Centralna władza wykonawcza
Zakłada się, że centralna władza wykonawcza jest odpowiedzialna za kontrolę uwagi w pamięci roboczej. Koncepcja ta była początkowo używana głównie jako operacja podtrzymująca, pozwalająca na badanie bardziej przystępnych problemów systemów podrzędnych, przy jednoczesnym zaakceptowaniu potrzeby dalszego badania złożonych procesów, które niemal na pewno są zaangażowane w kontrolę pamięci. Koncepcja ta zaczęła się rozwijać wraz z propozycją Baddeleya (4), aby połączyć ją z modelem Normana i Shallice’a (35) dotyczącym nadzorczego systemu uwagi, który postulowali oni jako wyjaśnienie poślizgów działania i złożonego wzorca objawów obserwowanych u pacjentów z uszkodzeniem płatów czołowych. Baddeley, choć zgadzał się, że centralny układ wykonawczy jest prawdopodobnie silnie uzależniony od działania płatów czołowych, był ostrożny, by nie definiować go anatomicznie, woląc najpierw przeanalizować funkcje systemu, a dopiero potem zadać pytanie o anatomiczne podłoże. Płaty czołowe są duże, złożone i prawie na pewno angażują procesy inne niż kontrola wykonawcza; jednocześnie procesy wykonawcze są przypuszczalnie sposobem kontrolowania różnych regionów mózgu, co sugeruje, że mogą być zaburzone w innych miejscach niż płaty czołowe. Z tego powodu Baddeley i Wilson (36) zaproponowali termin „zespół zaburzeń wykonawczych” (dysexecutive syndrome), aby odnieść się do przypadków neuropsychologicznych z zaburzeniami funkcji wykonawczych, które w przeszłości były często określane jako „zespół czołowy”. (Zobacz ref. 37 dla dalszej dyskusji na ten temat.)
Choć jest możliwe, że centralna władza wykonawcza działa jako prosty jednostkowy kontroler, różnorodność i złożoność deficytów wykonawczych u pacjentów neuropsychologicznych wydaje się silnie wskazywać w kierunku frakcjonowania na podsystemy lub przynajmniej podprocesy. Naszą obecną strategią (38) jest próba identyfikacji takich niezbędnych procesów wykonawczych oraz opracowanie metod ich pomiaru i analizy, pozostawiając na przyszłość pytanie, czy procesy te reprezentują części wysoce zintegrowanego systemu lub pojedynczego układu wykonawczego, czy też pojawienie się pojedynczego kontrolera odzwierciedla emergentne właściwości serii równoległych, ale równych procesów, być może „komitetu” wykonawczego?
Chociaż zaczęliśmy badać szereg procesów wykonawczych (38), największy postęp dokonał się w jednym z nich, zdolności do koordynowania dwóch lub więcej równoległych działań. Nasze początkowe badania zostały wywołane próbą analizy deficytu poznawczego u pacjentów cierpiących na prawdopodobną chorobę Alzheimera. Oprócz ogromnego deficytu epizodycznej pamięci długotrwałej, który jest główną cechą charakterystyczną choroby, stwierdziliśmy upośledzenie w szeregu zadań związanych z pamięcią roboczą, co sugerowało raczej wadliwy komponent wykonawczy niż deficyt w systemach podrzędnych. Postanowiliśmy to zbadać, testując zdolność centralnego układu wykonawczego do koordynowania aktywności w dwóch systemach podrzędnych.
Projekt eksperymentalny obejmował porównanie trzech grup badanych, prawdopodobnych pacjentów z chorobą Alzheimera, normalnych starszych badanych i normalnych młodych badanych. W typowym badaniu, pętla fonologiczna byłaby zajęta przez zadanie z zakresu cyfr, a szkicownik byłby zajęty przez śledzenie wizualno-przestrzenne. W obu przypadkach trudność zadania była stopniowana do punktu, w którym wszystkie trzy grupy działały na równoważnym poziomie, gdy zadania były wykonywane niezależnie. Kiedy wymagano od nich jednoczesnego śledzenia i zapamiętywania cyfr, osoby młode i starsze wykazywały niewielki i równoważny spadek, podczas gdy u pacjentów z prawdopodobną chorobą Alzheimera był on znacznie większy (39). Późniejsze badanie podłużne wykazało, że zdolność pacjentów z prawdopodobną chorobą Alzheimera do koordynowania zadań pogorszyła się znacznie bardziej dramatycznie niż wydajność w zadaniach wykonywanych samodzielnie (40).
Niedawne badanie z zastosowaniem pozytronowej tomografii emisyjnej (41) sugeruje, że wydajność dwuzadaniowa rzeczywiście wiąże się z funkcją płatów czołowych, choć oczywiście nie oznacza to, że wszyscy pacjenci z uszkodzeniami w płatach czołowych będą osiągać słabe wyniki w koordynacji dwuzadaniowej. Pogląd ten jest poparty badaniem, w którym analizowano wydajność dwuzadaniową grupy 24 pacjentów z dobrze poznanymi uszkodzeniami płatów czołowych. Pacjenci byli również testowani w dwóch standardowych miarach „czołowych”, a mianowicie w Teście Sortowania Kart Wisconsin (42), zadaniu tworzenia pojęć, w którym pacjenci z uszkodzeniem czołowym mają tendencję do osiągania słabych wyników i uporczywego powracania do wcześniejszych rozwiązań, oraz w teście fluencji słownej, zadaniu, w którym badani starają się wygenerować jak najwięcej pozycji z danej kategorii, takiej jak zwierzęta, co również jest często zaburzone u pacjentów z uszkodzeniem płatów czołowych (42). Wreszcie byliśmy zainteresowani próbą uchwycenia zaburzeń behawioralnych, które towarzyszą klasycznemu zespołowi czołowemu, często odzwierciedlanych w zahamowaniu lub apatii. Oparliśmy naszą miarę tego zaburzenia na ocenach klinicznych dokonanych przez dwóch niezależnych sędziów, z których jeden opierał się na obserwacjach podczas testów neuropsychologicznych pacjentów, podczas gdy drugi odzwierciedlał komentarze opiekuna pacjenta. Podczas gdy wszyscy badani wykazywali szeroką tendencję do pogarszania się w testach sortowania kart i fluencji słownej, żaden z nich nie był istotnie związany z zaburzeniami zachowania. Z drugiej strony, ci pacjenci, którzy wykazali oznaki behawioralne, wypadli znacznie gorzej w testach dwuzadaniowych niż ci, których zachowanie było stosunkowo normalne (43).
Although the association between dual-task performance and conduct was serendipitous, it does bear a resemblance to an independent finding by Alderman (44), who carried out a study concerned with a rehabilitation program for brain damaged patients with behavioral problems. Podczas gdy program był ogólnie udany, znaczna mniejszość pacjentów nie odniosła korzyści. W testowaniu tych pacjentów na szerokiej gamie środków, jeden klaster testów okazały się szczególnie odkrywcze, mianowicie te obejmujące potrzebę koordynowania dwóch zadań, na których konsekwentnie słabe wyniki zostały pokazane przez pacjentów, którzy nie odpowiedzieli na program rehabilitacji.
Te dwa badania obserwując związek między podwójnym wydajności zadań i zachowanie są bardzo intrygujące, ale powinny wyraźnie być replikowane przed wyciąganiem silnych wniosków. Jeśli one replikować, przedstawiają problem, dlaczego stowarzyszenie powinno wystąpić. Jedną z możliwości jest podobna lokalizacja anatomiczna dwóch odrębnych procesów. Bardziej interesująca możliwość, jednak, może odnosić się do roli wielozadaniowej koordynacji w zachowaniach społecznych; być może potrzeba utrzymania własnych interesów w tym samym czasie, jak zwracając uwagę na tych wokół stawia duże wymagania na zdolność do wykonywania podwójnych zadań?
Podczas gdy to podejście do analizy centralnej władzy wykonawczej jest nadal na stosunkowo wczesnym etapie, nastąpił pewien postęp w postulowaniu i rozpoczęciu badania innych kandydatów procesów wykonawczych, w tym zdolność do skupiania uwagi, do przełączania uwagi z jednego skupienia na drugie i do korzystania z pamięci roboczej do aktywacji aspektów pamięci długotrwałej (38). Pojawiło się również znaczne zainteresowanie badaniem funkcji pamięci roboczej, zazwyczaj poprzez opracowanie miar indywidualnych różnic w pojemności pamięci roboczej i powiązanie ich z wynikami w zadaniach, takich jak rozumienie, wnioskowanie i testy inteligencji ogólnej.
Jedną z najszerzej stosowanych miar była ta opracowana przez Danemana i Carpentera (45), którzy zdefiniowali zadanie pamięci roboczej jako takie, które jednocześnie wymagało przechowywania i manipulowania informacją. Zadanie, którego najczęściej używają, nazywane jest zakresem pamięci roboczej (working memory span) i polega na przedstawieniu badanemu serii zdań. Po ich przeczytaniu badany musi przypomnieć sobie ostatnie słowo z każdego zdania; rozpiętość jest określana przez maksymalną liczbę zdań, które badany jest w stanie zarówno przeczytać, jak i przypomnieć sobie ostatnie słowa. Daneman i Carpenter stwierdzili, że wyniki w tym teście przewidywały umiejętności rozumienia prozy u badanych studentów college’u, przechodząc do bardziej szczegółowej obserwacji sposobu, w jaki zdolność pamięci roboczej wydaje się leżeć u podstaw takich elementów rozumienia, jak zdolność do wyciągania wniosków i ekstrapolacji poza podane dowody (46).
Korzystając z podobnej definicji pamięci roboczej, a mianowicie zdolności do jednoczesnego przechowywania i przetwarzania informacji, Kyllonen i Christal (49) podjęli próbę powiązania miar pamięci roboczej z bardziej tradycyjnymi testami inteligencji, zwykle opartymi na zadaniach rozumowania. Zaobserwowali oni wysoką korelację między tymi dwoma zestawami miar, przy czym testy pamięci roboczej zależą nieco bardziej od szybkości przetwarzania, a na testy inteligencji większy wpływ ma wcześniejsze doświadczenie i wykształcenie. Ta ostatnia kwestia jest istotna w pewnych sytuacjach selekcyjnych, kiedy na przykład konieczna może być ocena potencjału zawodowego osób z różnych środowisk kulturowych i edukacyjnych. O praktycznej wartości pomiarów pamięci roboczej świadczy badanie, w którym Christal (50) stwierdził, że jest w stanie przewidzieć sukces w kursie bramek logicznych skuteczniej na podstawie baterii pamięci roboczej niż na podstawie bardziej tradycyjnych testów psychometrycznych.
Podsumowując, rozwój koncepcji jednostkowego magazynu pamięci krótkotrwałej w kierunku wieloskładnikowego systemu pamięci roboczej okazał się niezwykle owocny, zarówno w badaniach teoretycznych, jak i stosowanych. Pamięć robocza stanowi kluczowy interfejs między percepcją, uwagą, pamięcią i działaniem. Jako dziedzina, która już udowodniła wartość łączenia metod i koncepcji psychologii poznawczej z metodami i koncepcjami neurobiologii, pamięć robocza prawdopodobnie nadal będzie odgrywać żywą i produktywną rolę w rozwijającej się dyscyplinie neuronauki poznawczej.
.