咕叫了、太香了、他、那個女人、在吃、起來、不由得、花生」，普通人只能記住這些單詞中的前六個詞。不過，如果你把這些詞語組成一個完整的、表達清晰意義的句子，比如「他前面的那個女人在吃花生，花生太香了，以至於他的肚子不由得咕咕叫了起來」，那麼，某些成年人會以完美的次序記住所有單詞，而且，大多數人記得句子中的大部分內容。差別在哪裡？第二種排序是帶有含義的，使我們能夠運用預先存在的「心理表徵」來解釋單詞。在第二種排序中，單詞並不是隨機的，它們有意義，而那些意義可以輔助我們記憶。同樣，國際象棋大師並沒有培養令人不可思議的記憶力，來記住棋盤上單個的棋子；相反，他們的記憶是取決於背景的，也就是說，只針對那些在正常棋局中出現的棋子位置進行記憶。
5萬個數據塊
這種辨別和記住有意義圖案的能力，源於國際象棋大師提高棋藝的方式。任何一位真心想提高國際象棋水平的人，通常會花無數個小時的時間來研究大師下過的棋局，也就是我們說的「打譜」。深入分析棋子的位置，預測下一步招法，如果猜錯了，回頭再想一想自己到底漏算了什麼。研究表明，用來進行這種分析所花的時間，而不是與其他對手對弈時所花的時間，是對國際象棋棋手水平高低的唯一最重要的指示符。這樣的訓練通常要花十年之久，才能達到大師級的水平。
這麼多年的訓練，使得國際象棋棋手只需看一眼，就能辨別出棋子的規律，不僅是它們的位置，而且包括它們之間的相互關係。棋子儼然成了他們的老朋友。比爾·蔡斯和赫伯特·西蒙稱這些規律為「數據塊」，棋手已經把這些數據塊保存到他們的長時記憶之中了，這很重要。
西蒙估計，到一位棋手訓練成國際象棋大師的時候，他已經積累了5萬個這樣的「數據塊」了。研究國際象棋的大師已經在其他棋局中見過大量的這種「數據塊」，它們相互之間有關聯。研究表明，這些「數據塊」是按層級整理的，低水平的構成一組，中等水平的構成一組，高水平的又構成另一組。這種層級類似於公司或者其他大型機構中的組織結構，個人隸屬於團隊，團隊隸屬於部門，部門隸屬於公司等，高層次的組更抽像，而且，距離採取真正行動的最底層也較遠。（在國際象棋這個例子中，可以這樣來想：越是複雜的棋局，調動的子力也越多，子力之間的相互配合也越複雜；越是簡單的棋局，調動的子力也越少，子力之間的相互配合也越簡單。）
既見樹木，又見森林
國際象棋大師處理和解釋棋子位置的方式，就是心理表徵的一個例子。這是他們「看到」棋盤的方式，而且，新手與大師相比，儘管看到的是同一個棋盤，理解卻全然不同。當他們在心理上觀察棋盤上的局勢時，問他們看到了什麼，大師不會說他們看到的棋盤上的實際棋子，不會只按照某種對棋子位置進行「照相式記憶」的方式來理解棋盤上的局勢。這些是「低級」的表徵。相反，他們的描述模糊得多，通常會說出一些「攻擊線路」以及「運子」之類的術語。這種表徵的關鍵在於，它們使得棋手能將棋盤上棋子的位置進行編碼，而且，編碼方式比只是簡單地記住棋子到底位於哪個方格之中有效得多。這種有效編碼，就是源於大師能夠只看一眼棋盤，便可記住大多數棋子的位置，特別是能夠和挑戰者下盲棋。
這些表徵，還有另外兩個特點值得一提，因為它們是我們探索更廣泛的心理表徵世界時會一而再再而三出現的主題。
第一，心理表徵不只是對棋子位置的編碼那麼簡單。它們使得國際象棋大師看到正在進行中的棋局時，馬上便能感到哪一方佔優勢，棋局會朝哪個方向發展，以及下一步或更多步的招法是什麼。這是因為表徵除了記住棋子的位置以及它們之間的相互關係之外，還包括記住兩位棋手在棋盤上各種優勢與劣勢，以及在那種局面下可能有效的招法。清晰地將大師與新手或中等水平棋手區分開來的因素是，大師第一次研究棋局時，便能想出精妙得多的招法。
這些心理表徵第二個值得一提的特點是：儘管國際象棋大師最初會根據普通的規律來分析棋子的位置（而且在和水平不太高的對手下棋時已經足以應對了），但是這種表徵還使得大師將注意力集中在單個的棋子上，並且從心理上「移動」它們，以觀察那些下法會怎樣改變棋局。因此，大師可以迅速而詳盡地研究可能的一連串招法和對手的應對方式，尋找能爭取最大獲勝可能性的特定招法。
簡單地講，一方面，心理表徵使大師著眼於全局來觀察，看到「一片森林」，這是新手無法做到的；另一方面，心理表徵還使大師可以在必要時把注意力集中在具體的招法上，觀察「一棵樹」。