4: Kurzzeitgedächtnis und Arbeitsgedächtnis Flashcards
Was ist das Gedächtnis?
• Gedächtnisprozesse sind immer dann aktiv, wenn wir
Informationen über Dinge behalten, wiederherstellen,
und verwenden, nachdem diese Dinge nicht mehr
vorhanden sind.
-> Dinge = Stimuli, Bilder, Ereignisse, Ideen, Fähigkeiten
• Gedächtnis ist immer dann aktiv, wenn unsere
vergangene Erfahrung einen Einfluss auf unser
aktuelles oder zukünftiges Denken oder Verhalten hat
=> Alles beruht auf dem Gedächtnis
Welche Arten von Gedächtnis gibt es?
- Sensorisches / Ultrakurzzeitgedächtnis
- Kurzzeit-/Arbeitsgedächtnis
- Lanzeitgedächtnis: episodisch, prozedural, semantisch
Aufbau des Modal Model of Memory von Atkinson und Shiffrin (1968)
Input: Kein Filter, alle Reize werden durchgelassen ins…
… sensorische Gedächtnis: Bestimmte Teile des sensorischen Gedächtnisses schaffen es ins KZG
-> Kann man mit Filterprozessen vergleichen
Kurzzeitgedächtnis:
- Rehearsal: a control process -> Durch Wiederholung längeres Behalten im KZG oder sogar Speicherung im LZG
- Pfeil von KZG zu LZG und umgekehrt: was wir vom LZG ins KZG zurückholen, wird uns erst dann bewusst und wir können die Info verarbeiten (sonst sind Inhalte des LZG “verborgen”)
- > KZG entscheidend für Output
Was postuliert das Modal Model of Memory?
• Es ist ein Modell (vgl. Broadbent, etc.) = es ist wissenschaftlich vernünftig, es ist brauchbar, es ist testbar; man kann es widerlegen oder erweitern
In der kognitiven Psychologie sind Modelle besonders wichtig, da wir nicht ins Gehirn gucken können
• Es postuliert drei Formen von Gedächtnis:
- Sensorisches Gedächtnis: Speichert sämtliche hineinkommende Information für Sekunden bzw. Sekundenbruchteile
- Kurzzeitgedächtnis (KZG): Speichert 5 bis 7 Items für 15 bis 20 Sekunden
- Langzeitgedächtnis (LZG): Speichert eine große Menge von Informationen für Jahre bis Dekaden
• Es postuliert Kontrollprozesse: (= können wir aktiv ausführen, wenn wir sie brauchen, z.B:)
- Rehearsal: Wiederholung von Items hilft, sie im KZG zu halten
- Assoziation mit Information aus LZG (-> bessere Enkodierung)
- Selektive Aufmerksamkeit (-> Interferierende Reize ausblenden, z.B. Lärm)
• Es postuliert Austausch zwischen KZG und LZG
- Enkodierung: Speicherung im LZG
- Retrieval: Zurückholen von LZG ins KZG
Was ist das sensorische Gedächtnis?
Definition: Das sehr kurze “Behalten” (ca. 0,5s) der Auswirkungen von sensorischer Stimulation
Visuelle Persistenz: Fortbestehen des Licht-Reizes jenseits seiner physikalischen Dauer, z.B.:
• “Lichtschwanz” von Wunderkerzen
• Frames in einer Videoaufnahme (24 Bilder/sec -> ein Bild, dann ein neues Bild und daraus setzen wir konsistente Realität zusammen)
Aufgaben / Funktion:
• Sammeln und Behalten von sensorischer Information für die initiale Bearbeitung
Das Sperling Experiment (1960)
- Beweis dafür, dass es ikonisches Gedächtnis gibt
- Messung der Kapazität des sensorischen Gedächtnisses
3 Reihen á 4 Buchstaben werden angezeigt
a) “Whole report method”: alle Buchstaben berichten
• Ergebnis: 4.5 von 12 (37.5%)
b) “partial report method”: nur die Reihe berichten, die durch Ton gekennzeichnet war
• Ergebnis: 3.3 von 4 (82%)
• Egal welche Reihe!!!
c) “partial report” mit delay von 1 Sekunde
• Ergebnis: 1 von 4 (25%)
-> je länger delay, desto schlechter Erinnerung, z.B. nach 0,3s nur noch 50%
Interpretation von Sperling’s Experiment
- Wir haben ein sensorisches Gedächtnis:
• es registriert (fast) alle Information der visuellen Rezeptoren
• aber diese Information zerfällt in weniger als einer Sekunde
• Das Ikonische Gedächtnis (iconic memory)
• Verantwortlich für visuelle Persistenz - Vergleichbar (aber nicht von Sperling):
• Das echoische Gedächtnis (echoic memory)
• Speichert auditive Information für wenige Sekunden (länger als ikonisches, weil Info nacheinander und nicht gleichzeitig kommt)
=> Das sensorische Gedächtnis speichert große
Informationsmengen für sehr kurze Zeit -> dadurch können wir sie auswerten und im KZG behalten
Kurzzeitgedächtnis (Aufgabe und Funktion)
- Speichert eine geringe Menge von Information für eine kurze Zeit (was übrig bleibt nach dem Delay bei Sperling)
- Das KZG ist trotzdem super wichtig:
- Das KZG ist für einen Großteil unseres Erlebens verantwortlich
- “short term memory is our window on the present”
- KZG wird befüllt von neuen Informationen aus dem sensorischen und “alten” Informationen aus dem LZG
Experiment von Peterson & Peterson (1959) zur Dauer der Speicherung im KZG
- Ablesen von Folge, z.B. FZL 45, BHM 87, usw.
- Ablesen der drei Buchstaben, dann der Zahl
- Rückwärts rechnen in 3-er Schritten
- Erinnern (Recall) der Buchstaben
Ergebnis: Erinnerung (recall):
• Nach 3 Sekunden: 80%
• Nach 18 Sekunden: 12%
Interpretation: Zerfall der Gedächtnisspur, wenn rehearsal verhindert wird
• KZG für 3-Buchstaben Gruppen von ca. 18
Sekunden
-> aber: Neuauswertung der Daten sagt anderes aus!
Neuauswertung der Daten zur Dauer der Speicherung im KZG durch Keppel & Underwood (1962)
Wenn man sich nur den ersten Versuch
ansieht: Minimale Verschlechterung bei 18
Sekunden!
Was bedeutet das?
Experiment zeigt nicht Dauer der Speicherung, sondern Prozess der proaktiven Interferenz
Proaktive Interferenz
Vorher gelernte Information interferiert mit neu zu lernender Information
• Beispiel: Französische Vokabeln lernen nachdem man spanische gelernt hat. = Vorher gelernte spanische Vokabeln interferieren mit neuen französischen Vokabeln -> Man schreibt im Französisch-Vokabeltest das spanische Wort
Retroaktive Interferenz
Neu gelernte Information interferieren mit vorher gelernter
• Beispiel: Französische Vokabeln lernen nachdem man spanische gelernt hat. = Später gelernte französische Vokabeln interferieren mit früher gelernten spanischen Vokabeln. -> Man will nach langer Zeit wieder Spanisch sprechen und einem fallen nur die aktuelleren französischen Wörter ein.
• Besseres Beispiel: Neue Handy-Nummer bekommen und gut gelernt, erschwert Erinnern der alten Handy-Nummer.
Verbreitete Meinungen über Kapazität des KZG
Digit-Span: Typisches Ergebnis -> 5 bis 9 digits
• Schlussfolgerung: Die Durchschnittliche
Kapazität des KZG ist 5 bis 9 Items (7+-2)
Change Detection
• Z.B. Experiment von Luck & Vogel (1997)
• Stimulus-Präsentation für 100ms
• Delay von 900ms
• Präsentation für 2000ms
• Aufgabe: Veränderung Erkennen (change
detection)
• Ergebnis: klappt besser wenn Anzahl Reize < 4,
wird ab 4 zunehmend schlechter
• Interpretation: KZG hat Kapazität von ca. 4 Items
Verbreitete Meinungen über Kapazität des KZG: Wie kann man die Diskrepanz (9 vs. 4 Items) erklären?
Chunking:
• Kombination kleiner Informationseinheiten zu größeren Einheiten mit gemeinsamer Bedeutung
• Ein Chunk ist eine Sammlung von Elementen die stark miteinander assoziiert sind, aber schwach mit anderen Elementen anderer Chunks
• Chunking = “Gruppieren nach Bedeutung”
• Ermöglicht die Speicherung größerer Mengen von Information
• Beispiel:
• ZRMISCGGEADRDFF
• ARDZDFGEZCSIMFG
Wie viel “Information” (nicht Items) kann im KZG gehalten werden?
Alvarez &Cavanaugh (2004):
• “Menge an Information” bei visuellen Objekten entspricht den visuellen Eigenschaften oder Details
• Experiment mit change detection Methode
• 6 Bilder wurden präsentiert
• Aufgabe: nach Delay Veränderung
erkennen (ja/nein)
Ergebnis:
• Je komplexer das Objekt, desto weniger
Items können im KZG gehalten werden
Interpretation:
• Menge von Information (z.B. durch Komplexität) ist wichtiger als Anzahl der Items
Kurzzeitgedächtnis (Kapazität)
• Information kann für 15-20 Sekunden gespeichert werden
• Es können etwa 4 Items gespeichert werden, und mehr durch chunking
• Die Komplexität der Information bestimmt die Speicherkapazität
• KZG wurde beschrieben als Kurzzeit-Speicher, …
• …. Aber es kann mehr: Verarbeiten von Information.
-> Erweiterung zum Arbeitsgedächtnis
Was ist das Arbeitsgedächtnis?
Baddeley & Hitch (1974):
“Das Arbeitsgedächtnis ist ein System mit limitierter Kapazität, welches für temporäre Speicherung und ,Manipulation von Informationen (neuer Aspekt!) für komplexe Aufgaben wie Begreifen, Lernen, und Argumentieren’ zuständig ist.
• Aufgabe des Working Memory: “holding and ,processing’”
• Baddeley & Hitch (1974) schlugen daher vor, dass das
Arbeitsgedächtnis aus drei Komponenten besteht:
- Phonologische Schleife
- Zentrale Exekutive
- Räumlich-visueller Notizblock
und später erweitert um:
- episodischer Puffer
Die phonologische Schleife
- Besteht aus zwei Elementen:
• Phonologischer Speicher mit limitierter Kapazität und Speicherdauer
• Artikulatorischer Rehearsal Prozess - Speichert verbale und auditive Information
Phänomene / Eigenschaften:
- Phonological similarity effect (phonologischer Ähnlichkeitseffekt): Buchstaben die ähnlich klingen (nicht ähnlich aussehen) werden leicht verwechselt
- Word length effect (Wortlängen-Effekt): Es können mehr kürzere als längere Wörter im gemerkt werden (-> Begrenzte Kapazität)
- Articulatory suppression (artikulatorische Suppression): Wenn man rehearsal durch das Aussprechen irrelevanter Wörter (z.B. the, the, the) unterbindet, kann man sich weniger Wörter merken
Der räumlich-visuelle Notizblock
- Speichert visuelle und räumliche Information
- Zuständig u.a. für Visual Imagery: Ein visuelles Bild in der Abwesenheit eines visuellen Stimulus herstellen (“inneres Auge”) (Info wird aus LZG abgerufen und kann im räumlich-visuellen Notizblock weiterverarbeitet werden)
- Demonstrationen: Objekte vergleichen, Visuelle Muster erinnern
Experiment zum Notizblock und Rotation von Shepard & Metzler (1971)
- Zwei Figuren: Sind die beiden Objekte identisch?
- Für stärker verdrehte Figuren wird mehr Zeit benötigt
Interpretation:
• Wir führen eine mentale Rotation durch
• Unter Verwendung des Notizblocks
(Es gibt einen Gehirnbereich (-> Frontallappen), indem wir diesen Prozess durchführen können)
Experiment zu chunking im Notizblock von De la Salla et al. (1999)
- Raster mit ausgefüllten Kästchen ansehen
- Nach 3 sek Delay Muster in leeres Raster eintragen
Ergebnis: Bis zu 9 ausgefüllte Kästchen
konnten typischerweise erinnert werden
Interpretation:
• Warum nicht 4?
• Vermutlich chunking: zusammenhängende Kästchen als Objekt gruppiert
Experiment zu Interferenz im Notizblock von Brooks (1968)
Aufgabe 1: Buchstabe F “visualisieren”
• Beide Bilder verdecken
• Bei bestimmter Markierung anfangen, die Ecken
abzufahren und jeweils laut sagen ob die Ecken nach innen oder nach aussen (in or out)
Aufgabe 2: gleiche Aufgaben, aber statt laut zu sagen, auf Tabelle zeigen
Ergebnis: Zeigen dauert länger
Interpretation:
• Zwei visuell-räumliche Aufgaben interferieren, verbrauchen mehr Aufmerksamkeit
• Kombination von visuell-räumlicher und
phonologischer Komponente erlaubt bessere
Ausnutzung der Ressourcen beider Systeme
Zentrale Exekutive
- Kontrollzentrum, das entscheidet, wie Informationen von Schleife und Notizblock genutzt werden.
- Aufmerksamkeits-Controller (attention controller)
- Aufmerksamkeit fokussieren, aufteilen und umschalten
- Läsionen im Frontallappen führen zu Perseveration:
- Unfähigkeit veränderten Regeln zu folgen bzw. Handeln den aktuellen Gegebenheiten anzupassen
Perseveration: krankhaftes Beharren, Haftenbleiben oder Nachwirken psychischer Eindrücke, auch das Haftenbleiben an Vorstellungen bzw. beharrliches Wiederholen von Bewegungen oder Wörtern auch in unpassendem Zusammenhang
Experiment von Vogel et al. (2005) zu zentraler Exekutive an Gesunden (ohne Läsion)
- Aufteilung der Probanden in zwei Gruppen basierend auf Vortest:
- Hohe Kapazität des Arbeitsgedächtnis (high WM)
- Niedrige Kapazität des Arbeitsgedächtnis (low WM)
- Change Detection Experiment:
- Erst ein Cue
- Dann auf ge-cue-ter Seite Veränderung der roten Balken detektieren
- Variation: blaue Distraktoren -> Haben keine Funktion, müssen aber vom visuellen System verarbeitet werden und von der zentralen Exekutive muss entschieden werden, ob sie vom räumlich-visuellen Notizblock bearbeitet werden oder
- Messung von ERP
Ergebnis:
• Höhere ERP-Unterschiede zwischen einfacher und schwieriger Aufgabe bei low WM Gruppe, d.h. Leute mit niedriger Arbeitsgedächtnisleistung müssen sich bei schwieriger Aufgabe mehr anstrengen, um die gleiche Leistung zu erbringen (bei gleicher Fehlerrate).
Interpretation:
• Zentrale Exekutive funktioniert viel besser bei high WM Gruppe, d.h. Leute, die besser sind in solchen Aufgaben, müssen ihre zentrale Exekutive weniger benutzen.
Was misst man mit dem ERP?
= event-related potential
- Methode des EEG
Es geht nicht wie beim EEG darum, auf der gesamten Skalp-Oberfläche festzustellen, was sich verändert, sondern es geht spezifisch darum, festzustellen, ob sich auf einen bestimmten Reiz hin eine ganz bestimmte Veränderung messen lässt.
Rausfinden, ob es in bestimmten Bereich eine Spannungveränderung gibt, die sich einem bestimmten Ereignis zuschreiben lässt.
Damit lässt sich herausfinden, ob auf eine bestimmte Reaktion hin, etwas im ZNS passiert (sprich: mehr Aktionspotentiale in diesen Bereichen) -> es lassen wie beim MRT Rückschlüsse darauf ziehen, ob es in diesem Bereich höhere Hirnaktivität gibt
Der Episodische Puffer
- Ergänzung von Baddeley (2009), die vorhandene Funktionalität “besser” erklären soll:
- Ein back-up Speicher der mit LZG und Arbeitsgedächtnis kommuniziert
- Und Informationen länger und mit größerer Kapazität als Arbeitsgedächtnis behalten kann
Neues Modell: Zentrale Exekutive ganz oben, wechselseitige Pfeile zu Schleife, Block und Puffer, von denen jeweils wechselseitige Pfeile zu LZG
Wie kann man Hirnstrukturen des Arbeitsgedächtnisses untersuchen?
- Verhalten bei Hirn-Läsionen
- Single Neuron Recordings
- Bildgebende Verfahren (fMRT, PET)
- Ableitung von EEG (und ERPs)
Untersuchung des AG durch Läsionen des Präfrontalen Cortex (PFC)
- Delayed Response Task beim Affen
- Affen lernen wo Futter versteckt ist, müssen nach delay korrekte Seite aufdecken
- Funktioniert nicht nach Entfernen des PFC -> PFC ist unerlässlich für KZG/AG
Untersuchung des AG durch Single Cell Recordings im PFC
Ebenfalls Delayed Response Task beim Affen:
• Affe sieht Quadrat -> während er es sieht, steigt Aktivität in einer bestimmten Nervenzelle stark an
• Diese Nervenzelle ist die gesamte Delay-Periode aktiv!!
• Wenn der Affe hinblicken soll, wo das Quadrat war und somit die Information wieder abruft, wird die Nervenzelle wieder aktiv.
Interpretation: Es gibt Neuronen, die spezifische Informationen dadurch im Gedächtnis behalten, dass sie solange, wie sie können, eine erhöhte Feuerungsrate haben und wenn Information wieder abgerufen werden muss, auch wieder feuern und danach “vergessen” sie es quasi.
-> Solange Neuron feuern kann (10- max. 30 sec) ist dieses Neuron aktiv und solange können wir uns erinnern. -> KZG/AG
Untersuchung des AG durch Bildgebung mit fMRT beim Menschen
• Präsentation von 2 Schraffierungen in unterschiedlichen Orientierungen
• Cue sagt, ob erstes oder zweites behalten werden soll
• Nach Delay wird Test-Reiz präsentiert
• Proband muss angeben, ob übereinstimmend (in Richtung) oder nicht
-> findet im visuellen System, in V1 im primären Cortex statt (auch diese Region bringt KZG-Leistungen)
-> nicht im präfrontalen Cortex!
Verwendung der “neural mind reading” Prozedur:
• Voxelmuster beim Ansehen eines bestimmten visuellen Reizes wird aufgenommen
• Wird für verschiedene Reize wiederholt
• So wird ein “Decoder” Algorhythmus trainiert und programmiert
Ergebnis:
• Während des 11-Sekunden Delays (nach dem Cue) bleibt dasselbe Voxelmuster aktiv, das schon beim Sehen der Schraffierung aktiv war (Vorhersage ist zu 83% akkurat)
