AKEPP Vorlesung: 4. Modelle Kognitive Kontrolle II

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1 AKEPP Vorlesung: 4. Modelle Kognitive Kontrolle II Ws 2015/2016 Prof. Dr. Jutta Kray

2 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

3 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, Braver, T. (2012). The variable nature of cognitive control: a dual mechanism framework. Trends in Cognitive Sciences, 16,

4 Empirische Befunde: Altersunterschiede in kognitiven Kontrollfunktionen Aufmerksamkeitskontrolle (Flanker Aufgabe) Inhibition (Stopp-signal paradigm) Aufgabenselektion/Switching (Task-switching paradigm) 4

5 Mean RT (ms) Mean RT (ms) Altersunterschiede in der Aufmerksamkeitskontrolle Incongruent: Congruent: H H S H H H H H H H 750 Congruent Incongruent yc oc ya oa yc oc ya oa N = 144 Years of Age Years of Age 5

6 Altersunterschiede in der Inhibitionskontrolle Stop-Signal Paradigm Go-Trial (60%) 500 ms + Go-Trial (20%) var. SOA 500 ms + Stop-Trial (20%) 2350 ms max. 450 ms var. SOA 500 ms ms max. 450 ms var. SOA 2350 ms max. 450 ms left key right key 6

7 Altersunterschiede in der Inhibitionskontrolle Stop-Signal Paradigm Go-Trial (60%) 500 ms + Go-Trial (20%) var. SOA 500 ms + Stop-Trial (20%) 2350 ms max. 450 ms var. SOA 500 ms ms max. 450 ms var. SOA 2350 ms max. 450 ms Individuelladaptiertes SOAs 50% stop trials SSRT = GoRT - SOA 7

8 RT (ms) Altersunterschiede in der Inhibitionskontrolle GoRT SSRT N = Years of Age Kray, Kipp, & Karbach, 2009 cf. Bedard et al., 2002; Williams et al.,

9 Altersunterschiede in der Aufgabenselektion/switching Task A: Animal Task B: Color can fly can swim grey colored 9

10 Bestimmung der Wechselkosten Single task blocks: Mixed task blocks: A A A A A A (Animal) B B B B B B (Color) A A B B A A B B General switch costs = mixed single tasks Maintaining / Selection between tasks e.g., Kray & Lindenberger,

11 Bestimmung der Wechselkosten Single task blocks: Mixed task blocks: A A A A A A (Animal) B B B B B B (Color) A A B B A A B B Specific switch costs = Switch Maintaining trials (AB, / Selection BA) repetition between tasks trials (AA, BB) switching at a local level e.g., Kray & Lindenberger,

12 RT costs (in ms) Alterunterschiede im Task Switching 500 General switch costs Specific switch costs N = Age groups Kray, Eber & Karbach,

13 RT Costs (ms) RT costs (in ms) RT costs Costs (log ms) Alterunterschiede im Task Switching General switch costs 500 Specific switch costs 0, ,4 General switch costs 0,3 Specific switch costs 0, , Age groups Age Years groups of Age Kray, Eber & Karbach,

14 Zusammenfassung Unterschiedliche Alterstrends in kognitiven Kontrollfunktionen: Aufmerksamkeitskontrolle Switching per se Stopping and Initiation Aufgabenselektion/Maintenance Multidimensionality & -directionality 14

15 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

16 Theorie von Braver & Barch 2002 Defizite im Arbeitsgedächtnis Defizite in inhibitorischen Fähigkeiten Defizite in der Aufgabenselektion Defizite im Updating Ein gemeinsamer Mechanismus: Repräsentation, Aufrechterhaltung, Aktualisierung von Kontextinformationen Neuronale Mechanismen 16

17 Definition: Kontextinformation Aufgabenrelevante Information, die intern so repräsentiert wird, dass sie die Aufgabenverarbeitung beeinflussen kann (z. B. Ziele, Aufgabeninstruktionen) 1. Instruktionen/Ziele aktiv repräsentieren Aufmerksamkeitsfokussierung und Antwortselektion 2. Instruktionen/Ziele aktiv aufrechterhalten und verfügbar halten Komponente des Arbeitsgedächtnisses 3. Stärkere Aktivierung der Kontextinformation erforderlich, wenn nichtrelevante Information und Antworttendenzen aktiviert werden Inhibition erforderlich 17

18 Neuronale Grundlagen der Kontextverarbeitung Dopaminlevel (DA) 18

19 Neuronale Grundlagen der Kontextverarbeitung 1. Aktive Aufrechterhaltung der Information (Gedächtnis) 2. Inhibition durch erhöhte Aktivierung eines schwachen Pfades 3. Dopamin reguliert Zugang von Info zum PFC (Gating) DA: Zugang neuer Info zum Kontextmodul (Updating) DA: Schutz vor Interferenz ROT 19

20 Neuronale Grundlagen altersbedingter US in der Kontextverarbeitung Aufrechterhaltung des Kontextes klingt schneller ab Kontextinformation weniger zuverlässig durch Unterbrechung der DA-Projektion in den DL-PFC 20

21 Messung der Kontextverarbeitung AX-Continuous Performance Task 21

22 Dual Mechanism of Control Theory (Braver, 2012) 22

23 Dual Mechanism of Control Theory (Braver, 2012) 23

24 Pro- und Reaktive Kontrolle 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 24

25 Altersunterschiede in proaktiver und reaktiver Kontrolle 25

26 Eingeschränkte Aufrechterhaltung der Kontextinformation? - Zeitspanne zwischen cues variiert (1 s oder 5 s) - bei intakter Aufrechterhaltung keine Unterschiede erwartet 26

27 fmri Befunde Lateraler PFC 27

28 fmri Befunde Stärkere Aktivierung im DL-PFC bei längerer Verzögerung (5s) als bei kürzerer Verzögerung (1s) nur bei jungen Pbn Paxton et al.,

29 Einflussfaktoren - Übung - Paxton et al.,

30 Einflussfaktoren - Übung - Paxton et al.,

31 Einflussfaktoren - Motivation (Bestrafung) - 31

32 EEG-Korrelate altersbedingter US in der Kontextverarbeitung Schmitt, H., Ferdinand, N.K., & Kray, J. (2014). Age-differential effects on updating cue information: Evidence from eventrelated potentials. Cognitive, Affective, and Behavioral Neuroscience, 14, 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,

33 Modified AX-Continuous Performance Task Lenartowicz et al Context - dependent Context - independent Cue Probe Response Schmitt, Wolff, Ferdinand, & Kray, 2014 Facial stimuli: Minear & Park, 2004; Pictures of animals: Rossion & Pourtois,

34 Sample 34

35 Behavioural Data Reaction times Error rates Ältere Ältere Jüngere Jüngere 35

36 Frontal Central Frontocentral Frontocentral Centroparietal Parietal Frontal Centroparietal Central Parietal Mean P3b amplitude in µv Mean P3b amplitude in µv ERP Data Schmitt, Ferdinand, & Kray, 2014 Younger adults Older adults + 8 µv 1.5 s P3b ** s 8 µv ns. * ** - - *p <.05, **p <.001, ns. p>.05 36

37 Age or Performance? Do age differences in ERP of context updating remain when controlling for performance Performance differences between age groups? Performance matched groups Younger low Older high Schmitt, Wolff, Ferdinand, & Kray, 2014 Age Older High Younger Low 8 µv P3b *p <.05, ns. = p > s ns. Age differences in context updating when controlling for performance differences 37

38 Context Updating and Motivation 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? 39

39 Modified AX-CPT with motivational Cues Context - dependent Context - independent Moti-Cue Cue Probe Response Schmitt, Ferdinand, & Kray,

40 Behavioural Data Reaction times Error rates motivational salience (neutral vs. gain + loss) vs. valence effects (gain vs. loss)? 41

41 Motivational Cue Younger adults Older adults P2: Automatic attention capture P3b: Updating of relevant stimulus information Anticipation of motivationally salient cues in both age groups No motivationally valence effects 42

42 Context Cue Younger adults Older adults P3b ns. Reduced context effect on loss trials Context effects on motivationally salient gain and loss trials 43

43 Summary 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 44