La Working Memory INDIRIZZI Neuroscienze Cognitive Clinica e Dinamica Silvia Stentella 198941 Argo Penovi 205876 un sistema è un insieme di elementi collegati, che formano una totalità strutturale e funzionale

La memoria La memoria non è semplicemente elaborazione di idee, sentimenti ed emozioni passate, nonostante il senso comune la consideri così. Ciò che chiamiamo “ricordo” è il risultato dell’interazione tra differenti sistemi di memoria (sistema: insieme di elementi collegati, che formano una totalità strutturale e funzionale) Memoria→capacità di mantenere informazioni acquisite dal sistema per più o meno tempo in modo da poterle avere a disposizione e utilizzarle per lo svolgimento dei compiti che si porranno all’individuo. La memoria rappresenta una delle funzioni cognitive più importanti per l’apprendimento e per la vita di tutti i giorni ed è per questo che è diventato uno dei principali oggetti della psicologia

La memoria (definizioni) Memoria a breve termine memoria immediata per eventi, immagazzina passivamente le informazioni che possono, o non, essere consolidate nelle memoria a lungo termine. è prettamente dominio-specifica (verbale o visuospaziale) mantiene ed elabora le informazioni durante l’esecuzione di compiti cognitivi capacità molto limitata (+ 7/-2 elementi); è di breve durata Memoria a lungo termine memorie relativamente stabili di eventi che sono avvenuti nel passato. Il processo attraverso il quale le memorie a breve termine vengono trasformate in memorie a lungo termine viene detto consolidamento

La memoria (definizioni) Esplicita (sistema lobo temporale-mediale) Codifica informazioni che riguardano gli eventi autobiografici e le conoscenze relative a fatti passati tracce mnestiche attivate mediante un atto intenzionale di richiamo alla mente memoria episodica: conterebbe i ricordi episodici di cui si è stati testimoni diretti e le memorie autobiografiche

La memoria (definizioni) Implicita (varie vie percettive e riflesse) Possiede proprietà automatiche o riflessive non richiede un richiamo intenzionale volontario si fonda sulla ripetizione non la si può eprimere con le parole (abilità percettive a apprendimento di alcuni tipi di tecniche e regole) memoria procedurale:(svolgimento compiti complessi) magazzino di memoria che contiene le conoscenze operative del soggetto in merito ai processi percettivi, cognitivi e motori.

La memoria (definizioni) Memorie dichiarative (esplicita) Possono essere espresse verbalmente, ad esempio la memoria autobiografica. Memorie non dichiarative (implicita) Termine collettivo con cui si indicano la memoria percettiva, quella stimolo-risposta e quella motoria. La loro formazione non dipende dalla struttura ippocampale. Memoria Semantica Ha a che fare con le conoscenze astratte, rappresentabili in modo simbolico.

La memoria (definizioni) La Memoria di Lavoro (MdL), o Working Memory. sistema di memoria che si occupa contemporaneamente del mantenimento e del processamento delle informazioni: ha funzioni esecutive, mantiene relativamente stabili gli eventi che sono avvenuti nel passato, ha relazioni più strette con l’apprendimento e con altre funzioni cognitive. Si collega alle strutture della memoria a lungo termine. Alcuni considerano la memoria a breve termine come un sottotipo di memoria di lavoro, altri ritengono che le due funzioni siano due cose distinte e separate.

La memoria (cenni storici) Il primo a proporre una classificazione fu James (1890) che distinse una memoria primaria, che riguarda il presente conscio, da una secondaria, come il vasto insieme di informazioni immagazzinate nel corso della vita. I termini di memoria “a breve termine” e “a lungo termine” sono stati probabilmente coniati da Thorndike (1910).

La memoria (cenni storici) Nel 1949 Hebb parla di un magazzino temporaneo e uno permanente di memoria. Con l’avvento del modello cognitivo della Human Information Processing (HIP) negli anni ’60, che paragona l’elaborazione mentale a ciò che avviene in un computer, la memoria assume un ruolo fondamentale nei processi cognitivi e viene formulato un numero cospicuo di modelli, tra i quali quello di Atkinson e Shiffrin (1968) emerge come il più accettato.

La memoria (storia recente) Modello dei magazzini multipli (Atkinson & Shiffrin, 1968, 1971) Reiterazione Attenzi Stimolo one Decadimento Spostamento attenzione Interferenza MEMORIE SENSORIALI MEMORIA A BREVE TERMINE MEMORIA A LUNGO TERMINE

La memoria (storia recente) Per Baddeley (1974) la memoria a breve termine andrebbe sostituita da una memoria di lavoro composta da quattro componenti: a) un circuito fonologico (phonological loop) che mantiene l’informazione in forma fonologica nell’ordine di presentazione b)un taccuino visuo-spaziale (visuo-spatial sketchpad) specializzato per il mantenimento e l’elaborazione di informazione visiva e spaziale c) un buffer episodico che è il sistema nel quale viene integrata l’informazione (proveniente dagli altri magazzini o dalla MLT) in nuovi elementi, che possono poi essere ulteriormente elaborati d) un sistema esecutivo centrale (centralexecutive) che svolge funzioni di controllo, coordinamento e allocazione delle risorse

UN MODELLO PER LA MEMORIA Il modello multicomponenziale della Working Memory Baddeley (1974) ha dunque sostenuto il concetto di un sistema comune che è "a capacità limitata e opera attraverso una serie di compiti che comportano codici di lavorazione diversi e differenti modalità di input” Tale modello è un modello funzionale di memoria di lavoro che,all’inizio, prevedeva solo tre componenti:un esecutivo centrale, un taccuino visuospaziale e un circuito fonologico.

IL MODELLO MULTI-COMPONENZIALE DELLA MEMORIA DI LAVORO In una serie di esperimenti basati sull’ipotesi che se un sistema comune a capacità limitata è impiegato in un range di compiti cognitivi, allora l’assorbire una quantità sostanziale della sua capacità per un compito supplementare concorrente dovrebbe avere effetti deleteri sulla performance di tali compiti, Baddeley e collaboratori ottennero risultati che fornirono: 1) un argomento convincente a sostegno del generale concetto di un sistema di memoria di lavoro, 2) le informazioni che hanno portato alla formulazione del loro primo modello multicomponente di memoria di lavoro.

IL MODELLO MULTI-COMPONENZIALE DELLA MEMORIA DI LAVORO Nel 2000. a seguito di ulteriori studi, Baddeley, sempre più convinto del fatto che la memoria a breve termine andasse sostituita con la memoria di lavoro, perfezionò il modello aggiungendo, come detto, il quarto componente: il buffer episodico.

Il circuito fonologico Il circuito fonologico comprende due componenti Magazzino fonologico ripetizione subvocalica tracce mnestiche in ( ripetizione silente) forma acustica o fonologica che sfumano in pochi secondi (circa 2sec) mantiene l’informazione nel magazzino fonologico Il magazzino fonologico è paragonato ad un registratore, che registra le informazioni vocali su un nastro di durata determinata, tali informazioni vengono cancellate se il meccanismo di reharsal non le continua a registrare sul nastro (Dehn 2008)

Il circuito fonologico Mentre l’input verbale entra nel magazzino fonologico automaticamente, le informazioni da altre modalità entrano nel magazzino fonologica solo attraverso la ricodifica in forma fonologica, un processo eseguito dalla riterazione subvocalica. Span limitato Poiché l'articolazione opera in tempo reale, la capacità del magazzino fonologico è limitato dal numero di elementi che possono essere articolati in tempo reale prima che le tracce mnestiche siano svanite (5 - 8 voci o parole circa)

Il circuito fonologico L'effetto somiglianza fonologica Tuttavia, come molti esperimenti mostrano, il numero di punti rinviati, dipende dalle loro caratteristiche. Le sequenze di lettere dal suono dissimile come W, X, K, R, Y e Q sono più facili da ricordare che sequenze di lettere con suono simile, come V, B,G, T, P e C. La similarità di significato ha poco effetto. Il significato non interferisce significativamente con il ricordo a breve termine, mentre diventa una variabile cruciale nel ricordo a lungo termine. Il significato delle parole infatti attiva strutture di memoria a lungo termine che facilitano il ricordo. la memoria immediata per le parole è più sensibile alla somiglianza semantica quando le parole possono essere facilmente combinati in coppie veramente significative

Il circuito fonologico L'effetto sonoro irrilevante. L’esposizione a termini irrilevanti (cue o altro) riduce in modo significativo il ricordo seriale di materiale verbale (sia in presentazione visiva che uditiva). L’effetto lunghezza delle parole. Sembra che la misura di span sia influenzata dalla lunghezza delle parole e dal tempo necessario per articolarle

Il circuito fonologico Il meccanismo di ripetizione subvocalica è fondamentale per lo span verbale, poichè è stato dimostrato che impedire il rehearsal, ad esempio chiedendo ai soggetti di ripetere una parola, riduce notevolmente la lunghezza dello span stesso Attraverso la soppressione articolatoria è possibile quindi valutare la capacità pura del magazzino fonologico e dimostrare anche come il circuito fonologico possa essere distinto in un magazzino passivo e una funzione di ripetizione Il circuito fonologico sembra essere una componente fondamentale del modello di MdL. Numerosi studi ne hanno dimostrato la relazione con le altre funzioni cognitive (e, dunque, con l’esecutore centrale) e i processi di apprendimento, soprattutto quelli che interessano l’acquisizione del linguaggio.

Il taccuino visuospaziale Il taccuino visuospaziale (visuo-spatial sketchpad): E’ responsabile dell’immagazzinamento delle informazioni visive e spaziali, per esempio memoria degli oggetti e delle loro posizioni. Esso sembra anche occuparsi della produzione e manipolazione di immagini mentali (Baddeley, 2006; De Beni et al., 2007)

Il taccuino visuospaziale E’ suddiviso in due sottocomponenti (Baddeley, 2006) Componente visiva Componente spaziale magazzino informazioni magazzino informazioni visive statiche spaziali dinamiche (colore, forma,…) (movimento, direzione) Passivo e temporaneo Attivo di ripetizione spaziale (mantenimento di posizioni e movimenti)

Il taccuino visuospaziale Sia la componente visiva che quella spaziale sembrano avere capacità e durata limitate. I pattern visuospaziali complessi sono memorizzati più difficilmente di quelli semplici, per esempio dei blocchi disposti in una matrice sono più facilmente rievocabili che se disposti in ordine sparso, e le figure asimmetriche sono più difficili da ricordare rispetto a quelle simmetriche Non è ancora chiaro come funzionino i meccanismi di reharsal visuospaziale, ma è stato dimostrato che compiti che impegnano i soggetti in un compito visuospaziale concorrente (per esempio chiedendo loro di spingere dei tasti o muovere le braccia seguendo un target in movimento) danneggia l’immagazzinamento visuospaziale a breve termine (Logie e Marchetti, 1991; Henry, 2001).

Il taccuino visuospaziale La memoria di lavoro visuospaziale pare sia coinvolta nei meccanismi di formulazione e manipolazione di immagini e nella costruzione di modelli mentali .(Cornoldi et al. 1996; De beni et al.2007) anche se le due funzioni non possono essere sovrapposte Lo svolgimento di un compito visuospaziale concorrente, come abbiamo già sottolineato, può arrivare a danneggiare la formulazione di immagini: più o meno a seconda del tipo di compito

Rappresentazione e mantenimento delle informazioni nella memoria di lavoro visiva Dopo aver accertato l'esistenza di magazzini separati per le informazioni visive e spaziali, si può assumere che anche le rappresentazioni usate siano diverse (via del what e via del where?) In una serie di esperimenti Luck e Vogel (1997) hanno stabilito che gli osservatori sono in grado di conservare circa 3 o 4 diverse caratteristiche all'interno di una singola dimensione (ad esempio colore, orientamento), ma che questi possono essere raggruppati con tre o quattro elementi di un'altra dimensione quando vengono integrati in oggetti

Rappresentazione e mantenimento delle informazioni nella memoria di lavoro visiva La memoria di lavoro visiva è vincolata dal numero di oggetti e non dal numero delle caratteristiche distinguibili che compongono gli oggetti, tali informazioni nella memoria di lavoro visiva vengono mantenute nella forma di oggetti integrati (rappresentazioni). Nella gestione degli oggetti nella memoria di lavoro e nella selezione di oggetti percettivi in una scena visiva, sono impegnati anche i meccanismi attenzionali: - la memoria di lavoro visiva è strettamente legata alla percezione e all’immaginazione visiva (è stato provato che la presentazione delle immagini irrilevanti interrompe il mantenimento delle informazioni nella memoria di lavoro visiva ma non in quella spaziale) - la memoria di lavoro spaziale mostra una più stretta connessione con l'attenzione e l'azione: essa utilizza importanti risorse, come l'attenzione spaziale e/o il controllo oculomotore (le saccadi)

Rappresentazione e mantenimento delle informazioni nella memoria di lavoro visiva Sulla base dei risultati empirici raccolti possiamo supporre che il mantenimento di oggetti integrati (rappresentazioni) avvenga grazie ad un meccanismo legato alle risorse attentive. Un compito importante per il futuro sarà quello di distinguere chiaramente tra le rappresentazioni che si svolgono nel taccuino visuospaziale e quelle detenute nel buffer episodico. Questo fatto è particolarmente rilevante nel caso d immagini visive che integrano le informazioni visive da varie fonti, tra cui la memoria a lungo termine: un compito per il quale il buffer episodico sembrerebbe più adatto.

L’esecutivo centrale L’esecutivo centrale (central executive) rappresenta il nucleo della MdL e (a differenza dei servosistemi) appare modalità- indipendente. Alcune critiche lo considerano come un homunculus, ossia un cervello nel cervello che prende le decisioni in maniera non specificata. Baddeley gli attribuisce delle funzioni specifiche: 1- il coordinamento dei servosistemi (es. compiti di dual-task, come quelli che impegnano simultaneamente il circuito fonologico e il taccuino visuospaziale o che richiedono simultaneamente l’immagazzinamento e il processamento delle informazioni 2- la capacità di alternare le strategie di recupero delle informazioni e di focalizzare l’attenzione su uno stimolo (inibendo l’interferenza di quelli irrilevanti) 3- la capacità di recuperare e manipolare informazioni dalla memoria a lungo termine Baddeley, per le sue conclusioni ha utilizzato una random digit generation task (attività di generazione casuale di compiti) , anche su soggetti AD. I risultati hanno sostenuto l'ipotesi che la capacità di focalizzare l’attenzione evidenzia la presenza di una capacità distinta capacità esecutiva.

L’esecutivo centrale Secondo Baddeley esso si occupa anche della regolazione attentiva delle funzioni cognitive collegate alla memoria di lavoro (paragonato al SAS di Shallice, sistema attentivo che entra in funzione quando ci si presenta uno stimolo nuovo che non concorda con gli schemi automatizzati che regolano il nostro normale comportamento) Baddeley nel 1996 ne ha anche sottolineato la stretta connessione con la memoria a lungo termine, attribuendogli: - il compito di attivazione e recupero delle informazioni dalla memoria a lungo termine, stabilendo quale fra queste sia rilevante per il compito che si sta svolgendo, - il compito di creare delle associazioni tra le nuove informazioni in entrata e quelle già possedute. Miyake et al hanno recentemente confermato l’importanza dell’esecutivo centrale

L’esecutivo centrale Miyake gli attribuisce tre funzioni: Lo Shifting riguarderebbe la capacità dell’esecutivo centrale di spostare alternativamente l’attenzione tra compiti multipli, operazioni o sistemi mentali (es:riprodurre una sequenza alfa-numericai alternando tra loro le lettere e i numeri, cosa che richiede l’alternativo ancoraggio e disancoraggio al codice verbale e al codice numerico.. Lo Updating sarebbe il monitoraggio e la codifica di nuove informazioni rilevanti per il compito e la sostituzione di queste ultime con le vecchie informazioni non più rilevanti (es rievocare le ultime tre lettere di serie di lettere, appunto, ogni volta che ne viene aggiunta una nuova). L’Inibizione riguarda l’abilità di inibire volontariamente una risposta automatica fortemente predominante (da non intendere come inibizione dell’attivazione intesa come il decremento dell’attivazione dovuto ad un’attivazione negativa)

Il buffer episodico Il buffer episodico è stato postulato per tenere conto di una serie di dati empirici che non potevano essere spiegati usando il modello originale tripartito. Tampone perché funge da intermediario tra sottosistemi con codici diversi, che unisce in rappresentazioni unitarie multi- dimensionali. Le funzioni ad esso assegnate erano prima incluse nella componente esecutiva centrale: la capacità di interfacciare i sottosistemi di memoria di lavoro con il contenuto della memoria di lavoro a lungo termine nella formazione e gestione di strutture complesse: scene o episodi, da cui l’aggettivo episodico. Viene descritto come un magazzino a capacità limitata e coscientemente accessibile, che si collega con la memoria episodica e semantica a lungo termine in modo da costruire rappresentazioni integrate sulle nuove informazioni.

Il buffer episodico Viene descritto anche come un componente multimodale, che riceve informazioni sia dalla componente verbale che da quella visuospaziale ma anche dalla memoria a lungo termine, per combinarle in un’unica rappresentazione episodica (Baddeley, 2000). Si occupa di trasmettere e recuperare le informazioni dalla memoria episodica e semantica a lungo termine e tale recupero sembra avvenire in maniera consapevole e cosciente (Baddeley, 2000). Gli studi fino ad oggi fatti sostengono l’esistenza di tale archivio di memoria di lavoro separato che consente il mantenimento delle informazioni in una forma integrata e multidimensionale basandosi sulle risorse di elaborazione dell'esecutivo centrale.

Scienze cognitive: la connessione tra le funzioni cognitive e il cervello. Studi relazionali tra danni cerebrali e disfunzioni cognitive e studi di neuroimmagine funzionale hanno consentito una mappatura sistematica tra i processi mentali e le strutture cerebrali. Studi su pazienti con grave compromissione della capacità di richiamo immediato ma con intatte capacità cognitive generali e MLT, hanno supportato l’esistenza di una MBT e del suo frazionamento in più componenti. Henson (2005): 1- se stesse condizioni sperimentali danno modelli qualitativi diversi le due condizioni danno luogo a due diversi processi funzionali, 2- se stesse regioni cerebrali si attivano per condizioni sperimentali diverse esistono processi funzionali che sono ad entrambe comuni.

Memoria e cervello Ipotesi confermate da studi di neuroimmagine funzionale (PET e fMRI): 1- separazione tra ciclo fonologico e taccuino visuospaziale, 2- possibilità di gestire le informazioni spaziali, a seconda del compito, sia in forma di preparati o movimenti oculari che come memoria percettiva di posizione dello stimolo. (vedi slide n° 22). Il modello funzionale della memoria di lavoro che abbiamo appena descritto potrebbe non rivelarsi di facile mappatura. Alcuni hanno infatti sostenuto che la memoria di lavoro esaminata che potrebbe rivelarsi essere una proprietà emergente, un prodotto della interazione di un sistema neurale altamente distribuito.