AKEPP Vorlesung:

4. Modelle Kognitive Kontrolle

II

Ws 2015/2016

Prof. Dr. Jutta Kray

12.1.2016

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

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

Empirische Befunde: Altersunterschiede in kognitiven Kontrollfunktionen

Aufmerksamkeitskontrolle (Flanker Aufgabe)

Inhibition (Stopp-signal paradigm)

Aufgabenselektion/Switching (Task-switching paradigm)

4

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

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

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

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

Task A:

Animal

Task B:

Color

can swim can fly colored grey

Altersunterschiede in der Aufgabenselektion/switching

9

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

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

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

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

Zusammenfassung

Unterschiedliche Alterstrends in kognitiven Kontrollfunktionen:

• Aufmerksamkeitskontrolle

• Switching per se

• Stopping and Initiation

• Aufgabenselektion/Maintenance

Multidimensionality & -directionality

14

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

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

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

Neuronale Grundlagen der Kontextverarbeitung

18

Dopaminlevel (DA)

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

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

Messung der Kontextverarbeitung AX-Continuous Performance Task

21

Dual Mechanism of Control Theory (Braver, 2012)

22

Dual Mechanism of Control Theory (Braver, 2012)

23

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

Altersunterschiede in proaktiver und reaktiver Kontrolle

25

Eingeschränkte Aufrechterhaltung der Kontextinformation?

26

- Zeitspanne zwischen cues variiert (1 s oder 5 s)

- bei intakter Aufrechterhaltung keine Unterschiede erwartet

fMRI Befunde

Lateraler PFC 27

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

Einflussfaktoren - Übung -

29 Paxton et al., 2006

Einflussfaktoren - Übung -

30 Paxton et al., 2008

Einflussfaktoren - Motivation (Bestrafung) -

31

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.

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

Sample

34

Behavioural Data

35

Reaction times Error rates

Ältere

Ältere

Jüngere Jüngere

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

+

-

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

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?

Modified AX-CPT with motivational Cues

40

Context - dependent Context - independent

Schmitt, Ferdinand, & Kray, 2015

Cue

Probe

Response

Moti-Cue

Behavioural Data

41

Reaction times Error rates

motivational salience (neutral vs. gain + loss) vs. valence effects (gain vs. loss)?

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

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

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