Evaluatie van het Cascade Model voor Executief Functioneren door middel van Switchtaken.
Universiteit van Amsterdam.
Bachelor scriptie, juni 2014. K.F. van der Zwaan.
Studentnummer 10002788. Begeleid door Renate van de Ven. 5992 woorden.
1 Inhoud
Abstract. ... 2
Over Executief Functioneren, de Assessment van Executief Functioneren en het Huidige Onderzoek. ... 3
Het Cascade Model onder de loep. ... 7
De Functie van Hersenstructuren in het Cascade Model en in Literatuur. ... 7
De Dorso-Laterale Prefrontale Cortex. ... 8
De Anterior Cingulate Cortex. ... 10
De Toepasbaarheid van het Cascade Model op Experimentele Switchtaken. ... 11
Voorspelbare Switchtaken. ... 12
Switchtaken met Cue. ... 13
Vrijwillige Switchtaken. ... 14
Conclusie & Discussie. ... 15
2 Abstract.
Het huidig onderzoek is een evaluatie van het cascade model van Banich. Hierin wordt gesteld dat executief functioneren bestaat uit het selecteren van een attentionele set in de dorsolaterale prefrontalecortex (DLPFC) en het selecteren van een respons in de anterior cingulate cortex (ACC). Bekeken wordt of deze structuren in wetenschappelijke literatuur dezelfde functie toebedeeld krijgen als in het model en of het model past op switchtaken. Dat wil zeggen; kunnen de resultaten gevonden in switchtaken verklaard worden door de functies die het model beschrijft. Het huidige onderzoek verwerpt de theorie van Banich niet, de functies die in de literatuur worden toegekend aan de DLPFC en de ACC lijken voldoende over een te komen met de functies beschreven in het model. Dit lijkt ook te gelden voor de resultaten gevonden in de switchtaken.
3 Over Executief Functioneren, de Assessment van Executief Functioneren en het Huidige
Onderzoek.
Phineas Gage overleefde in 1848 een ongeluk waarbij een metalen staaf zijn oogkas en het frontale gedeelte van zijn hersenen doorboorde. Zijn arts Harlow beschreef de operatie en de gevolgen van het ongeluk. Harlow observeerde veranderingen in gedrag bij Gage die zich vooral uitten in een onvermogen tot plannen, veranderingen in emotie en het correct richten van aandacht (Harlow, 1868; Damasio, Grabowski, Frank, Galaburda en Damasio, 1994). Met het ongeluk van Gage en het onderzoek van Harlow, begint de zoektocht naar de functie van onze frontaalkwab en de processen die aandacht en planning sturen. Aanvankelijk werden de functies onderzocht door naar aandachtsprocessen te kijken (Kessels, 2012). Hier kwam verandering in toen onderzoekers stelden dat planning en aandacht worden gestuurd door een controle systeem (Posner & Petersen, 1990; Shiffrin & Schneider, 1977). Dit controlesysteem werd door Lezak in 1982 executief functioneren genoemd. Daarnaast gaf Lezak ook een opsomming van wat executief functioneren zou moeten behelzen. Executieve functie is volgens Lezak verantwoordelijk voor het opstellen van een doelgericht plan en het op een effectieve manier uitvoeren van het doelgerichte plan. In de jaren daarna zijn verschillende modellen en theorieën ontwikkeld die executieve functie zouden verklaren.
Baddeley (1992) koppelde executieve functie aan zijn theorie over geheugenprocessen. Baddeley beschreef, naast de fonologische lus, een systeem dat talige informatie verwerkt en het visuele kladblok, een systeem dat visuele informatie verwerkt, de central executive. De central executive was volgens Baddeley van belang tijdens het spelen van bijvoorbeeld schaak. De central executive haalde eerder geleerde informatie uit het geheugen en richtte de aandacht op de taak en haar oplossing. In dit model is executief functioneren een controle proces voor aandacht. Alhoewel het onderzoek van Baddeley beroemd is, geeft het geen daadwerkelijke uitleg over hoe executief functioneren werkt. Miyake et al. (2000) stelde
4 daarom de tot nu toe beroemdste theorie op over executief functioneren. Deze theorie stelt dat executieve functie uit drie componenten bestaat; updating, shifting en inhibition. Een
vereenvoudigde uitleg van deze theorie zou zijn dat executief functioneren ervoor zorgt dat aandacht bij een taak blijft, dat aandacht kan verschuiven en dat men niet afgeleid raakt door andere niet relevante taken. De theorie lijkt alle belangrijke onderdelen van executief
functioneren te behandelen en daardoor intuïtief correct. Uit een recente meta-analyse is echter naar voren gekomen dat de drie componenten niet worden gevonden in een factoranalyse, maar dat er sprake is van een twee componenten structuur van shifting en updating (van der Ven, Kroesbergen, Boom & Leseman, 2012). Door dit kritische onderzoek over de aard van executief functioneren komt de psychologie echter voor een probleem te staan, de functie wordt namelijk uitgelegd door een niet valide model. Daartegenover staat dat executieve disfunctie in de praktijk bij veel klinische beelden wordt beschreven. Enkele beelden waar aan gedacht kan worden zijn CVA, focale laesies, dementie, NAH, MS, aids, encephalitis en hydrocephalus (Godefroy, 2003;Nys et al., 2007; Zinn, Bosworth, Hoenig en Swartzwelder, 2007)). Omdat executief functioneren een belangrijke rol in de klinische (neuro) psychologie speelt, zal het huidige onderzoek een recent model voor executief functioneren evalueren.
Banich ontwikkelde in 2009 het cascade model. Dit model verklaart hoe executief functioneren aandacht, planning en het uitvoeren van taken reguleert. In dit model worden specifieke functies van hersengebieden besproken die door elkaar op te volgen een regulatie systeem vormen. Om duidelijk te maken welke hersengebieden en processen betrokken zijn tijdens executief functioneren, bespreekt Banich stap voor stap wat tijdens het uitvoeren van Strooptaak gebeurt. De Strooptaak is een populaire manier om executief functioneren in kaart te brengen. Dit, omdat in Strooptaken wordt geacht een automatische proces, lezen, te
5 krijgt. Deze taak wordt moeilijk gevonden omdat de gelezen woorden een kleurnaam zijn. Zo kan het geschreven woord blauw roodgekleurd zijn, het doel is om de kleur en niet het woord te benoemen. Om deze taak succesvol uit te voeren, stelt Banich allereerst de selectie van juiste attentionele sets voor. Dit proces vindt plaats in het posterieure gedeelte van de dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC), hierbij wordt een bias voor taak relevante
processen gecreëerd. In het geval van de Strooptaak zullen de attentionele sets voor lezen en het herkennen van kleuren worden geactiveerd. Vervolgens zal de mid-DLPFC een bias voor taak relevante representaties creëren. Dit betekend dat de mid-DLPFC besluit welke
attentionele set voor de huidige taak het meest relevant is, dit kan gezien worden als een competitie tussen attentionele sets. De Strooptaak vraagt om het herkennen van de kleur, de mid-DLPFC zorgt dat deze attentionele set het meest geactiveerd raakt. Vervolgens selecteert het posterieur gedeelte van de dorsale anterieure cingulate cortex (ACC) de juiste handeling die volgt vanuit eerdere stappen. In het geval van de Strooptaak zal een verbale respons worden geselecteerd waarbij de kleur wordt benoemd. Achteraf wordt het gehele proces geëvalueerd door het anterieure gedeelte van de dorsale ACC. Dit gedeelte van de ACC geeft feedback aan de posterieure DLPFC. Het anterieure gedeelte van de dorsale ACC
communiceert met de DLPFC dat meer top-down regulatie moet plaatsvinden. De theorie van Banich is uitgelegd aan de hand van de Strooptaak. Alhoewel de taak een veelgebruikte manier is om executieve functies in kaart te brengen,is deze zeker niet de enige.
In de neuro-klinische praktijk wordt executief functioneren in kaart gebracht met de Wisconsin card sorting test, de behavioral assessment of dysexecutive syndrome test en de tower of London/Hanoi test (Bouma, Mulder, Lindeboom & Schmand, 2012). Deze tests zijn in de praktijk bruikbaar voor het in kaart brengen van executief functioneren omdat zij relatief ecologisch valide meetinstrumenten zijn en goed voorspellen wat de gevolgen van executief disfunctioneren in het dagelijks leven zijn. Ecologische validiteit is in de praktijk van groot
6 belang een voorbeeld hiervan onderzoek naar het testen van executief functioneren door mensen te laten koken (Chevignard, Picq, Poncet, Noulhiane, en Pradat-Diehl, 2008).
Wanneer men cognitieve functies wil testen in experimentele setting is ecologische validiteit vaak van ondergeschikt belang, in experimenten is controle over de variabelen meer relevant (Mook, 2001). Een voorbeeld van een taak waarover controle is uit te voeren en die daartoe veel wordt gebruikt in experimenten is de switchtaak. De taak is bedacht door Jerslid in 1927, maar heeft door de jaren heen verschillende vormen aangenomen. Algemeen geldt dat een proefpersoon tussen twee taken moet wisselen, hierbij wordt de reactietijd als meting gebruikt (Jerslid, 1927). Kiesel et al. (2010) heeft een overzicht gemaakt van de meest gebruikte switchtaken. De verschillen die hij vond qua opzet zijn grofweg te verdelen over drie categorieën. Als eerste de voorspelbare switchtaak; hierin wordt van te voren aangegeven welke taak als eerste komt en welke taak volgt. Ten tweede de switchtaak met cue; hierin wordt de taak die volgt aangegeven door een cue. Tot slot de switchtaken waarin een
vrijwillige keuze wordt gemaakt van de taak die wordt uitgevoerd. In switchtaken worden de kosten van het maken van een switch gemeten, dit kan een langere reactietijd zijn of een lagere accuratesse. Hoe sneller of hoe zuiverder de reactie wordt gegeven, hoe lager de switch cost.
Om een volledige evaluatie te geven van het cascade model van Banich zal allereerst worden bekeken of de hersengebieden die in de theorie worden benoemd, de DLPFC en ACC, in een ander onderzoek dezelfde functies als in het cascade model krijgen toebedeeld.
Vervolgens zal worden bekeken of de resultaten die uit onderzoek naar switchtaken naar voren komen, kunnen worden verklaard door de theorie die Banich voorstelt. Zo kan bij de voorspelbare switchtaken worden verwacht dat de reactietijd korter zal zijn als de taak wordt opgevolgd door dezelfde taak in plaats van een andere taak. Deze verwachting ontstaat vanuit het idee dat de attentionele set sterker moet worden geactiveerd tijdens voorspelbare taken
7 door de mid-DLPFC, waardoor een minder snelle selectie van respons informatie kan worden gegenereerd door de posterior ACC. In het geval van de switchtaken met cue, kan worden verwacht dat wisselen na een cue minder reactietijd kost dan zonder cue. Dit is aannemelijk doordat de selectie van wat de meest relevante representatie is in de mid-DLPFC
gemakkelijker wordt door externe informatie, de cue. Tot slot wordt verwacht dat de vrijwillige switchtaken minder reactietijd vereisen dan na bijvoorbeeld een cue. Zo zou het kunnen zijn dat de interne representatie zal uitgaan van de taak die het meest automatisch verloopt waardoor minder inzet wordt gevraagd van de mid-DLPFC. Op deze manier probeert het huidige onderzoek een duidelijk beeld te creëren van de generaliseerbaarheid van het cascade model binnen verschillende executief functioneren taken.
Het Cascade Model onder de loep.
De theorie van Banich is zeer specifiek over welke functies toe behoren aan welke
hersenstructuren. Dat maakt de theorie bijzonder, omdat eerdere theorieën structuur en functie niet aan elkaar koppelden. De structuur functie koppeling maakt de theorie toetsbaar.
De Functie van Hersenstructuren in het Cascade Model en in Literatuur. Volgens het cascade model zijn twee delen van de DLPFC, het posterieure- en het mid-gedeelte, respectievelijk verantwoordelijk voor het herkennen van taak-relevante processen en het selecteren van taak-relevante processen. Twee delen van de ACC, het posterieur- en het anterieur-gedeelte, zijn achtereenvolgens verantwoordelijk voor het selecteren van een
passende respons en evaluatie van de respons. Dientengevolge zal vanuit de literatuur worden getoetst of de DLPFC en de ACC functies worden toegeschreven die in overeenstemming zijn met het cascade model.
8 De Dorso-Laterale Prefrontale Cortex.
De functie van de DLPFC werd door Rowe, Toni, Josephs, Frackowiak en Passingham (2000) onderzocht door middel van event-related fMRI. Aan dit onderzoek deden zes
deelnemers mee. Alle deelnemers voerden een geheugentaak en een controletaak uit. Tijdens de geheugentaak werd de deelnemer een stimulus getoond, deze stimulus bestond uit drie stippen op een scherm die na een korte presentatie verdwenen. Na een pauze van negen seconden werd een cue gegeven in de vorm van een streep over het beeldscherm. Het pad van deze streep doorkruiste de locatie van een van de drie stippen. De deelnemer moest met een joystick de muis naar de locatie van de stip sturen. De controle taak was simpelweg het direct verplaatsen van de cursor naar een aangegeven plek op het scherm. Beide taken werden 180 keer uitgevoerd terwijl een fMRI werd gemaakt van de hersenen van de deelnemers. Door middel van de fMRI werd gemeten welke hersendelen actief zijn tijdens het uitvoeren van de taken. Uit de resultaten komt naar voren dat de DLPFC actief is tijdens de controle taak en de geheugentaak. In de geheugentaak was tussen de cue en het verplaatsen van de cursor was het achtste gebied van Brodmann en de intra-pariëtale cortex actief.
Uit deze studie komt naar voren dat de DLPFC een rol speelt tijdens geheugenprocessen en verantwoordelijk is voor selecteren van een respons. Dit blijkt uit de activatie tijdens de geheugen- en controletaak, de overeenkomst in deze taken op procesniveau is namelijk enkel het selecteren van een respons. Rowe en collega’s verklaren de activatie tijdens
geheugenprocessen als volgt, de twee belangrijke functies van de DLPFC zijn het selecteren van attentionele sets en het selecteren van een respons. Het achtste gebied van Brodman en de intra-pariëtale cortex zijn verantwoordelijk voor het up-to-date houden van informatie.
Alhoewel het onderzoek belangrijk inzicht geeft in de functie van de DLPFC is de manier waarop dit inzicht wordt verkregen niet volledig in overeenstemming met het huidige onderzoek. Doordat gebruik wordt gemaakt van een geheugentaak is het lastig om een
9 generalisering te maken naar executieve functies, het volgende onderzoek maakt gebruik van een andere taak om de functie van de DLPFC te beschrijven.
Heekeren, Marrett, Ruff, Bandettini en Ungerleider (2006) onderzochten aan de hand van fMRI de frontaalkwab tijdens een decision making task. Aan dit onderzoek deden tien deelnemers mee. Tijdens het maken van een fMRI werd de deelnemers gevraagd te kijken naar stip, deze stip werd vervolgens verplaatst. De deelnemers moesten vervolgens aangeven in welke richting de stimulus zich had bewogen. Het geven van de respons ging door het maken van een oogbeweging of door het indrukken van een knop. De stimulus kon een grote beweging of een meer subtiele beweging maken. Gemeten werd welke hersendelen actief waren tijdens het uitvoeren van de taak. Uit de resultaten kwam naar voren dat de linker posterieure DLPFC, de linker posterieure cingulate cortex, de linker inferieure parietaal kwab en de linker fusiforme/parahippocampale gyrus actief waren tijdens het maken van een beslissing.
Uit dit onderzoek kan geconcludeerd worden dat de posterieure DLPFC een belangrijke rol speelt tijdens decision making. Van Heekeren, Marrett, Ruff, Bandettini en Ungerleider stellen dat de DLPFC een vergelijking maakt. Zij stellen deze vergelijking gelijk aan het selecteren van attentionele sets.
Beiden onderzoek stellen dat de DLPFC een belangrijke rol speelt tijdens het selecteren van attentionele sets. Van deze sets wordt gebruik gemaakt in geheugentaken en in decision making tasks. Deze conclusies zijn in overeenstemming met het cascade model. Een conclusie die ook getrokken wordt is dat de DLPFC verantwoordelijkheid draagt in het selecteren van responsen, dit is niet congruent aan het cascade model. Hierin is de ACC verantwoordelijk voor het selecteren van een respons. De volgende paragraaf zal dieper ingegaan op de functie van de ACC.
10 De Anterior Cingulate Cortex.
Holroyd et al. (2004) onderzochten de functie van de ACC doormiddel van fMRI. In dit onderzoek werd de activatie van hersengebieden bekeken tijdens het ontvangen van een beloning en tijdens het ontvangen van een boete. De deelnemers moesten een stimulus volgen, dit ging in 77 procent van de gevallen goed. Wanneer de stimulus correct werd gevolgd kregen de deelnemers een beloning en wanneer de stimulus incorrect werd gevolgd kregen de deelnemers een boete. Uit de resultaten kwam naar voren dat het dorsale gedeelte van de ACC actief werd tijdens het maken van een fout en het geven van feedback over fouten.
De onderzoekers concluderen dat de ACC actief wordt tijdens het uitvoeren van een taak en vaststelt wanneer een foute respons wordt gegeven. Op zichzelf is dat een taak die Banich ook koppelt aan de ACC, echter wordt in het cascade model ook gesproken over het geven van feedback aan de DLPFC. Het evalueren van een respons kan alleen van nut zijn wanneer deze evaluatie zorgt voor een terugkoppeling. Op die manier kan worden geleerd van fouten en de prestatie verbeteren. Het volgende onderzoek schijnt meer licht op het doel van de evaluatie van responsen.
Kerns, Cohen, Macdonald, Cho, Strenger en Carter (2004) onderzochten de rol van de ACC tijdens een Strooptaak. Drieëntwintig mensen namen deel aan dit onderzoek. Gemeten werd welke hersendelen actief waren tijdens het maken van een fout. Hiertoe werd er
gewisseld tussen congruente woordkleurcombinaties en incongruente woordkleurcombinaties. Een congruente woordkleurcombinatie is een situatie waarin bijvoorbeeld het woord rood in rode inkt moet worden gelezen. Incongruentie van de taak is bijvoorbeeld het lezen van het woord rood in groene inkt. Tijdens de strooptaak werd een fMRI onderzoek gedaan. De resultaten lieten zien dat gedurende conflictsituaties de ACC geactiveerd raakt. Deze activatie is voorspellend voor daarop volgende activatie in de DLPFC.
11 In het onderzoek wordt door de auteurs geconcludeerd dat de activiteit van de DLPFC na de activiteit van de ACC samenhangt met het maken van een fout. Respons wordt door de ACC geëvalueerd. In het algemeen kan worden gesteld dat de ACC een structuur is met een belangrijke rol tijdens het selecteren van een respons en registreren van een foutieve respons. Daarbij komt dat de ACC deel uit maakt van een feedbackloop. Dit wordt ook bevestigd in een review door Carter en van Veen (2007). Carter en van Veen onderzochten de functie van de ACC en de DLPFC. Hieruit kwam naar voren dat een sterke evidentie bestaat voor een controle-conflictloop. In deze loop is de ACC verantwoordelijk voor het herkennen van conflicten en voert de DLPFC controle over het selecteren van processen uit.
Uit de hiervoor genoemde onderzoeken komt naar voren dat evidentie bestaat voor de functies die Banich koppelt aan de DLPFC en de ACC. De onderzoeken concluderen dat de DLPFC attentionele sets selecteert en dat de ACC zorgt voor het feedback geven aan de DLPFC. Met de bevestiging van de functie van deze structuren, is het nu mogelijk om te zien of de resultaten gevonden in switchtaken verklaarbaar zijn aan de hand van de theorie van Banich.
De Toepasbaarheid van het Cascade Model op Experimentele Switchtaken. Het cascade model is aan de hand van de functies van hersengebieden opgesteld. Banich illustreert deze functies door gebruik te maken van een Strooptaak. Alhoewel Strooptaken in de praktijk en in experimenten regelmatig gebruikt worden, is de switchtaak een
experimenteel vaker gebruikte taak om executieve functies in kaart te brengen. Switchtaken zijn door de jaren heen onderworpen aan verschillende operationaliseringen (Kiesel, 2010). Enkele voorbeelden van veelgebruikte operationaliseringen zijn de voorspelbare switchtaken, de switchtaken met cue en de vrijwillige switchtaken. Stap voor stap zal het huidig onderzoek bekijken wat de implicaties zijn van de theorie van Banich voor de resultaten van de
12 cascade model wordt verwacht dat de reactietijden in voorspelbare switchtaken korter zijn dan switchtaken die niet voorspelbaar zijn.
Voorspelbare Switchtaken.
Koch onderzocht in 2005 de effecten van voorspelbaarheid in switchtaken. Aan dit onderzoek namen zestien participanten deel aan drie switchtaken. In de eerste voorspelbare switchtaak werd de volgorde waarin de taken voorbij kwamen van te voren bekend gemaakt. In de tweede switchtaak was de taakvolgorde onvoorspelbaar. In de laatste switchtaak veranderde de voorspelbaarheid, van niet voorspelbaar naar voorspelbaar. De taken waar tussen gewisseld moest worden waren het aangeven of een getal even of oneven was en of een getal hoger of lager dan vijf was. De reactietijd tussen de taken werd gemeten. Uit de
resultaten komt naar voren dat de reactietijd het kortst was in de voorspelbare switchtaak, het langst in de onvoorspelbare switchtaak en in de derde switchtaak was een verlaging van reactietijd zichtbaar toen de taak voorspelbaar raakte.
Een zelfde soort onderzoek werd in 2010 uitgevoerd door Andreadis en Quilan. In dit onderzoek, waaraan zesendertig mensen deelnamen, waren twee condities. Elke participant nam deel aan elke soort switchtaak. De eerste soort was een voorspelbare switchtaak, waarin de sequentie van de taak van te voren werd aangegeven. De tweede soort was een
onvoorspelbare switchtaak. De taken waren het benoemen van het even zijn of oneven zijn van een getal of het benoemen van het klinker of medeklinker zijn van een letter. Uit de resultaten komt naar voren dat de reactietijden in de voorspelbare switchtaak korter waren dan in de onvoorspelbare switchtaak.
Het reageren op taken wordt vergemakkelijkt door het van te voren weten welke taak volgt. Deze experimenten geven aan dat anticipatie van een taak de snelheid van het uitvoeren van de taak verhoogd, dit is in overeenstemming met de verwachting gemaakt op basis van het cascade model van Banich. De tweede soort switchtaak die wordt besproken in het huidig
13 onderzoek, is de switchtaak me cue. Hierin wordt vlak voordat de taak wordt gepresenteerd de taak voorspelbaar gemaakt. De verwachting is dat, net als in de voorspelbare switchtaak, de reactietijd korter wordt als de taak een cue heeft gehad dan wanneer geen cue wordt gegeven.
Switchtaken met Cue.
Koch (2003) onderzocht in hoeverre het geven van een cue de prestatie van switchtaak beïnvloedt. Tweeëndertig participanten namen deel aan het onderzoek. Allen kregen de informatie dat zij een sequentieel geordende switchtaak uit zouden voeren. Er bestonden twee condities. Allereerst de controle conditie waarin de taak voorspelbaar was vanwege zijn sequentiële aard, en dus via interne processen moest worden geactiveerd (AABBAABB). Daarnaast bestond de cue conditie waarin een vorm in het beeldscherm diende als cue wat zorgt dat een extern proces betrokken is bij het juist uitvoeren van de taak. De reactietijd werd als maat van prestatie genomen. Uit de resultaten bleek dat de cue conditie een kortere
reactietijd scoorde als de controle conditie.
De auteur van het onderzoek suggereert dat de gevonden resultaten verklaard worden door het opvallend zijn van externe cues. Als de mate van opvallend zijn van een cue de reactietijd van een taak verkort, dan zou dit betekenen dat wanneer gebruik wordt gemaakt van priming de reactietijd langer moet zijn dan tijdens een externe cue en korter moet zijn dan de
reactietijd tijdens een onvoorspelbare taak. Dit omdat een prime een onbewuste cue genereert. In 2006 hebben Koch en Allport onderzoek gedaan met achtenveertig participanten. Uit dit onderzoek komt naar voren dat de theorie over priming die hierboven wordt genoemd als een verklaring niet juist is. In dit onderzoek kon op drie verschillende manieren een taak worden uitgevoerd. Door middel van een cue, door priming en door de stimulus zelf. In dit onderzoek werd de reactietijd eveneens gemeten. Uit de resultaten is gebleken dat de reactietijden in de priming conditie en in activatie door de stimulus niet van elkaar verschilden, wel waren de reactietijden korter in de conditie met cue.
14 Uit dit onderzoek wordt duidelijk dat het geven van een prime aan een taak niet zorgt voor een verbeterde prestatie zoals het geven van een cue. De mate waarin in een proces in het oog springend is lijkt er niet toe te doen. De resultaten gevonden in het zojuist besproken onderzoek wijzen volgens de auteurs op een achterliggend systeem waarin een taak relevante informatie een bias krijgt. De auteurs zien consistentie met modellen welke voorstellen dat executieve functies een soort competitieproces zijn. De resultaten bevestigen de verwachting die gedaan is in het licht van de theorie van Banich. De laatste verwachting, gedaan over vrijwillige switchtaken, is dat de reactietijd in vrijwillige switchtaken korter is dan de reactietijd na switchtaken die onvrijwillig worden uitgevoerd.
Vrijwillige Switchtaken.
Arrington en Logan (2005) hebben onderzoek gedaan naar vrijwillige switchtaken. Hiertoe onderzochten zij de prestatie van drieënvijftig deelnemers tijdens switchtaken. De deelnemers voerden twee soorten switchtaken uit, switchtaken met cue en switchtaken waarbij zij
vrijwillig een keuze mochten maken in welke taak zij uitvoerden. In dit onderzoek werd de reactietijd nodig voor het geven van reacties gemeten. Uit het onderzoek is gebleken dat de reactietijd van een vrijwillig gemaakte keuze hoger is dan de reactietijd van een switch door een cue.
Arrington en Logan stellen dat de gevonden resultaten wijzen op top-down regulatie van taak-relevante processen. Hiermee wordt bedoeld dat het maken van een vrijwillige keuze gevolg moet zijn van een intern aangestuurd proces, zoals geheugen. De kosten, in dit geval de reactietijd, worden hoger volgens dit onderzoek doordat een top-down proces minder automatische verloopt dan een bottom-up proces. Het volgende onderzoek trekt die conclusie deels ook, maar geeft ook een kanttekening.
Kang, Diraddo, Logan en Woodman (2013) vergeleken vrijwillige switchtaken en switchtaken met een cue en kwamen tot de conclusie dat een verschil bestaat in de aard van de
15 twee switchtaken. In dit onderzoek werden bij tweeëntwintig deelnemers event-related
potentials gemeten doormiddel van een EEG, daarnaast werd de reactietijd gemeten. Uit de resultaten kwam naar voren dat bij het vrijwillige switchen van taken sprake is van een contingent negative variation, een gevoelige meting die aangeeft dat een plan wordt gemaakt voor een bepaalde stimulus respons reactie. Bij het switchen met een cue werd geen
contingent negative variation gevonden maar een P3, dit is een maat voor de selectie van een actie. Let wel, de P3 werd niet gevonden in de vrijwillige keuze switchtaak. De reactietijd in vrijwillige switchtaken bleek langer te zijn dan in switchtaken met een cue.
Uit dit onderzoek wordt geconcludeerd dat het uitvoeren van een switchtaak na een cue, een bottom-up geheugenproces is, dat wil zeggen dat het een door sensorische informatie gestuurd proces is. Daartegenover staat de vrijwillige switchtaak, volgens de auteurs ligt een ander proces ten grondslag aan deze switchtaak. De vrijwillige switchtaak is het gevolg van een top-down regulatie proces. Algemeen kan worden gesteld dat beiden onderzoeken wijzen op een top-down regulatie proces tijdens vrijwillige switchtaken. Over de vrijwillige
switchtaak kan, in tegenstelling tot de voorspelbare switchtaken en switchtaken met cue, niet worden gezegd dat de verwachting juist is gebleken. De reactietijden van vrijwillige
switchtaken waren langer dan de reactietijden van switchtaken met cue.
Conclusie & Discussie.
Uit het huidige literatuuronderzoek is gebleken dat de functies gekoppeld aan de structuren in het model van Banich in overeenstemming zijn met wat uit literatuur naar voren komt. De functies die aan de DLPFC zijn gekoppeld, het selecteren van attentionele sets en het zorgen dat de juiste attentionele set genoeg bias krijgt, lijkt niet te zijn weerlegd in de besproken onderzoeken. De functies die aan de ACC worden verbonden, het selecteren van respons en geven van feedback, zijn deels gevonden in de literatuur. Vooral het geven van feedback is een functie die meerdere malen wordt toebedeeld aan de ACC. Het selecteren van een respons
16 werd in een onderzoek gekoppeld aan de DLPFC maar nergens aan de ACC. Anderzijds komt wel naar voren dat sprake lijkt te zijn van een systeem waarin een feedbackloop terugkoppelt aan een centrum dat attentionele sets selecteert. De verwachtingen die het huidig onderzoek stelde met betrekking tot switchtaken zijn voor een gedeelte bevestigd. In voorspelbare switchtaken en de switchtaken met cue was de wissel tussen taken sneller dan wanneer de switchtaak geen cue had of onvoorspelbaar was. De theorie van Banich zegt dat het selecteren van een attentionele set een competitiestrijd is tussen verschillende sets, waarbij uiteindelijk één set de sterkste bias krijgt. Wanneer het voorspelbaar is wanneer een taak gebruikt moet worden, het zij door een cue het zij door sequenties, hoeft een minder sterke bias te geven aan een attentionele set. In vrijwillige keuze sets was de verwachting dat de reactietijd korter zou liggen dan bij cues omdat de set gekozen zou worden die van naturen meer bias ontvangt. Dit is desondanks onjuist gebleken, vrijwillig een keuze maken tijdens switchtaken blijkt meer reactietijd te kosten dan wanneer de keuze onvrijwillig is. Hiervoor wordt in de onderzoeken van Arrington & Logan (2005) en Kang en collega’s (2013) als verklaring het verschil tussen top-down en bottom-up regulatie gegeven, hier zal het huidig onderzoek later dieper op in gaan. Met dit literatuuroverzicht is gepoogd een evaluatie te geven van het cascade model van Banich, al met al kan geconcludeerd worden dat het model een bruikbare vervanging is van het populaire, maar achterhaalde, model van Miyake en collega’s (2000).
Een kanttekening die moet worden gemaakt bij het onderzoek naar de hersengebieden en hun functies, is dat de onderzoeken bij relatief weinig deelnemers zijn afgenomen. Met een laag deelnemersaantal is de power van het onderzoek laag en komt voornamelijk
generaliseerbaarheid van de resultaten onder vuur te liggen. Een verklaring voor het laag aantal deelnemers is dat fMRI onderzoek complex is, duur is en relatief belastend is voor de deelnemers. In dit soort onderzoeken moeten relatief eenvoudige tests enkele tientallen malen herhaald worden terwijl de proefpersoon in een kleine ruimte ligt. Toch is het voor de
17 wetenschap, en vooral de generaliseerbaarheid van resultaten, van belang dat in de toekomst meer onderzoek wordt gedaan met voldoende grote groepen.
Binnen het huidige literatuuronderzoek is een tweede zaak waar inhoudelijk een kanttekening bij moet worden gemaakt; de resultaten van de vrijwillige switchtaak die de verwachting tegenspraken. De vrijwillige switchtaak kostte meer reactietijd dan switchtaken die onvrijwillig werden gepresenteerd. Een mogelijke verklaring voor de discrepantie tussen verwachting en resultaat is het verschil in extern en intern geleidde processen en de top-down of bottom-up regulatie daarvan. Het voorbeeld wat Banich gebruikt om het cascade model uitleggen is de Strooptaak, hierbij zijn de processen die zorgen dat de juiste attentionele set wordt geselecteerd in eerste instantie het gevolg van een extern geleid bottom-up proces. Eerst moet men de stimulus waarnemen, vervolgens worden automatisch twee attentionele sets geselecteerd. Namelijk het benoemen van de kleur en het lezen van een woord. Hierna wordt een bias geplaatst op het benoemen van de juiste kleur, dat is een intern geleid top-down proces. Als wordt aangenomen dat de externe processen relatief automatisch verlopen en het de interne processen zijn die zorgen voor de verlenging van reactietijd, betekent dat in het geval van vrijwillige keuze dat de extra reactietijd mogelijk het gevolg is van een intern proces. Wanneer twee sets intern geactiveerd moeten raken, waarna één van de sets de sterkste bias moet krijgen, zal de reactietijd langer zijn dan wanneer de eerste twee sets via betrekkelijk automatische processen geselecteerd raken.
Hiermee komt ook de mogelijkheid tot uitbreiding voor het model van Banich aan het licht. De theorie verklaard momenteel enkel bottom-up processen, terwijl executief functioneren meer behelst dan enkel het geven van automatische reacties. Zo wordt in het maken van een vrijwillige keuze een beroep gedaan op eerdere ervaringen die opgeslagen liggen in het geheugen. Met uitbreiding van het cascade model van Banich kan executief functioneren worden gezien als een proces dat alle beschikbare informatie integreert, van
18 externe bottum-up informatie tot interne top-down informatie, en op die manier het maken van keuzes bewerkstelligd. De vorm die het model momenteel heeft, geeft geen duidelijkheid over de integratie en de gevolgen van bijvoorbeeld het geheugen en andere top-down processen.
Wat verder onderzoek nog moet uitwijzen is of de theorie van Banich ook past op grotere en meer complexe executieve functie taken. Daarnaast kan worden onderzocht of onderscheid valt te maken in verschillende soorten disfunctie binnen executief functioneren. een soort waarbij bijvoorbeeld het selecteren van de juiste respons is aangedaan, maar het selecteren van de attentionele sets nog wel goed verloopt. Sterkere dissociaties tussen de verschillende functies en hersengebieden, met behulp van bijvoorbeeld literatuur over laesies, zullen de kracht en het verklarend vermogen van de theorie vergroten. Daarbij komt dat met het vergroten van het begrip over EF en een mogelijke indeling van het disexecutief
syndroom in enkele subvormen kan leiden tot een verbetering in de behandeling, training en zorg van patiënten met disfuncties van executief karakter. Bij bijna elke vorm van
hersenschade en neurologische degeneratie van zenuwcellen in het brein, staan problemen in het executief functioneren op de voorgrond. Een wetenschappelijk model wordt daardoor van grote waarde voor revalidatiezorg, verpleeghuiszorg, artsen en paramedici. De mens zou zonder executief functioneren niet zo geavanceerde levensvorm zijn. De zoektocht naar een passend model waarmee kan worden uitgelegd waarom wij zo succesvol zijn als diersoort zal voorlopig nog doorgaan. Banich heeft met het cascademodel een interessant licht op executief functioneren geworpen.
19 Literatuurlijst.
Andreadis, N., & Quinlan, P. T. (2010). Task switching under predictable and unpredictable circumstances. Attention, Perception, & Psychophysics, 72(7), 1776-1790.
Arrington, C. M., & Logan, G. D. (2005). Voluntary task switching: chasing the elusive homunculus. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, 31(4), 683.
Baddeley, A. (1992). Working memory. Science, 255(5044), 556-559.
Banich, M. T. (2009). Executive function the search for an integrated account. Current Directions in Psychological Science, 18(2), 89-94.
Bouma, A., Mulder, J., Lindeboom, J., & Schmand, B. (2012). Handboek
neuropsychologische diagnostiek. 2e herziene druk. Amsterdam: Pearson.
Carter, C.S., & van Veen, V. (2007) Anterior cingulate cortex and conflict detection: An update of theory and data. Cognitive affective and behavioral Neuroscience, 7(4), 367-379.
Chevignard, M. P., Taillefer, C., Picq, C., Poncet, F., Noulhiane, M., & Pradat-Diehl, P. (2008). Ecological assessment of the dysexecutive syndrome using execution of a cooking task. Neuropsychological Rehabilitation, 18(4), 461-485.
20 Damasio, H., Grabowski, T., Frank, R., Galaburda, A. M., & Damasio, A. R. (1994). The
return of Phineas Gage: clues about the brain from the skull of a famous patient. Science, 264(5162), 1102-1105.
Godefroy, O. (2003). Frontal syndrome and disorders of executive functions. Journal of neurology, 250(1), 1-6.
Harlow, J. M. (1868). Recovery from the Passage of an Iron Bar through the Head. Publications of the Massachusetts Medical Society, 2, 327-346.
Heekeren, H. R., Marrett, S., Ruff, D. A., Bandettini, P. A., & Ungerleider, L. G. (2006). Involvement of human left dorsolateral prefrontal cortex in perceptual decision making is independent of response modality. Proceedings of the National Academy of Sciences, 103(26), 10023-10028.
Holroyd, C. B., Nieuwenhuis, S., Yeung, N., Nystrom, L., Mars, R. B., Coles, M. G., et al. (2004). Dorsal anterior cingulate cortex shows fMRI response to internal and external error signals. Nature neuroscience, 7(5).
Jersild, A. T. (1927). Mental set and shift. Archives of psychology. 89, 5–82.
Kang, M. S., DiRaddo, A., Logan, G. D., & Woodman, G. F. (2013). Electrophysiological evidence for preparatory reconfiguration before voluntary task switches but not cued task switches. Psychonomic bulletin & review, 1-8.
21 Kerns, J. G., Cohen, J. D., MacDonald, A. W., Cho, R. Y., Stenger, V. A., & Carter, C. S.
(2004). Anterior cingulate conflict monitoring and adjustments in control. Science, 303(5660), 1023-1026.
Kessels, R. (2012). Klinische neuropsychologie. Amsterdam: Boom.
Kiesel, A., Steinhauser, M., Wendt, M., Falkenstein, M., Jost, K., Philipp, A. M., & Koch, I. (2010). Control and interference in task switching—A review. Psychological bulletin, 136(5), 849.
Koch, I. (2003). The role of external cues for endogenous advance reconfiguration in task switching. Psychonomic Bulletin & Review, 10(2), 488-492.
Koch, I. (2005). Sequential task predictability in task switching. Psychonomic Bulletin & Review, 12(1), 107-112.
Koch, I., & Allport, A. (2006). Cue-based preparation and stimulus-based priming of tasks in task switching. Memory & cognition, 34(2), 433-444.
Lezak, M. D. (1982). The problem of assessing executive functions. International Journal of Psychology, 17(1-4), 281-297.
22 Miyake, A., Friedman, N. P., Emerson, M. J., Witzki, A. H., Howerter, A., & Wager, T. D.
(2000). The unity and diversity of executive functions and their contributions to complex “frontal lobe” tasks: A latent variable analysis. Cognitive psychology, 41(1), 49-100.
Nys, G. M. S., Van Zandvoort, M. J. E., De Kort, P. L. M., Jansen, B. P. W., De Haan, E. H. F., & Kappelle, L. J. (2007). Cognitive disorders in acute stroke: prevalence and clinical determinants. Cerebrovascular Diseases, 23(5-6), 408-416.
Petersen, S. E., & Posner, M. I. (2012). The attention system of the human brain: 20 years after. Annual review of neuroscience, 35, 73.
Posner, M.I., & Petersen, S.E. (1990). The attention system of the human brain. Annual review of neuroscience, 13:25–42.
Rowe, J. B., Toni, I., Josephs, O., Frackowiak, R. S., & Passingham, R. E. (2000). The prefrontal cortex: response selection or maintenance within working memory? Science, 288(5471), 1656-1660.
Schneider, W., & Shiffrin, R. M. (1977). Controlled and automatic human information processing: I. Detection, search, and attention. Psychological review, 84(1), 1.
Shiffrin, R. M., & Schneider, W. (1977). Controlled and automatic human information processing: II. Perceptual learning, automatic attending and a general theory. Psychological review, 84(2), 127.
23 Van der Ven, S. H., Kroesbergen, E. H., Boom, J., & Leseman, P. P. (2012). The development of executive functions and early mathematics: A dynamic relationship. British Journal of Educational Psychology, 82(1), 100-119.
Zinn, S., Bosworth, H. B., Hoenig, H. M., & Swartzwelder, H. S. (2007). Executive function deficits in acute stroke. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, 88(2), 173-180.
