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AKEPP Vorlesung:
4. Modelle Kognitive Kontrolle
II
Ws 2015/2016
Prof. Dr. Jutta Kray
12.1.2016
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Überblick
• Befunde zu Altersunterschieden in kognitiven Kontrollfunktionen
• “Dual Mechanisms of Control” Modell
• Pro- und reaktive kognitive Kontrolle
• Altersunterschiede in pro- und reaktive Kontrolle
• Behaviorale Befunde
• fMRI
• Einflussfaktoren (Übung, Motivation)
• ERP-Korrelate
2
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Literatur
• Kray, J. & Schneider, W. (2012). Selbstregulation, Metakognition und kognitive Kontrolle. In Lindenberger, U. & Schneider, W. (Hrsg.), Entwicklungspsychologie (7. Auflage). Weinheim: Beltz.
• Braver, T. S., & Barch, D. M. (2002). A theory of cognitive control, aging cognition, and neuromodulation. Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 26, 809–17.
• Braver, T. (2012). The variable nature of cognitive control: a dual mechanism framework. Trends in Cognitive Sciences, 16, 106-113.
3
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Empirische Befunde: Altersunterschiede in kognitiven Kontrollfunktionen
Aufmerksamkeitskontrolle (Flanker Aufgabe)
Inhibition (Stopp-signal paradigm)
Aufgabenselektion/Switching (Task-switching paradigm)
4
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Altersunterschiede in der Aufmerksamkeitskontrolle
5
Incongruent: H H S H H Congruent: H H H H H
N = 144
yc oc ya oa
0
350
400
450
500
550
600
650
700
750
Mean
RT
(m
s)
yc oc ya oa
0
350
400
450
500
550
600
650
700
750
Mean
RT
(m
s)
Congruent
Incongruent
7-9 11-13 20-27 65-77
Years of Age
7-9 11-13 20-27 65-77
Years of Age
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500 ms
var. SOA
max. 450 ms
2350 ms
+ Go-Trial
500 ms
var. SOA
2350 ms
+
max. 450 ms
Go-Trial
500 ms
var. SOA
2350 ms
+
max. 450 ms
Stop-Trial
(60%)
(20%)
(20%)
left key right key
Stop-Signal Paradigm
Altersunterschiede in der Inhibitionskontrolle
6
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500 ms
var. SOA
max. 450 ms
2350 ms
+ Go-Trial
500 ms
var. SOA
2350 ms
+
max. 450 ms
Go-Trial
500 ms
var. SOA
2350 ms
+
max. 450 ms
Stop-Trial
(60%)
(20%)
(20%)
Stop-Signal Paradigm
Altersunterschiede in der Inhibitionskontrolle
Individuell-
adaptiertes SOAs
50% stop trials
SSRT =
GoRT - SOA
7
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Kray, Kipp, & Karbach, 2009 cf. Bedard et al., 2002; Williams et al., 1999
7-9 11-13 20-27 65-77
Years of Age N = 144
200
300
400
500
600
700
800
RT
(m
s)
GoRT
SSRT
Altersunterschiede in der Inhibitionskontrolle
8
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Task A:
Animal
Task B:
Color
can swim can fly colored grey
Altersunterschiede in der Aufgabenselektion/switching
9
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Single task blocks: A A A A A A … (Animal)
B B B B B B … (Color)
Mixed task blocks: A A B B A A B B …
General switch costs =
mixed – single tasks
Maintaining / Selection between tasks
e.g., Kray & Lindenberger, 2000
Bestimmung der Wechselkosten
10
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Single task blocks: A A A A A A … (Animal)
B B B B B B … (Color)
Mixed task blocks: A A B B A A B B …
Maintaining / Selection between tasks
e.g., Kray & Lindenberger, 2000
Bestimmung der Wechselkosten
11
Specific switch costs =
Switch trials (AB, BA) – repetition trials (AA, BB)
switching at a local level
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N = 144
0
100
200
300
400
500
RT
co
sts
(in
ms
)
General switch costs
Specific switch costs
7–9 11–13 20–27 65–77
Age groups
General switch costs
Specific switch costs
Kray, Eber & Karbach, 2008
Alterunterschiede im Task Switching
12
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General switch costs
Specific switch costs
0
100
200
300
400
500
RT
co
sts
(in
ms
)
General switch costs
Specific switch costs
7 – 9 11 – 13 20 – 27 65 – 77
Age groups
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
RT
co
sts
(lo
g m
s)
7- 9 11- 13 20 – 27 65 - 77
Years of Age
7 – 9 11 – 13 20 – 27 65 – 77
Age groups
RT
Co
sts
(ms)
RT
Co
sts
(lo
g m
s)
Alterunterschiede im Task Switching
Kray, Eber & Karbach, 2008 13
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Zusammenfassung
Unterschiedliche Alterstrends in kognitiven Kontrollfunktionen:
• Aufmerksamkeitskontrolle
• Switching per se
• Stopping and Initiation
• Aufgabenselektion/Maintenance
Multidimensionality & -directionality
14
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Zusammenfassung
• Larger age differences in general than in
specific switch costs (e.g.,. for reviews,
Kray & Ferdinand, 2014; Peters & Crone,
2014; for a recent meta-analysis, see
Wasylyshyn et al., 2011)
• Lifespan changes in maintaining and
biasing of relevant task goals in the
context of competing task goals (e.g.,
Crone et al., 2006; Davidson et al., 2006;
Mayr, 2001) 15
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Theorie von Braver & Barch 2002
16
Ein gemeinsamer Mechanismus:
Repräsentation, Aufrechterhaltung,
Aktualisierung von Kontextinformationen
Defizite im
Arbeitsge-
dächtnis
Defizite in
inhibitorischen
Fähigkeiten
Defizite in der
Aufgaben-
selektion
Defizite im
Updating
Neuronale Mechanismen
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Definition: Kontextinformation
17
Aufgabenrelevante Information, die intern so repräsentiert
wird, dass sie die Aufgabenverarbeitung beeinflussen kann
(z. B. Ziele, Aufgabeninstruktionen)
1. Instruktionen/Ziele aktiv
repräsentieren
Aufmerksamkeitsfokus-
sierung und Antwortselektion
3. Stärkere Aktivierung der Kontextinformation
erforderlich, wenn nichtrelevante Information
und Antworttendenzen aktiviert werden
Inhibition erforderlich
2. Instruktionen/Ziele aktiv
aufrechterhalten und verfügbar
halten
Komponente des
Arbeitsgedächtnisses
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Neuronale Grundlagen der Kontextverarbeitung
18
Dopaminlevel (DA)
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Neuronale Grundlagen der Kontextverarbeitung
19
1. Aktive
Aufrechterhaltung
der Information
(Gedächtnis)
ROT
3. Dopamin reguliert
Zugang von Info zum
PFC (Gating)
DA: Zugang neuer
Info zum Kontextmodul
(Updating)
DA: Schutz vor
Interferenz
2. Inhibition durch
erhöhte Aktivierung
eines schwachen
Pfades
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Neuronale Grundlagen altersbedingter US in der Kontextverarbeitung
20
Kontextinformation
weniger zuverlässig
durch Unterbrechung
der DA-Projektion in
den DL-PFC
Aufrechterhalt-
ung des Kontextes klingt schneller ab
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Messung der Kontextverarbeitung AX-Continuous Performance Task
21
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Dual Mechanism of Control Theory (Braver, 2012)
22
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Dual Mechanism of Control Theory (Braver, 2012)
23
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Pro- und Reaktive Kontrolle
24
Proaktiver Kontrollstil: Aktive Aufrechterhaltung des Cues / Vorbereitung der Antwortselektion
schlechte Performanz in AY und gute Performanz in BX
Reaktiver Kontrollstil: Geringere Vorbereitung; Reaktivation des Kontextcues gute Performanz in AY und schlechte Performanz in BX
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Altersunterschiede in proaktiver und reaktiver Kontrolle
25
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Eingeschränkte Aufrechterhaltung der Kontextinformation?
26
- Zeitspanne zwischen cues variiert (1 s oder 5 s)
- bei intakter Aufrechterhaltung keine Unterschiede erwartet
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fMRI Befunde
Lateraler PFC 27
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Paxton et al., 2008
Stärkere Aktivierung im DL-PFC bei längerer Verzögerung
(5s) als bei kürzerer Verzögerung (1s) nur bei jungen Pbn
28
fMRI Befunde
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Einflussfaktoren - Übung -
29 Paxton et al., 2006
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Einflussfaktoren - Übung -
30 Paxton et al., 2008
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Einflussfaktoren - Motivation (Bestrafung) -
31
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EEG-Korrelate altersbedingter US in der Kontextverarbeitung
32
Schmitt, H., Ferdinand, N.K., & Kray, J. (2014). Age-differential effects on updating cue information: Evidence from event-related potentials. Cognitive, Affective, and Behavioral Neuroscience, 14, 1115-1131.
Schmitt, H., Wolff, M.C., Ferdinand, N.K., & Kray, J. (2014). Age
differences in the processing of context information: Is it age or is it performance? Journal of Psychophysiology, 28, 202–214.
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Modified AX-Continuous Performance Task
33
Cue
Probe
Response
Lenartowicz et al. 2010
Schmitt, Wolff, Ferdinand, & Kray, 2014 Facial stimuli: Minear & Park, 2004; Pictures of animals:
Rossion & Pourtois, 2004
Context - dependent Context - independent
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Sample
34
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Behavioural Data
35
Reaction times Error rates
Ältere
Ältere
Jüngere Jüngere
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Cen
tral
Cen
tro-
pari
etal
Pari
etal M
ean
P3
b a
mp
litu
de
in µ
V
Fro
nta
l
Fro
nto
-
cen
tral
+
-
ERP Data
36
Younger adults Older adults
8 µV
1.5 s
P3b
1.5 s
8 µV ns.
*p <.05, **p <.001, ns. p>.05
*
**
**
Schmitt, Ferdinand, & Kray, 2014 M
ean
P3
b a
mp
litu
de
in µ
V
Fro
nta
l
Fro
nto
-
cen
tral
Cen
tral
Cen
tro-
pari
etal
Pari
etal
+
-
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Age or Performance?
Do age differences in ERP of context updating remain when controlling for performance differences between age groups?
Performance matched groups
Younger low
37
Performance
Age
Younger Low
Older High
Age differences in context updating when controlling for performance differences
Older high
ns. 8 µV
*p <.05, ns. = p >.05
P3b
1.5 s
Schmitt, Wolff, Ferdinand, & Kray, 2014
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Context Updating and Motivation
39
Dopamine (DA): context updating and reward processing
D‘Ardenne et al., 2012; Schultz, 2002
Reward: Improvement in AX-CPT due to increased context updating/proactive control
Braver et al., 2009, Chiew & Braver, 2013
Prestimulus activity (P2, P3b) to rewards improves later recollection of items associated with high reward
Gruber & Otten, 2010
Modulation of age differences in context
processing by incentives?
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Modified AX-CPT with motivational Cues
40
Context - dependent Context - independent
Schmitt, Ferdinand, & Kray, 2015
Cue
Probe
Response
Moti-Cue
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Behavioural Data
41
Reaction times Error rates
motivational salience (neutral vs. gain + loss) vs. valence effects (gain vs. loss)?
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Motivational Cue
42
Anticipation of motivationally salient cues in both age groups
No motivationally valence effects
Younger adults Older adults
P2: Automatic
attention capture
P3b: Updating
of relevant
stimulus
information
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Context Cue
43
Younger adults Older adults
ns. P3b
• Reduced context effect on loss trials
• Context effects on moti-vationally salient gain and loss trials
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Age differences in approach to task and context representation
Differential modulation by motivational cues Age differential valence and salience effects
Younger adults are highly sensitive to loss cues Older adults respond to motivational salient cues - irrespective of valence
Summary
44