Allgemeine Psychologie und Neuropsychologie

Abgeschlossene Projekte

Working Memory and Executive Functions: Theory and Neural Correlates

SNF Forschungsprojekt Nr. 15-640

Hauptantragssteller

  • Prof. Dr. Walter Perrig 

Mitgesuchssteller

  • Dr. med. Arto Nirkko; Oberarzt
  • Neurologische Universitätsklinik, Inselspital Bern
  • PD Dr. Christoph Ozdoba; Leitender Arzt
  • Institut für Diagnostische und Interventionelle Neuroradiologie, Inselspital Bern

MitarbeiterInnen

  • lic. phil. Susanne Jäggi, Doktorandin und Projektkoordination 
  • dipl. ing. ETH Alex Etienne, Datenverarbeitung

Informationen zum Projekt

Die Forschung im Bereich der Exekutiven Funktionen (EF) ist unserer Ansicht nach eines der interessantesten und anspruchsvollsten Gebiete der kognitiven Neurowissenschaften. Die EF scheinen mit der Integrität des frontalen Cortex zusammenzuhängen, einer Region deren Entwicklung phylogenetisch und ontogenetisch spät erfolgt und deren neuronale Plastizität länger als bei anderen Regionen des Gehirns erhalten bleibt. Obwohl in den letzten Jahren viel Forschung um das Gebiet der EF gemacht wurde, bleibt noch vieles unklar, sowohl auf konzeptueller und theoretischer Ebene, als auch in operationalen und experimentellen Aspekten, sowie in Bezug auf deren neuronalen Grundlagen (siehe z.B. Rabbitt, 1997). Vielversprechende Resultate konnten wir mit unserer letzten fMRI-Publikation aufweisen (Jaeggi et al., 2003), in welcher wir mit Doppelaufgaben arbeiteten, ein Paradigma welches von vielen AutorInnen als 'Kern-Paradigma' und als effektives experimentelles Werkzeug zur Untersuchung von EF und Arbeitsgedächtnis betrachtet wird. In den letzten 6 Monaten experimentierten wir weiter in diesem Gebiet, v.a. an der Weiterentwicklung unseres Hauptparadigmas (N-back Aufgabe, siehe z.B. Braver et al., 1997) auf Verhaltensebene, mit welchem wir bisher über 200 Versuchspersonen in den verschiedensten Altersstufen untersucht haben (Jaeggi, Meier, Buschkuehl, & Perrig, 2004). Das Hauptziel des Projekts 'Working Memory and Executive Functions: Theory and Neural Correlates’ ist in erster Linie aufzuklären, was auf Verhaltensebene und auch auf biologischer Ebene passiert, wenn die Grenzen der menschlichen Informationsverarbeitungs-Kapazität erreicht und überschritten werden. Diese Grenzen versuchen wir nun mit dem oben erwähnten N-back Experiment zu erreichen in dem Sinn, dass wir die Schwierigkeit einer Aufgabe kontinuierlich erhöhen. Diese Schwierigkeit wird einerseits mit Einzelaufgaben manipuliert (nur auditorische oder visuell-räumliche Aufgaben), andererseits mit Doppelaufgaben, bei welchen zwei Aufgaben simultan durchgführt werden sollen. Wir nehmen an, dass in der schwierigsten Bedingung die Grenzen der Informationsverarbeitungs-Kapazität überschritten werden, d.h. dass dort praktisch alle Versuchspersonen mit ihren Genauigkeitsleistungen (Anzahl richtiger Antworten) auf Zufallsniveau sind. Die Verhaltensmasse (Genauigkeit und Reaktionszeiten) dienen einerseits der Verifizierung, dass die Aufgaben wie gewünscht schwieriger werden (d.h. je schwieriger die Aufgabe ist, desto mehr Fehler werden gemacht und desto länger sind die Reaktionszeiten), andererseits können wir damit in der Doppelaufgabe auch prüfen, ob beide Aufgaben wirklich gleichzeitig bearbeitet wurden, oder ob allenfalls eine vernachlässigt wurde. Auf neuronaler Ebene sind wir dabei, gesunde Versuchspersonen mittels funktioneller Bildgebung (functional magnetic resonance imaging, bzw. fMRI) zu untersuchen und zwar mit den Einzelaufgaben und auch mit den Doppelaufgaben. Mit diesem Verfahren kann indirekt über die Stoffwechselaktivität abgeleitet werden, welche Regionen im Gehirn bei den oben erwähnten Aufgaben aktiv sind (siehe z.B. Buckner & Logan, 2001). Die Hypothese ist dabei: je schwieriger die Aufgabe ist und je mehr sich eine Person bemüht, diese Aufgabe zu lösen, desto mehr Aktivität findet sich in präfrontalen Hirnregionen. Diese Aktivierungszunahme erwarten wir sowohl bei den Einzel- als auch bei den Doppelaufgaben, was eine Bestätigung unserer früheren Studie bedeuten würde (siehe Jaeggi et al., 2003). In diesem Projekt geht es weiterführend um die Spezifikation der früheren Befunde, in dem wir verschiedene Versuchspersonengruppen vergleichen, d.h. ' high- vs. low-performer', junge vs. ältere Versuchspersonen. Dazu werden wir anhand von Strukurgleichungsmodellen untersuchen, ob es anforderungsabhängige Aktivierungsänderungen in einem integrativen Arbeitsgedächtnisnetzwerk gibt . Mit dem vorliegenden Forschungsprojekt möchten wir nicht nur einen Beitrag zum besseren Verständnis des Konzepts der EF und dem damit verbundenen Konzept des Arbeitsgedächtnis liefern, sondern auch einen integrativen Ansatz vertreten zwischen den Methoden der experimentellen Psychologie und deren der funktionellen Bildgebung. Dieser Ansatz gibt uns die Möglichkeit zur Entwicklung eines besseren Verständnisses komplexer kognitiver Funktionen.rn auch einen integrativen Ansatz vertreten zwischen den Methoden der experimentellen Psychologie und deren der funktionellen Bildgebung. Dieser Ansatz gibt uns die Möglichkeit zur Entwicklung eines besseren Verständnisses komplexer kognitiver Funktionen.rn auch einen integrativen Ansatz vertreten zwischen den Methoden der experimentellen Psychologie und deren der funktionellen Bildgebung. 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Literatur

Braver, T. S., Cohen, J. D., Nystrom, L. E., Jonides, J., Smith, E. E., & Noll, D. C. (1997). A parametric study of prefrontal cortex involvement in human working memory. Neuroimage, 5(1), 49-62.
Buckner, R. L., & Logan, J. M. (2001). Functional Neuroimaging Methods: PET and fMRI. In R. Cabeza & A. Kingstone (Eds.), Handbook of Functional Neuroimaging of Cognition (pp. 27-48). Cambridge, MA: MIT Press.
Jaeggi, S. M., Seewer, R., Nirkko, A. C., Eckstein, D., Schroth, G., Groner, R., & Gutbrod, K. (2003). Does excessive memory load attenuate activation in the prefrontal cortex? Load-dependent processing in single and dual tasks: functional magnetic resonance imaging study. Neuroimage, 19(2), 210-225.
Jaeggi, S. M., Meier, B., Buschkuehl, M., & Perrig, W. J. (2004). Das N-back-Paradigma ist ein adäquates Mass für Arbeitsgedächtniskapazität. Paper presented at the 46. Tagung experimentell arbeitender Psychologen, Giessen.
Rabbitt, P. (1997). Introduction: Methodologies and models in the study of executive function. In P. Rabbitt (Ed.), Methodology of Frontal and Executive Function (pp. 1-38). Hove, UK: Psychology Press.