Keskeinen toimeenpanovoimaMuutos
Keskeinen toimeenpanovoima (central executive) on joustava systeemi, jonka tehtävänä on valvoa ja säädellä kognitiivisia prosesseja. Se ohjaa keskittymistä ja kohdentaa tietoa, jolloin työmuisti ja pitkäkestoinen muisti toimivat yhdessä. Sitä voidaan ajatella valvontajärjestelmänä, joka ohjaa kognitiivisia prosesseja, huolehtii siitä, että lyhytkestoinen muisti toimii aktiivisesti, ja puuttuu asiaan, kun ne menevät harhaan, ja estää häiriötekijöitä.
Sillä on seuraavat tehtävät:
- saapuvan tiedon päivittäminen ja koodaaminen sekä vanhan tiedon korvaaminen
- useista lähteistä peräisin olevan tiedon sitominen yhtenäisiksi jaksoiksi
- orjuntajärjestelmien koordinointi
- siirtyminen tehtävien tai hakustrategioiden välillä
- inhibitio, hallitsevien tai automaattisten reaktioiden tukahduttaminen
- valikoiva tarkkaavaisuus
Keskeisessä toimeenpanovoimassa on kaksi pääjärjestelmää: visuo-spatiaalinen luonnosalue, visuaalista informaatiota varten, ja fonologinen silmukka, verbaalista informaatiota varten.
Kaksoistehtäväparadigmaa käyttäen Baddeley ja Erses ovat esimerkiksi havainneet, että Alzheimerin dementiaa sairastavat potilaat ovat heikentyneet suorittaessaan useita tehtäviä samanaikaisesti, vaikka yksittäisten tehtävien vaikeusaste on mukautettu heidän kykyjensä mukaan. Kaksi tehtävää ovat muistitehtävä ja seurantatehtävä. Yksittäiset tehtävät suoriutuvat hyvin, mutta kun Alzheimerin tauti korostuu potilaalla, kahden tai useamman tehtävän suorittamisesta tulee yhä vaikeampaa. Tämä tutkimus on osoittanut keskeisen toimeenpanovallan heikkenemisen Alzheimerin tautia sairastavilla henkilöillä.
Uudemmat toimeenpanotoimintoja koskevat tutkimukset viittaavat siihen, että ”keskeinen” toimeenpanovalta ei ole niin keskeinen kuin Baddeleyn & Hitchin mallissa ajatellaan. Pikemminkin näyttäisi olevan olemassa erillisiä toimeenpanevia toimintoja, jotka voivat vaihdella pitkälti itsenäisesti eri yksilöiden välillä ja joita aivovaurio voi valikoivasti heikentää tai säästää.
Fonologinen silmukkaMuutos
Kokonaisuutena fonologisessa silmukassa (tai ”artikulaarisessa silmukassa”) on kyse äänteellisestä tai fonologisesta tiedosta. Se koostuu kahdesta osasta: lyhytaikaisesta fonologisesta varastosta, jossa on auditiivisia muistijälkiä, jotka ovat alttiita nopealle rappeutumiselle, ja artikulatorisesta harjoituskomponentista (jota joskus kutsutaan artikulatoriseksi silmukaksi), joka voi elvyttää muistijäljet.
Minkä tahansa auditiivisen verbaalisen informaation oletetaan kulkeutuvan automaattisesti fonologiseen varastoon. Visuaalisesti esitetty kieli voidaan muuttaa äänettömällä artikulaatiolla fonologiseksi koodiksi ja siten koodata fonologiseen varastoon. Tätä muunnosta helpottaa artikulatorinen kontrolliprosessi. Fonologinen varasto toimii ”sisäkorvana”, joka muistaa puheäänet niiden ajallisessa järjestyksessä, kun taas artikulaatioprosessi toimii ”sisäisenä äänenä” ja toistaa sanojen (tai muiden puheen elementtien) sarjaa silmukassa estääkseen niiden hajoamisen. Fonologisella silmukalla voi olla keskeinen rooli sanaston omaksumisessa erityisesti varhaislapsuudessa. Se voi olla elintärkeä myös toisen kielen oppimisessa.
Viisi tärkeintä havaintoa antavat näyttöä fonologisesta silmukasta:
- Fonologisen samankaltaisuuden vaikutus:
Sanojen luettelot, jotka kuulostavat samankaltaisilta, on vaikeampi muistaa kuin erilaisilta kuulostavat sanat. Semanttisella samankaltaisuudella (merkityksen samankaltaisuudella) on verrattain vähän vaikutusta, mikä tukee oletusta, että verbaalinen informaatio koodataan pitkälti fonologisesti työmuistiin. - Artikulaation tukahduttamisen vaikutus:
Verbaalisen aineiston muistaminen heikkenee, kun ihmisiä pyydetään sanomaan ääneen jotain epäolennaista. Tämän oletetaan estävän artikulatorisen harjoitusprosessin, jolloin muistijäljet fonologisessa silmukassa rappeutuvat. - Tiedon siirtyminen koodien välillä:
Visuaalisesti esitettyjen asioiden kohdalla aikuiset yleensä nimeävät ja subvokaalisesti harjoittelevat niitä, joten tieto siirtyy visuaalisesta koodauksesta auditiiviseen koodaukseen. Artikulatorinen suppressio estää tämän siirron, ja tällöin edellä mainittu fonologisen samankaltaisuuden vaikutus häviää visuaalisesti esitettyjen kohteiden osalta. - Neuropsykologiset todisteet:
Virheellinen fonologinen varastointi selittää niiden potilaiden käyttäytymisen, joilla on erityinen puute fonologisessa lyhytkestoisessa muistissa. Afaattiset potilaat, joilla on kehityksellinen verbaalinen dyspraksia, eivät kykene luomaan artikulaatioon tarvittavia puhemotorisia koodeja, mikä johtuu artikulaatioharjoitusprosessin puutteesta. - Toisaalta dysartriapotilailla, joiden puheongelmat ovat toissijaisia, on normaali harjoituskyky. Tämä viittaa siihen, että juuri subvokaalinen harjoittelu on ratkaisevaa.
Todisteet fonologisen lyhytkestoisen varaston puolestaEdit
Vuosikymmenten aikana kertynyt kirjallisuus on antanut vahvaa tukea fonologisen lyhytkestoisen varaston teorialle. Stephen Madigan osoitti vuonna 1971 tekemässään tutkimuksessa, että etenevän sarjamuistamisen aikana havaitaan suurempi recency-vaikutus, kun ihmisille esitetään luettelo auditiivisesti eikä visuaalisesti. (Hänen tutkimuksessaan auditiivinen esitystapa johti siihen, että viimeksi tutkitut kohdat palautuivat paremmin mieleen. Catherine Penney laajensi tätä havaintoa havaitakseen, että modaliteettivaikutuksia voidaan havaita myös vapaan muistamisen tehtävissä. Vuonna 1965 Dallett oli havainnut, että tämä havaittu modaliteettivaikutus vähenee huomattavasti, kun esitettyyn luetteloon lisätään ”suffiksi”-kohde; tämä suffiksi on häiritsevä kohde, jota ei ole tarkoitus palauttaa mieleen. Robert Greene hyödynsi tätä havaintoa vuonna 1987 havaitakseen, että tämä suffiksi-vaikutus vaikuttaa enemmän auditiivisesti kuin visuaalisesti opittuihin luetteloihin. Kaikkien näiden havaintojen huipentuma tukee vahvasti teoriaa, jonka mukaan on olemassa lyhytkestoinen varasto, joka tallentaa äskettäin opitut asiat fonologisesti. Lisäksi Bloom ja Watkins havaitsivat, että suffiksi-ilmiö vähenee huomattavasti, kun suffiksia ei tulkita kielelliseksi äänteeksi, mikä sopii yhteen fonologisen lyhytkestoisen varaston teorian kanssa, sillä ei-kielelliset häiriötekijät eivät suurelta osin vaikuttaisi siihen.
Visuaalis-avaruudellinen työmuistiMuutos
Alan Baddeleyn teoriassa työmuistista on vielä toinenkin näkökohta, jonka mukaan muisti voi olla lyhytkestoisesti varastoitua. Visuo-spatiaalinen luonnosmuisti on varasto, joka pitää sisällään visuaalista informaatiota manipulointia varten. Visuo-spatiaalisen luonnoslehden ajatellaan olevan oma työmuistivarastonsa siinä mielessä, että se ei häiritse fonologisen silmukan lyhytkestoisia prosesseja. Tutkimuksissa on havaittu, että visuo-spatiaalinen sketchpad voi toimia samanaikaisesti fonologisen silmukan kanssa sekä auditiivisten että visuaalisten ärsykkeiden käsittelyssä ilman, että kumpikaan prosessi vaikuttaa toisen tehokkuuteen. Baddeley määritteli uudelleen lyhytkestoisen muistin teorian työmuistiksi selittääkseen tämän ilmiön. Alkuperäisessä lyhytkestoisen muistin teoriassa ymmärretään, että ihmisellä on vain yksi välitöntä tiedonkäsittelyä varten tarkoitettu varasto, johon mahtuu yhteensä vain seitsemän asiaa plus tai miinus kaksi asiaa, jotka tallennetaan hyvin lyhyessä ajassa, joskus muutamassa sekunnissa. Digit-span-testi on täydellinen esimerkki klassisesti määritellyn lyhytkestoisen muistin mittauksesta. Pohjimmiltaan, jos ihminen ei pysty koodaamaan seitsemää plus tai miinus kahta kohdetta muutaman minuutin kuluessa löytämällä olemassa olevan assosiaation, jonka avulla tieto voidaan siirtää pitkäkestoiseen muistiin, tieto menetetään eikä sitä koskaan koodata.
Visuo-spatiaalinen lyhytkestoinen muisti voi kuitenkin säilyttää visuaalista ja/tai spatiaalista tietoa lyhyiden ajanjaksojen ajan. Kun tämä muisti on käytössä, yksilöt pystyvät hetkellisesti luomaan ja palauttamaan henkisen kuvan, jota voidaan manipuloida monimutkaisissa tai vaikeissa avaruudellisen orientaation tehtävissä. Joillakin ihmisillä on eroja aivojen alueilla, jotka mahdollistavat tämän erilaisista aivovaurioista johtuen. Tässä voi olla myös väärinkäsitys ohimenevien muistojen, kuten visuaalisen aistimuistin, välisistä eroista. Ohimenevä muisti on vain ohimenevä aistimuisti. Koska visuaalinen aistimuisti on siis eräänlainen aistimuisti, tietoa varastoidaan, mutta varastointi kestää vain noin sekunnin. Visuaalisen aistimuistin yleinen vaikutus on se, että yksilöt saattavat muistaa nähneensä asioita, joita ei todellisuudessa ollut olemassa, tai olla muistamatta tiettyjä asioita, jotka olivat heidän näköpiirissään. Muisti on vain hetkellinen, ja jos siihen ei kiinnitetä huomiota muutamassa sekunnissa, se katoaa.
Aivoissa on kaksi erilaista reittiä, jotka ohjaavat visuaalis-avaruudelliseksi luonnostelumuistiksi inklusiivisesti kutsutun järjestelmän eri toimintoja. Luonnoslehti koostuu spatiaalisesta lyhytkestoisesta muistista ja kohdemuistista. Spatiaalisen lyhytkestoisen muistin avulla ihminen pystyy oppimaan ja siten muistamaan, ”missä” hän on muihin objekteihin nähden vertailevassa esityksessä. Visuaalis-avaruudellisen luonnoslehden kohdemuisti on olennainen oppimisessa ja muistamisessa, ”mitä” jokin kohde on. Erot näiden kahden erilaisen visuaalisen kyvyn välillä johtuvat suurelta osin kunkin kyvyn erilaisista reiteistä aivoissa. Aivojen visuaalinen väylä, joka havaitsee henkilön avaruudellisen esityksen ympäristöönsä ja ympäristössään, on dorsaalivirta. Näköväylää, joka määrittää esineiden muodot, koot, värit ja muut lopulliset ominaisuudet, kutsutaan ventraalivirraksi. Kumpikin näistä kahdesta virrasta toimii toisistaan riippumatta, joten näköjärjestelmä voi käsitellä toista ilman toista (kuten esimerkiksi aivovaurion yhteydessä) tai molempia samanaikaisesti. Nämä kaksi virtaa eivät ole riippuvaisia toisistaan, joten jos toinen toimii manipulatiivisesti, toinen voi silti lähettää tietojaan.
Logien tarkennus visuospatiaalisesta sketchpadistaEdit
Logie on ehdottanut, että visuospatiaalinen sketchpad voidaan jakaa edelleen kahteen osaan:
- Visuaalinen välimuisti, johon tallennetaan tietoa muodoista ja väreistä.
- Sisäinen kirjuri, joka käsittelee spatiaalista ja liikkeellistä tietoa. Se myös harjoittelee visuaalisessa välimuistissa olevaa tietoa ja siirtää tietoa keskushallintoon.
Kolme päähavaintoa antavat näyttöä visuospatiaalisen luonnosyksikön visuaalisten ja spatiaalisten osien erottelusta:
- Visuaalisten ja spatiaalisten tehtävien välillä on vähemmän interferenssiä kuin kahden visuaalisen tehtävän tai kahden spatiaalisen tehtävän välillä.
- Aivovaurio voi vaikuttaa toiseen osatekijöistä vaikuttamatta toiseen.
- Aivokuvantamisen tulokset osoittavat, että visuaalisia kohteita sisältävät työmuistitehtävät aktivoivat enimmäkseen vasemman aivopuoliskon alueita, kun taas paikkatietoa sisältävät tehtävät aktivoivat enemmän alueita oikeassa aivopuoliskossa.
Episodinen puskuriEdit
Vuonna 2000 Baddeley lisäsi malliin neljännen komponentin, episodisen puskurin. Tämä komponentti on rajallisen kapasiteetin omaava passiivinen järjestelmä, joka on omistettu yhdistämään tietoa eri osa-alueiden välillä muodostaakseen integroituja visuaalisen, spatiaalisen ja verbaalisen tiedon yksiköitä, joilla on ajallinen järjestys (tai episodinen kronologinen järjestys), kuten tarinan tai elokuvakohtauksen muistaminen. Episodisella puskurilla oletetaan olevan myös yhteyksiä pitkäkestoiseen muistiin ja semanttiseen merkitykseen.
”Se toimii puskurivarastona, joka ei ole ainoastaan työmuistin osien välillä, vaan myös yhdistää työmuistin havaitsemiseen ja pitkäkestoiseen muistiin”. Baddeley olettaa, että ”haku puskurimuistista tapahtui tietoisen tietoisuuden kautta”. Episodisen puskurin avulla yksilöt voivat käyttää integroituja tietoyksiköitä, joita heillä jo on, kuvitellakseen uusia käsitteitä. Koska tämä on todennäköisesti ”tarkkaavaisuutta vaativa prosessi… puskuri riippuisi suuresti keskushallintokyvystä.”
Tärkein motivaatio tämän komponentin käyttöönotolle oli havainto, että joillakin (erityisesti erittäin älykkäillä) muistinmenetyksestä kärsivillä potilailla, joilla ei oletettavasti ole kykyä koodata uutta tietoa pitkäkestoiseen muistiin, on kuitenkin hyvä lyhytaikainen tarinamuistiin palauttaminen, sillä he muistavat paljon enemmän tietoa kuin fonologiseen silmukkaan mahtuisi. ”Episodinen puskuri näyttää… kykenevän tallentamaan sidottuja piirteitä ja saattamaan ne tietoisen tietoisuuden saataville, mutta ei itse ole vastuussa sidontaprosessista.”
Es oletetaan, että ”tietoinen pääsy fonologiseen silmukkaan tai luonnoslehtiöön voi toimia puskurin kautta”. Tämä perustuu oletukseen, että sekä visuo-spatiaalinen sketchpad että fonologinen silmukka toimivat pieninä puskureina, jotka yhdistävät tietoa aistialueellaan. Episodinen puskuri voi olla vuorovaikutuksessa myös hajun ja maun kanssa.