Keskeinen toimeenpanovoima
Keskeisen toimeenpanovoiman oletetaan olevan vastuussa työmuistin tarkkaavaisuuden valvonnasta. Käsitettä käytettiin aluksi lähinnä pito-operaationa, joka mahdollisti orjajärjestelmien helpommin lähestyttävien ongelmien tutkimisen samalla kun hyväksyttiin tarve tutkia tarkemmin monimutkaisia prosesseja, jotka lähes varmasti osallistuvat muistin kontrollointiin. Käsite alkoi kehittyä, kun Baddeley (4) ehdotti sen yhdistämistä Normanin ja Shallicen (35) malliin valvovasta tarkkaavaisuusjärjestelmästä, jonka he väittivät selittävän toiminnan lipsahdukset ja monimutkaisen oirekuvion, jota havaittiin potilailla, joilla on otsalohkovaurio. Vaikka Baddeley oli samaa mieltä siitä, että keskeinen toimeenpanovoima on todennäköisesti voimakkaasti riippuvainen otsalohkojen toiminnasta, hän kuitenkin varoi määrittelemästä sitä anatomisesti ja analysoi mieluummin ensin järjestelmän toimintoja ja kysyi vasta sen jälkeen anatomisesta alustasta. Otsalohkot ovat suuret ja monimutkaiset, ja niihin liittyy lähes varmasti muitakin prosesseja kuin toimeenpanevaa ohjausta; samaan aikaan toimeenpanevat prosessit ovat oletettavasti keino ohjata aivojen eri alueita, mikä viittaa siihen, että ne voivat häiriintyä muualla kuin otsalohkoissa. Tästä syystä Baddeley ja Wilson (36) ehdottivat termiä dysexecutive-oireyhtymä viittaamaan neuropsykologisiin tapauksiin, joissa toimeenpanotoiminnot ovat häiriintyneet ja joihin on aiemmin usein viitattu ”otsalohko-oireyhtymästä” kärsivinä. (Ks. ref. 37, jossa keskustellaan tarkemmin tästä asiasta.)
Vaikka on mahdollista, että keskeinen toimeenpanovoima toimii yksinkertaisena yhtenäisenä kontrollerina, neuropsykologisten potilaiden toimeenpanovoiman puutteiden moninaisuus ja monimutkaisuus näyttäisi viittaavan vahvasti siihen suuntaan, että ne on jaettu osajärjestelmiin tai ainakin osaprosesseihin. Nykyinen strategiamme (38) on yrittää tunnistaa tällaisia välttämättömiä toimeenpanoprosesseja ja kehittää mittaus- ja analyysimenetelmiä jättäen tulevaisuuteen kysymyksen siitä, edustavatko tällaiset prosessit pitkälle integroidun järjestelmän osia vai yhtä ainoaa toimeenpanoviranomaista, vai heijastaako yhden ainoan ohjaimen esiintyminen sarjan rinnakkaisten, mutta tasavertaisten prosessien, kenties toimeenpanoviranomaista edustavan ”toimikunnan”, esiin nousevia ominaisuuksia…
Vaikka olemme ryhtyneet tutkimaan erilaisia toimeenpanoprosesseja (38), suurin edistysaskeleemme on saavutettu yhdessä näistä, eli kyvyssä sovittaa yhteen kahta tai useampaa samanaikaista toimintaa. Alkuperäiset tutkimuksemme saivat alkunsa yrityksestä analysoida kognitiivista vajetta potilailla, joilla on todennäköinen Alzheimerin tauti. Sen lisäksi, että episodisen pitkäkestoisen muistin massiivinen vaje on taudin pääasiallinen tunnusmerkki, havaitsimme heikkenemistä useissa työmuistitehtävissä, mikä viittasi pikemminkin toimeenpanovirheeseen kuin vajeeseen orjajärjestelmissä. Päätimme tutkia tätä testaamalla keskitetyn toimeenpanovoiman kykyä koordinoida toimintaa kahdessa orjajärjestelmässä.
Koeasetelmassa verrattiin kolmea koehenkilöryhmää, todennäköisiä Alzheimerin tautia sairastavia potilaita, normaaleja iäkkäitä koehenkilöitä ja normaaleja nuoria koehenkilöitä. Tyypillisessä tutkimuksessa fonologinen silmukka olisi varattu digit span -tehtävällä ja luonnoslehti visuo-spatiaalisella seurannalla. Kummassakin tapauksessa tehtävien vaikeusaste titrattiin siihen pisteeseen, jossa kaikki kolme ryhmää toimivat samalla tasolla, kun tehtävät suoritettiin itsenäisesti. Kun nuoria ja vanhuksia vaadittiin seuraamaan ja muistamaan numeroita samanaikaisesti, nuoret ja vanhukset osoittivat pientä ja vastaavaa heikkenemistä, kun taas todennäköistä Alzheimerin tautia sairastavien potilaiden heikkeneminen oli huomattavasti suurempaa (39). Myöhemmin tehty pitkittäistutkimus osoitti, että todennäköistä Alzheimerin tautia sairastavien potilaiden kyky koordinoida tehtäviä heikkeni paljon dramaattisemmin kuin suorituskyky yksin suoritetuissa tehtävissä (40).
Uusi positroniemissiotomografiatutkimus (41) viittaa siihen, että kaksoistehtäväsuorituskykyyn tosiaan liittyy otsalohkon toimintoja, vaikkakaan tämä ei tietenkään tarkoita sitä, että kaikki potilaat, joilla on vaurioita jossain päin otsalohkoa, suoriutuisivat huonosti kaksoistehtäväsuorituksen koordinoinnista. Tätä näkemystä tukee tutkimus, jossa analysoitiin 24 potilaan ryhmän kaksoistehtäväsuorituskykyä, joilla oli vakiintuneita otsalohkovaurioita. Potilaita testattiin myös kahdella tavanomaisella ”frontaalisella” mittarilla, nimittäin Wisconsin Card Sorting Testillä (42), joka on käsitteenmuodostustehtävä, jossa potilailla, joilla on frontaalivaurio, on taipumus suoriutua huonosti ja pitäytyä aikaisemmissa ratkaisuissa, sekä verbaalisella sujuvuudella, jossa koehenkilöt pyrkivät tuottamaan mahdollisimman monta asiaa tietystä kategoriasta, kuten eläimistä, ja jossa myös tämä tehtävä heikentyy usein potilailla, joilla on frontaalilohkovaurio (42). Lopuksi olimme kiinnostuneita siitä, että yrittäisimme vangita käyttäytymishäiriön, joka liittyy klassiseen otsalohko-oireyhtymään ja ilmenee usein estyneisyytenä tai apatiana. Perustimme tämän mittarin kahden riippumattoman tuomarin kliinisiin arvioihin, joista toinen perustui potilaiden neuropsykologisen testauksen aikana tehtyihin havaintoihin ja toinen potilaan hoitajan kommentteihin. Vaikka kaikilla koehenkilöillä oli yleinen taipumus heikentyä korttien lajittelu- ja verbaalisen sujuvuuden testeissä, kumpikaan näistä ei ollut merkittävästi yhteydessä käyttäytymishäiriöihin. Toisaalta ne potilaat, jotka osoittivat käyttäytymisen merkkejä, suoriutuivat merkittävästi huonommin kaksoistehtäväsuorituksesta kuin ne potilaat, joiden käyttäytyminen oli verrattain normaalia (43).
Vaikka kaksoistehtäväsuorituksen ja käyttäytymisen välinen yhteys olikin sattumanvarainen, se muistuttaa Aldermanin (44) tekemää riippumatonta havaintoa, joka koski tutkimusta, joka käsitteli käyttäytymisongelmista kärsivien aivovammautuneiden aivopotilaiden kuntoutusohjelmaa. Vaikka ohjelma oli yleisesti ottaen onnistunut, huomattava vähemmistö potilaista ei hyötynyt siitä. Kun näitä potilaita testattiin monenlaisilla mittareilla, yksi testiryhmä osoittautui erityisen paljastavaksi, nimittäin testit, joihin liittyi tarve koordinoida kahta tehtävää, ja joissa potilaat, jotka eivät vastanneet kuntoutusohjelmaan, suoriutuivat johdonmukaisesti huonosti.
Nämä kaksi tutkimusta, joissa havaittiin yhteys kaksoistehtäväsuorituskyvyn ja käyttäytymisen välillä, ovat erittäin kiehtovia, mutta ne olisi selvästi toistettava ennen vahvojen johtopäätösten tekemistä. Jos ne toistetaan, ne tuovat esiin ongelman siitä, miksi yhteys pitäisi esiintyä. Yksi mahdollisuus on kahden erillisen prosessin samanlainen anatominen lokalisointi. Mielenkiintoisempi mahdollisuus saattaa kuitenkin liittyä monitehtäväisen koordinoinnin rooliin sosiaalisessa käyttäytymisessä; ehkäpä tarve ylläpitää omia intressejä samalla, kun kiinnitetään huomiota ympärillä oleviin ihmisiin, asettaa suuria vaatimuksia kaksitehtäväisen suorituksen kapasiteetille…
Vaikka tämä lähestymistapa keskitetyn toimeenpanovallan analyysiin on vielä suhteellisen alkuvaiheessa, on edistytty jonkin verran muiden ehdokkaiden toimeenpanovallan prosessien postuloinnissa ja niiden tutkimisen aloittamisessa, mukaan luettuna kyky keskittää tarkkaavaisuuttaan, vaihtaa tarkkaavaisuuttaan yhdestä keskittymiskohteesta toisaalle ja käyttää työskentelymuistia pitkäkestoisen muistin aspektien aktivoimiseksi (38). Myös työmuistin toiminnan tutkiminen on herättänyt huomattavaa kiinnostusta, tyypillisesti kehittämällä mittareita työmuistin kapasiteetin yksilöllisistä eroista ja suhteuttamalla ne suorituskykyyn tehtävissä, kuten ymmärtämis-, päättely- ja yleisissä älykkyystesteissä.
Yksi laajimmin käytetyistä mittareista on Danemanin ja Carpenterin kehittämä mittari (45), joka määritteli työmuistitehtävän tehtäväksi, joka vaati yhtä aikaa sekä tiedon tallentamista että sen käsittelyä. Heidän useimmin käyttämästään tehtävästä käytetään nimitystä työmuistin kesto, ja siinä koehenkilölle esitetään sarja lauseita. Kun koehenkilö on lukenut lauseet, hänen on muistettava kunkin lauseen viimeinen sana; span määritellään lauseiden enimmäismäärällä, jonka koehenkilö pystyy sekä lukemaan että muistamaan viimeiset sanat. Daneman ja Carpenter havaitsivat, että tässä testissä suoriutuminen ennusti heidän yliopisto-opiskelijoidensa proosan ymmärtämistaitoja, ja havainnoivat yksityiskohtaisemmin tapaa, jolla työmuistin kapasiteetti näyttää tukevan sellaisia ymmärtämisen osatekijöitä kuin kyky tehdä johtopäätöksiä ja ekstrapoloida annettujen todisteiden ulkopuolelle (46).
Käyttämällä samanlaista paradigmaa Oakhill, Yuill ja Parkin (47) ovat tutkineet lapsia, jotka näyttävät olevan kohtuullisen hyviä lukemaan kirjoitettujen sanojen ääntämisessä, mutta huonoja ymmärtämään lukemaansa proosaa. Tällaisilla lapsilla on yleensä vähän työmuistia, minkä vuoksi Oakhill ja muut päättelevät, että heillä on puutteita keskeisessä toimeenpanokyvyssä. Sekä he että Turner ja Engle (48) ovat havainneet, ettei ole välttämätöntä sisällyttää lausemateriaalia span-mittaukseen; esimerkiksi laskutoimitusten sarja, jota seuraavat toisiinsa liittymättömät sanat, näyttää ennustavan myöhempää ymmärtämistä käytännöllisesti katsoen yhtä hyvin.
Käyttäen samanlaista työmuistin määritelmää, nimittäin kykyä tallentaa ja käsitellä tietoa samanaikaisesti, Kyllonen ja Christal (49) pyrkivät suhteuttamaan työmuistimittareita perinteisempiin älykkyystesteihin, jotka tyypillisesti pohjautuvat päättelyyn tehtäviin. He havaitsivat suuren korrelaation näiden kahden mittauskokonaisuuden välillä siten, että työmuistitestit riippuivat hieman enemmän prosessointinopeudesta ja että älykkyystesteihin vaikuttivat enemmän aiempi kokemus ja koulutus. Tämä jälkimmäinen seikka on tärkeä tietyissä valintatilanteissa, joissa voi esimerkiksi olla tarpeen arvioida eri kulttuuri- ja koulutustaustoista tulevien henkilöiden työllistymismahdollisuuksia. Työmuistimittareiden käytännön arvoa osoittaa tutkimus, jossa Christal (50) havaitsi, että hän pystyi ennustamaan menestystä logiikkaporttikurssilla tehokkaammin työmuistipatteriston perusteella kuin perinteisempien psykometristen testien perusteella.
Johtopäätöksenä voidaan todeta, että yhtenäisen lyhytkestoisen muistin käsitteen kehittyminen monikomponenttisen työmuistijärjestelmän käsitteeksi on osoittautunut erittäin hedelmälliseksi sekä teoreettisessa että soveltavassa tutkimuksessa. Työmuisti tarjoaa ratkaisevan tärkeän rajapinnan havaitsemisen, tarkkaavaisuuden, muistin ja toiminnan välillä. Kognitiivisen psykologian menetelmien ja käsitteiden yhdistäminen neurobiologian menetelmiin ja käsitteisiin on jo osoittanut, että työmuistilla on todennäköisesti jatkossakin vilkas ja hedelmällinen rooli kognitiivisen neurotieteen kehittyvässä tieteenalassa.
Työmuistilla on todennäköisesti jatkossakin vilkas ja hedelmällinen rooli kognitiivisen neurotieteen kehittyvässä tieteenalassa.