Den centrala exekutiven
Den centrala exekutiven antas vara ansvarig för uppmärksamhetskontrollen av arbetsminnet. Begreppet användes till en början huvudsakligen som en hållhake, vilket gjorde det möjligt att studera de mer lätthanterliga problemen med slavsystemen, samtidigt som man accepterade behovet av ytterligare undersökningar av de komplexa processer som med största sannolikhet är inblandade i kontrollen av minnet. Begreppet började utvecklas när Baddeley (4) föreslog att det skulle kopplas till Normans och Shallice (35) modell av ett övervakande uppmärksamhetssystem, som de postulerade för att förklara handlingsförlamningar och det komplexa mönster av symtom som observerades hos patienter med skador i frontalloben. Även om Baddeley höll med om att det centrala exekutiva systemet sannolikt är starkt beroende av frontallobernas funktion, var han dock noga med att inte definiera det anatomiskt, utan föredrog att först analysera systemets funktioner och först därefter ställa frågan om det anatomiska substratet. Frontalloberna är stora, komplexa och involverar med största sannolikhet andra processer än exekutiv kontroll. Samtidigt är exekutiva processer förmodligen ett sätt att kontrollera olika regioner i hjärnan, vilket tyder på att de kan störas på andra ställen än i frontalloberna. Av den anledningen föreslog Baddeley och Wilson (36) termen dysexekutivt syndrom för att hänvisa till neuropsykologiska fall med störningar i de exekutiva funktionerna som tidigare ofta har hänvisats till att de lider av ”frontalsyndrom”. (Se ref. 37 för ytterligare diskussion på denna punkt.)
Men även om det är möjligt att det centrala exekutiva systemet fungerar som en enkel enhetlig styrenhet, tycks mångfalden och komplexiteten av exekutiva brister hos neuropsykologiska patienter starkt peka i riktning mot en fraktionering i delsystem eller åtminstone delprocesser. Vår nuvarande strategi (38) är att försöka identifiera sådana nödvändiga exekutiva processer och att utveckla metoder för mätning och analys, och att för framtiden lämna frågan om huruvida sådana processer representerar delar av ett högt integrerat system eller en enda exekutiv process, eller om utseendet på en enda kontrollant återspeglar de framväxande egenskaperna hos en rad parallella men likvärdiga processer, kanske en exekutiv ”kommitté”?
Och även om vi har börjat utforska en rad exekutiva processer (38), har de flesta framstegen gjorts i fråga om en av dessa, nämligen förmågan att samordna två eller flera samtidiga aktiviteter. Våra första studier föranleddes av ett försök att analysera det kognitiva underskottet hos patienter som troligen lider av Alzheimers sjukdom. Förutom det massiva underskottet i det episodiska långtidsminnet, som är sjukdomens främsta kännetecken, fann vi en försämring i en rad arbetsminnesuppgifter, vilket tydde på en defekt exekutiv komponent snarare än ett underskott i slavsystemen. Vi bestämde oss för att undersöka detta genom att testa den centrala exekutivas förmåga att samordna aktiviteten i de två slavsystemen.
Den experimentella utformningen innebar att man jämförde tre grupper av försökspersoner, sannolika Alzheimers sjukdomspatienter, normala äldre försökspersoner och normala unga försökspersoner. I en typisk studie skulle den fonologiska slingan upptas av en uppgift om sifferspännvidd, och skissblocket skulle upptas av visuo-spatial spårning. I båda fallen titrerades uppgifternas svårighetsgrad till en punkt där alla tre grupperna fungerade på en likvärdig nivå när uppgifterna utfördes oberoende av varandra. När det krävdes att de unga och äldre skulle spåra och komma ihåg siffror samtidigt uppvisade de unga och äldre en liten och likvärdig försämring, medan den försämring som uppvisades av de sannolika patienterna med Alzheimers sjukdom var betydligt större (39). En senare longitudinell studie visade att förmågan hos patienter med sannolik Alzheimers sjukdom att samordna uppgifter försämrades mycket mer dramatiskt än vad som var fallet när uppgifterna utfördes ensamma (40).
En nyligen genomförd studie med positronemissionstomografi (41) tyder på att utförandet av dubbla uppgifter faktiskt involverar funktion i frontalloben, även om detta naturligtvis inte innebär att alla patienter med skador någonstans i frontalloben kommer att prestera dåligt när det gäller samordning av dubbla uppgifter. Detta synsätt stöds av en studie där man analyserade dubbeluppgiftsprestanda hos en grupp på 24 patienter med väletablerade frontallobsskador. Patienterna testades också på två ”frontala” standardmått, nämligen Wisconsin Card Sorting Test (42), en uppgift om begreppsbildning där patienter med frontalskada tenderar att prestera dåligt och framhärda i tidigare lösningar, och verbal flytning, en uppgift där försökspersonerna försöker generera så många objekt som möjligt från en given kategori, t.ex. djur, som återigen ofta är nedsatt hos patienter med frontallobsskada (42). Slutligen var vi intresserade av att försöka fånga den beteendestörning som åtföljer det klassiska frontallobsyndromet och som ofta återspeglas i avhämning eller apati. Vi baserade vårt mått på detta på kliniska bedömningar av två oberoende bedömare, där den ena förlitade sig på observationer under neuropsykologiska tester av patienterna, medan den andra återspeglade kommentarer från patientens vårdare. Även om alla försökspersoner uppvisade en bred tendens till försämring på testet för kortsortering och testet för verbalt flyt, var inget av dessa signifikant förknippat med beteendestörningar. Å andra sidan presterade de patienter som uppvisade beteendemässiga tecken signifikant sämre på dubbeluppgiftsprestanda än de patienter vars beteende var jämförelsevis normalt (43).
Och även om sambandet mellan dubbeluppgiftsprestanda och beteende var slumpmässigt, har det likheter med ett oberoende resultat av Alderman (44), som genomförde en studie som gällde ett rehabiliteringsprogram för hjärnskadade patienter med beteendemässiga problem. Programmet var generellt sett framgångsrikt, men en betydande minoritet av patienterna lyckades inte dra nytta av det. När man testade dessa patienter på ett brett spektrum av åtgärder visade sig ett kluster av tester vara särskilt avslöjande, nämligen de som innefattar behovet av att samordna två uppgifter, där patienter som inte lyckades svara på rehabiliteringsprogrammet uppvisade genomgående dåliga resultat.
De här två studierna som observerar en koppling mellan prestationer vid dubbla uppgifter och beteende är mycket spännande, men bör helt klart replikeras innan man kan dra några starka slutsatser. Om de replikeras, ställer de problemet om varför sambandet skulle uppstå. En möjlighet är en liknande anatomisk lokalisering av två separata processer. En mer intressant möjlighet kan dock ha att göra med multitask-koordineringens roll i socialt beteende; kanske behovet av att upprätthålla sina egna intressen samtidigt som man uppmärksammar dem som finns runt omkring ställer stora krav på förmågan att utföra dubbla uppgifter?
Men även om detta tillvägagångssätt för att analysera den centrala exekutiva förmågan fortfarande befinner sig i ett relativt tidigt skede, har man gjort vissa framsteg när det gäller att postulera och börja studera andra exekutiva processer som kan komma i fråga, bland annat förmågan att fokusera uppmärksamheten, att skifta uppmärksamheten från en fokusering till en annan, och att använda arbetsminnet för att aktivera aspekter av långtidsminnet (38). Det har också funnits ett stort intresse för att utforska arbetsminnets funktion, vanligtvis genom att utveckla mått på individuella skillnader i arbetsminneskapacitet och relatera dessa till prestationer på uppgifter, t.ex. förståelse, resonemang och allmänna intelligenstester.
Ett av de mest använda måtten var det som utvecklades av Daneman och Carpenter (45), som definierade en arbetsminnesuppgift som en uppgift som samtidigt krävde lagring och hantering av information. Den uppgift som de använder mest frekvent kallas arbetsminnesspännvidd och innebär att man presenterar en serie meningar för försökspersonen. Efter att ha läst dem måste försökspersonen minnas det sista ordet i varje mening; spännvidden fastställs genom det maximala antalet meningar som försökspersonen både kan läsa och minnas de sista orden. Daneman och Carpenter fann att prestationen på detta test förutsade förmågan till prosaförståelse hos deras studenter på högskolan, och fortsatte med att mer detaljerat observera hur arbetsminneskapaciteten tycks ligga till grund för sådana delar av förståelsen som förmågan att dra slutsatser och extrapolera bortom de givna bevisen (46).
Med hjälp av ett liknande paradigm har Oakhill, Yuill och Parkin (47) studerat barn som verkar vara ganska bra på att läsa, i betydelsen att uttala skrivna ord, men dåliga på att förstå den prosa som de läser. Sådana barn tenderar att ha ett lågt arbetsminne, vilket får Oakhill et al. att föreslå att de har ett underskott i den centrala exekutiva kapaciteten. Både de och Turner och Engle (48) finner att det inte är nödvändigt att införliva meningsmaterial i spännviddsmåttet; till exempel verkar en sekvens av beräkningar följt av orelaterade ord förutsäga efterföljande förståelse praktiskt taget lika bra.
Med hjälp av en liknande definition av arbetsminne, nämligen förmågan att samtidigt lagra och bearbeta information, försökte Kyllonen och Christal (49) relatera arbetsminnesmätningar till mer traditionella intelligenstester, som vanligen baseras på resonemangsuppgifter. De observerade en hög korrelation mellan de två uppsättningarna mått, där arbetsminnestesterna var något mer beroende av bearbetningshastigheten och intelligenstesterna var mer påverkade av tidigare erfarenhet och utbildning. Den sistnämnda punkten är viktig i vissa urvalssituationer, där det till exempel kan vara nödvändigt att utvärdera arbetspotentialen hos personer med olika kulturella och utbildningsmässiga bakgrunder. Det praktiska värdet av arbetsminnesmätningar visas av en studie där Christal (50) fann att han kunde förutsäga framgång i en kurs om logiska grindar mer effektivt på grundval av arbetsminnesbatteriet än på grundval av mer traditionella psykometriska tester.
Sammanfattningsvis har utvecklingen av begreppet enhetligt korttidsminnesförråd till begreppet flerkomponentsarbetsminnessystem visat sig vara ytterst fruktbar, både inom teoretisk och tillämpad forskning. Arbetsminnet utgör ett avgörande gränssnitt mellan perception, uppmärksamhet, minne och handling. Eftersom arbetsminnet är ett område som redan har bevisat värdet av att kombinera metoder och begrepp från den kognitiva psykologin med metoder och begrepp från neurobiologin, verkar det troligt att arbetsminnet kommer att fortsätta att spela en livlig och produktiv roll i den växande disciplinen kognitiv neurovetenskap.