De Rol van Inhibitie, Cognitieve flexibiliteit en
Werkgeheugen bij de Ontwikkeling van Probabilistische
Feedbackverwerking
Universiteit van Amsterdam
Student: Renske van Horen (10332456) Begeleidster: dr. Prof. M. Raijmakers Aantal woorden: 5813
Abstract
Feedback is voor kinderen een van de krachtigste instrumenten voor leren. In een probabilistische feedbacktaak is feedback maar 80% valide. Kinderen lijken specifiek moeite
te hebben met probabilistische feedbackverwerking ten opzichte van deterministische feedbackverwerking (feedback 100% valide). In dit onderzoek is onderzocht of dit verschil verklaard kan worden door onderontwikkelde executieve functies die meer van belang zouden
zijn voor probabilistische feedbackverwerking. Inhibitie werd gemeten met een flankerstaak, Cognitieve flexibiliteit met een switchtaak en werkgeheugen met een geheugenspantaak. Leersnelheid bleek niet te voorspellen door score op geheugenspantaak. De voorspellende
waarde van score op de flankertaak bleek niet afhankelijk van conditie. Bij een hogere prestatie op switchtaak was er een grotere kans in de probabilistische conditie ten opzichte van de deterministische conditie dat leersnelheid hoger was. Het verschil in ontwikkeling van
probabilistische feedbackverwerking en deterministische feedbackverwerking kan onder andere verklaard worden door onderontwikkelde cognitieve flexibiliteit.
Inleiding
Feedback is een van de meest krachtige instrumenten voor leren en prestaties. Hierbij wordt informatie gegeven door iets of iemand (ouder/leerkracht/ervaring) met betrekking tot de prestatie van het kind (Hattie & Timperley, 2007). Kinderen krijgen echter in hun dagelijks leven ook vaak te maken met inconsistente feedback, waar zij mee moeten leren omgaan. Hierbij is sommige feedback niet-valide, en moet genegeerd worden. Bij kinderen lijkt het vermogen om te gaan met inconsistente feedback minder ontwikkeld dan bij volwassenen (Crone, Jennings & Van der Molen, 2004).
Een manier om niet-valide feedback te operationaliseren in een taak is met een probabilistische feedbacktaak. In zo’n taak moeten stimulus-respons relaties geleerd worden voor afzonderlijke stimuli. Dit kan gedaan worden door gebruik te maken van feedback die gegeven wordt. Hierbij wordt de validiteit van feedback gemanipuleerd, waarbij bijvoorbeeld 80% van de feedback valide is en 20% van de feedback niet-valide (Eppinger, Mock & Kray, 2009). Uit onderzoek blijkt dat kinderen inderdaad minder goed presteren op zulke
probabilistische taken dan volwassenen, terwijl zij op deterministische taken, waarbij de feedback 100% valide is, niet verschillen van volwassenen wanneer zij meer tijd krijgen (Eppinger et al., 2009). In dit onderzoek zal dan ook gezocht worden naar een verklaring voor het gegeven dat kinderen een vertraagde ontwikkeling vertonen van probabilistische
feedbackverwerking ten opzichte van deterministische feedbackverwerking.
Een verklaring die wordt gegeven voor de verminderde deterministische
feedbackverwerking bij kinderen, is dat executieve functies nog niet goed ontwikkeld zijn (Rabi & Minda, 2014).Voor probabilistische feedbackverwerking is dit verband echter nog niet vastgesteld. Executieve functies zijn hogere orde, zelfregulatieve, cognitieve processen die betrokken zijn bij het controleren van gedachten en gedrag (Carlson, 2005). De executieve functies ontwikkelen zich nog tot in de volwassenheid (Diamond, 2002). Belangrijke
executieve functies die worden onderscheiden zijn werkgeheugen, inhibitie en cognitieve flexibiliteit. Werkgeheugen is het vermogen om informatie in gedachte kunnen houden en deze te manipuleren. Inhibitie is het vermogen te kunnen handelen op basis van keuze in plaats van op basis van impuls. Het is de vaardigheid om ongepaste reacties te onderdrukken en gepaste reacties uit te voeren. Cognitieve flexibiliteit is het snel en flexibel kunnen
veranderen van gedrag, passend bij de situatie. (Davidson, Amso, Anderson & Diamond, 2006). Werkgeheugen en inhibitie ontwikkelen zich gedurende de hele kindertijd (Garon, Bryson, Smith, 2008). Cognitieve flexibiliteit lijkt een nog langzamere progressie te doorgaan (Davidson et al., 2006). Het valt te betwisten of executieve functies zich als onafhankelijke vermogens ontwikkelen. Uit onderzoek van Wiebe, Epsy en Charak (2007) blijkt dat bij jonge kinderen (drie jaar) prestaties op taken die executieve functies meten, beter te verklaren zijn door één algemene factor. Naarmate kinderen ouder worden lijken de drie factoren prestaties op executieve functietaken goed te kunnen verklaren (Garon et al., 2008). Om deze reden zullen toch verschillende vormen van EF in dit onderzoek behandeld worden, om een zo compleet mogelijk beeld te krijgen van de ontwikkeling van executieve functies. Ook omdat zowel jongere (4- en 5-jarigen) als oudere kinderen (10- en 11-jarigen) zullen deelnemen aan dit onderzoek.
In de literatuur is op twee manieren bewijs gevonden voor het verband tussen executieve functies en probabilistische feedbackverwerking. Als eerste zal dit verband op gedragsniveau besproken worden. Daarna zal een overzicht gegeven worden hoe dit verband op hersenniveau gevonden wordt.
Het kunnen omgaan met onjuiste positieve feedback en onjuiste negatieve feedback vergt mogelijk executieve functie vermogens. Zo lijkt inhibitie van specifiek belang voor de prestatie op probabilistische feedbacktaken. Uit onderzoek blijkt dat kinderen geneigd lijken te zijn om voor directe, minder voordelige uitkomsten te gaan (Crone & van der Molen,
2004). Wanneer zij onjuiste positieve feedback krijgen, zullen zij bij de volgende trial weer voor dit onjuiste antwoord kiezen. Het vermogen om informatie over de probabiliteit van uitkomsten in de toekomst te integreren moet zich nog ontwikkelen. Kinderen reageren vooral op de meest recente feedback en wanneer deze feedback onjuist is, hebben zij moeite met het negeren van deze feedback. Dit blijkt ook het geval wanneer kinderen onjuiste negatieve feedback krijgen (Van Duijvenvoorde, Jansen, Griffion, Van der Molen & Huizenga, 2013). Kinderen switchen vaker na onjuiste negatieve feedback, zelfs wanneer zij wel de juiste regel wisten. Dit wordt gezien als een beperking in de gedragscontrole.
Werkgeheugen lijkt van belang voor het goed kunnen presteren op zowel
deterministische feedbacktaken als probabilistische feedbacktaken. Ontwikkelingen leiden ertoe dat kinderen van één-dimensionaal denken naar multidimensionaal en proportioneel denken overstappen (Huizinga & van der Molen, 2007). Kinderen moeten niet alleen recente feedback onthouden, maar ook de feedback van eerdere trails. Hierbij moeten ze bepalen bij welke stimulus ze vaker positieve feedback krijgen en dit gebruiken voor het kiezen van het correcte antwoord. Dit zou gepaard kunnen gaan met het ontwikkelen van een beter
werkgeheugen waarbij meer informatie tegelijkertijd opgeslagen en gemanipuleerd kan worden. De ontwikkeling van deze vaardigheid is van belang bij het presteren op
deterministische feedbacktaken omdat feedback uit vorige trials onthouden dient te worden (Rabi & Minda, 2014). Bij probabilistische feedbacktaken is waarschijnlijk dezelfde vaardigheid nodig. Zoals ook blijkt uit onderzoek van Van Duijvenvoorde et al. (2013), kunnen kinderen inderdaad minder goed stimulus-response relaties onthouden en gebruiken voor het geven van correcte antwoorden op basis van probabilistische feedback dan
volwassenen.
Verder lijkt cognitieve flexibiliteit ook van specifiek belang voor de prestatie op probabilistische feedbacktaken. Dat kinderen minder vaak voor het juiste antwoord kiezen
dan volwassenen zou te maken kunnen hebben met het feit dat bij volwassenen de dlPFC sterker reageert op de (juiste) negatieve feedback bij het kiezen van het onjuiste antwoord, terwijl bij kinderen de dlPFC sterker reageert op (onjuiste) positieve feedback dan negatieve feedback bij het kiezen van het onjuiste antwoord. ( Van den Bos, Güroğlu, Van Den Bulk, Rombouts & Crone, 2009). Kinderen blijven vaker het onjuiste antwoord kiezen na onjuiste positieve feedback. Het is de kunst om uiteindelijk te beseffen dat deze positieve feedback onjuist was en te switchen naar het correcte antwoord. Dit lijkt voor kinderen vooral moeilijk na onjuiste positieve feedback (Van den Bos et al., 2009).
Op gedragsniveau lijkt een verband gemaakt te kunnen worden tussen executieve functies en probabilistische feedbackverwerking, maar ook op hersenniveau kan dit verband gevonden worden. De reden waarom kinderen minder goed presteren op probabilistische taken zou kunnen zijn dat zij gevoeliger zijn voor externe feedback dan voor interne feedback (Hämmerer, Li, Müller & Lindenberger, 2010). Dit betekent dat zij meer gebruik maken van feedback van de omgeving (ouder/computerspel) dan dat zij gebruik maken van hun eigen ideeën om voor bepaald gedrag te kiezen. Kinderen laten namelijk een hogere feedback related negativity (FRN) zien bij zowel positieve als negatieve feedback dan volwassenen. De FRN kan gezien worden als een indicator van gevoeligheid voor externe feedback. Het wordt gezien als een elektrofysiologische indicator die vlak na feedback ontstaat en sterker is na negatieve feedback dan na positieve feedback (Hämmerer et al., 2010). Verder is behalve de hogere FRN ook het verschil in FRN bij kinderen kleiner tussen positieve en negatieve feedback, wat indiceert dat zij deze typen feedback minder goed kunnen onderscheiden.
Doordat een FRN via het dopaminesysteem naar de anterior cingulate cortex (ACC) wordt gestuurd, kan worden geanticipeerd op de geleverde prestatie en kan gedrag worden aangepast ( Holroyd & Cole, 2002). Het dopaminesysteem lijkt hierdoor een belangrijke rol te spelen bij het leren door feedback.
Ook in onderzoek van Hämmerer en Eppinger (2012) werd de rol bekeken van de van het dopaminesysteem bij feedbackverwerking op probabilistische taken, maar een verminderd dopaminesysteem bleek meer een verklaring voor verminderde probabilistische
feedbackverwerking bij ouderen. Bij kinderen leken onderontwikkelde executieve functies eerder een verklaring te bieden voor verminderde probabilistische feedbackverwerking. Er blijken drie belangrijke structuren betrokken bij reward based learning. Dit zijn de
dopamineneuronen in de substantia niga en ventral tegmental area (SN/VTA), de basale ganglia ( ventraal en dorsaal striatum) en gedeelten van de frontale cortex, waaronder de mediaal orbitofrontale cortex (mOFC), ventromediale prefrontale cortex (vmPFC), de dorsal anterior cingulate cortex (dACC) en de dorsolaterale prefrontale cortex (dlPFC). De
dopamineneuronen in de middenhersenen zijn betrokken bij het motivationele aspect om gedrag te leren (Wise, 2002, aangehaald in Hämmerer en Eppinger, 2012). De mOFC en de vmPFC zijn betrokken bij het integreren en representeren van deze beloningen en de dACC en dlPFC zijn vervolgens weer betrokken bij de keuze van gedrag en executieve controle. De informatieoverdracht lijkt via het striatum te verlopen waarbij input van zowel corticale gebieden als dopamineneuronen uit de middenhersenen samenkomen. Juist bij kinderen lijken de dmPFC en de dlPFC minder goed ontwikkeld, waardoor onderontwikkelde executieve functies het gedrag tijdens feedbackleren beïnvloeden. In het voorgaande onderzoek is echter gebruik gemaakt van reward based learning, waarbij motivationele factoren een rol zouden spelen. Onderzoek is nodig om te bekijken wat de rol is van de ontwikkeling van executieve functies bij prestaties op ‘neutrale’ probabilistische feedbacktaken.
Het belang van executieve functies bij probabilistische feedbackverwerking lijkt substantieel, maar uit de voorgaande tekst over de betrokken hersenstructuren blijkt nog niet welke onderdelen van executieve functies specifiek van belang zouden kunnen zijn voor probabilistische feedbackverwerking. In onderzoek van Frank & Claus (2006) wordt een
overzicht gegeven van de hersengebieden die van belang zijn voor de eerder genoemde executieve functies. Deze lijken van belang voor probabilistische feedbackverwerking. In het circuit van de basale ganglia en OFC wordt informatie over het totaal aan positieve en
negatieve feedback en de waarde hiervan vastgehouden in het mOFC en lOFC werkgeheugen (Frank & Claus, 2006). Bij positieve feedback is vooral de mOFC actief en bij negatieve feedback vooral de lOFC. Deze activatie in de OFC oefent een top-down controle uit op het basale ganglia- en dopaminesysteem en premotorische gebieden. Dit maakt dat dezelfde reactie herhaald wordt bij positieve feedback en de reactie ingehouden wordt bij negatieve feedback. De lOFC lijkt hierdoor ook van belang voor inhibitietaken. Verder leidt dit ook tot switchgedrag wat het resultaat is van cognitieve flexibiliteit. Ook de ACC is van belang voor inhibitie en cognitieve flexibiliteit (Frank et al., 2005, aangehaald in Frank & Claus, 2006). Deze toont een verhoogde activatie bij negatieve feedback. Verder voorspelt activatie van ACC een verandering in gedrag van een onsuccesvolle respons naar een succesvolle respons (Shima & Tanji, 1998, aangehaald in Frank & Claus, 2006). Deze verandering in gedrag gebeurt niet wanneer ACC niet actief is. Ook is bij ingewikkelde taken zoals in dit onderzoek de PFC van belang. In het circuit van de basale ganglia en dlPFC wordt informatie of
positieve en negatieve feedback opgeslagen en bijgewerkt (werkgeheugen). Verder worden hier taakrelevante zaken vastgehouden, terwijl irrelevante zaken genegeerd worden (inhibitie) (Frank et al., 2001, aangehaald in Frank & Claus, 2006).
Er is verder relatief weinig onderzoek naar probabilistische feedbackverwerking bij kinderen in de schoolleeftijd en de rol die executieve functies hierbij spelen. Ook het verschil in de ontwikkeling tussen probabilistische feedbackverwerking en deterministische
feedbackverwerking bij kinderen is nog onderbelicht. In dit onderzoek zal dan ook worden geprobeerd een zo compleet mogelijke schets te bieden van de ontwikkeling van
het presteren op zulke taken en verschillen hierin tussen probabilistische feedbackverwerking en deterministische feedbackverwerking.
Prestaties van kinderen op feedbacktaken verbeteren, maar dit lijkt sneller te gebeuren op deterministische feedbacktaken dan op probabilistische feedbacktaken. De rol van
onderontwikkelde executieve functies zou hiervoor een goede verklaring zijn. Cognitieve flexibiliteit, inhibitie en werkgeheugen zijn volop in ontwikkeling gedurende de schoolleeftijd en vooral onderontwikkelde inhibitie en cognitieve flexibiliteit zouden misschien een
verklaring kunnen bieden voor de vertraagde ontwikkeling van probabilistische feedbackverwerking ten opzichte van deterministische feedbackverwerking.
In dit onderzoek deden 90 kinderen mee in de leeftijd van vier tot en met 11 jaar. Zij deden allemaal een deterministische feedbacktaak of een probabilistische feedbacktaak. De probabilistische feedbacktaak is zodanig aangepast dat deze voor jonge kinderen uit te voeren is.Verwacht werd dat de jongste kinderen moeite hadden met zowel de deterministische taak als de probabilistische taak. Bij kinderen in tussenleeftijd werd verwacht dat zij beter zouden presteren op de deterministische taak dan op de probabilistische taak. De oudste kinderen werden verwacht goed te presteren op zowel de probabilistische taak als de deterministische taak. Verwacht werd dat inhibitievermogen en cognitieve flexibiliteit een groter deel van de variantie in prestatie op de probabilistische feedbacktaak zouden verklaren dan op de deterministische feedbacktaak wanneer gecorrigeerd werd voor leeftijd en werkgeheugen.
Methode
Deelnemers
Deelnemers waren 90 kinderen van vier tot en met 11 jaar oud. Zij werden geworven via flyers in science center NEMO of door basisscholen te benaderen. In NEMO konden de kinderen zich vervolgens zelf inschrijven. Op de basisscholen werd informed consent via passieve toestemming van de ouders verleend. In NEMO ondertekenden alle ouders informed consent voordat het kind aan het onderzoek deelnam. Van de 90 kinderen kwamen 45
kinderen in de probabilistische conditie en 45 kinderen in de deterministische conditie. Vijf kinderen hebben geen flankertaak gedaan vanwege tijdstekort. Deze werden als missing value’s aangegeven.
materialen
De deterministische feedbacktaak die in dit onderzoek gebruikt werd, is een aanpassing op de taak die gebruikt wordt in Schmittmann, van der Maas & Raijmakers (2012). In deze deterministische taak bestaan vier verschillende stimuli (zie Figuur 1).
Figuur 1. Stimuli van Deterministische Feedbacktaak en Probabilistische Feedbacktaak.
Van de vier stimuli dient het kind te ontdekken welke twee stimuli-respons relaties juist zijn, zoals bijvoorbeeld “de kip is juist’, of ‘de slak is juist’. De juiste stimuli zijn te
achterhalen door gebruik te maken van de gegeven feedback. Wanneer de gekozen stimulus juist is, verschijnt er een blije, gele smiley en wanneer deze onjuist is, een verdrietige, rode smiley. De taak begint met zes trials, waarvoor nog geen feedback wordt gegeven, om eventueel voorkeur voor bepaalde stimuli van het kind te bepalen. Daarna begint de
experimentele fase welke bestaat uit 36 trials. Wanneer het kind een voorkeur voor bepaalde stimuli blijkt te hebben, worden in de experimentele fase automatisch andere stimulus-respons relaties gevraagd. Hoe vaker de juiste stimulus gekozen wordt, hoe beter de deterministische feedbackverwerking.
De Probabilistische feedbacktaak is een variant van de taak die wordt gebruikt in Frank, Seeberger & O'reilly, (2004). Deze taak is enigszins aangepast zodat hij
leeftijdsadequaat voor jonge kinderen. De taak bestaat uit dezelfde stimuli, stimulus-respons relaties en aantal trials als de deterministische feedbacktaak. Het verschil met deterministische taak is dat feedback slechts in 80% van de trials valide is. Dit betekent dat er positieve
feedback wordt gegeven wanneer de gekozen stimulus juist is en negatieve feedback wanneer deze onjuist is. In de overige 20% van de trials is feedback niet-valide. Dan wordt er
negatieve feedback gegeven wanneer de gekozen stimulus juist is, en positieve feedback wanneer de gekozen stimulus onjuist is.
Een variatie op de klassieke switchtaak werd gebruikt om cognitieve flexibiliteit te meten (Rogers & Monsell, 1995). Vaak wordt de Wisconsin Cart Sorting Test (WCST) gebruikt om cognitieve flexibiliteit te meten, maar dat is in dit onderzoek niet gedaan omdat de leertaak al een WCST is. In de switchtaak die in dit onderzoek gebruikt is, wordt op een scherm een kleur (paarse stip of oranje stip) getoond of een vorm (vis of varken). Daarna worden twee stimuli getoond, een vis en een varken, waarbij er willekeurig een rood en de ander paars is. Wanneer de paarse stip vooraf getoond is, moet daarna voor de paarse stimulus gekozen worden. Wanneer vooraf een vis is getoond, moet daarna de vis gekozen worden. De
vorm of de kleur wordt getoond totdat het kind op de knop drukt om de twee plaatjes tevoorschijn te laten komen. Deze worden getoond totdat het kind een plaatje aanwijst. De taak bestaat uit vier keer 20 trials.
Een variant van de Eriksen Flankertaak werd gebruikt om inhibitie te meten (Van Duijvenvoorde et al 2013). Hierbij worden elke trial een vijftal vissen getoond welke naar links of naar rechts lijken te zwemmen. Het kind moet aangeven of de middelste vis naar links of rechts door voor links op de ‘z’ te drukken en voor rechts op de ‘/’. In de congruente trial zwemmen alle vissen dezelfde kant op. In de incongruente trial zwemt de middelste vis in de tegenstelde richting van de andere vier vissen. De vissen worden getoond totdat het kind op de ‘z’of de ‘/’ drukt. Het kind dient zo snel mogelijk het juiste antwoord te kiezen. Verschil in reactietijd en accuraatheid tussen de twee typen trials (congruent of incongruent) zijn een maat voor inhibitievermogen.
Om werkgeheugen te meten werd een verkorte en aangepaste versie van het onderdeel ‘concrete figuren’ van de Revisie Amsterdamse Kinder Intelligentietest (RAKIT) afgenomen (Bleichrodt, Drenth, Zaal & Resing, 1984). Hierbij begint de proefleider (afhankelijk van de leeftijd van het kind), met een pagina waarop twee of drie plaatjes staan. Het kind mag hier vijf seconde naar kijken. De pagina wordt dan omgedraaid en de blokjes met
corresponderende plaatjes worden voor het kind neergelegd. Het kind dient dan de blokjes in achterwaartse volgorde neer te leggen. Wanneer bijvoorbeeld ‘appel’, ‘bloem’, ‘vogel’
worden getoond, dient het kind ‘vogel’, ‘bloem’, ‘appel’ neer te leggen. Na twee trials van elk aantal plaatjes komt er een nieuw plaatje bij met een maximum van zeven plaatjes. Bij drie foute antwoorden achter elkaar geldt een afbreekregel. Het maximaal onthouden plaatjes geeft de mate van werkgeheugen aan met een maximum score van 7.
Procedure
Alle deelnemers werd uitgelegd dat zij het op elk moment mochten aangeven als ze afzagen van deelname aan het onderzoek. Alle kinderen kregen één soort feedbacktaak, ofwel de deterministische feedbacktaak ofwel de probabilistische feedbacktaak. Deze taak duurde ongeveer vijf minuten. Na deze feedbacktaak volgde direct de taak voor cognitieve
flexibiliteit, die ongeveer drie minuten duurde. Hierop volgend werd de werkgeheugentaak afgenomen en daarna de inhibitietaak, welke respectievelijk zeven en drie minuten duurden.. In totaal duurde testafname 20 tot 30 minuten. In basisscholen vond de testafname plaats in een aparte ruimte binnen de basisschool. In science center NEMO werd in een afgesloten ruimte binnen het museum getest.
Resultaten
Allereerst is er een standaardisatiecheck gedaan waarin bekeken zal worden of gemiddelde leeftijd per conditie gelijk is. Vervolgens zullen de assumptiechecks besproken worden. Verder zal bekeken worden welke maten voor executieve functies als afhankelijke variabelen genomen zullen door te kijken naar hoe deze correleren met leeftijd. Daarna zal een repeated measures ANOVA uitgevoerd worden met de leertaak. Als laatste zal een multinomial logistic regression uitgevoerd worden waarin zowel leertaak als executieve functietaken zijn meegenomen.
Gemiddelde leeftijd per conditie
Er werd eerst gecontroleerd of de condities niet van elkaar verschilden in leeftijd zodat eventuele verschillen die gevonden zouden worden niet verklaard konden worden doordat groepen van elkaar verschilden. Aan zowel de assumptie voor sphericiteit werd voldaan (gecheckt met Levene’s test) als aan de assumptie voor normaliteit (gecheckt door Q-Q plots van verschil in leeftijden tussen de condities te bekijken).Gemiddelde leeftijd in de
probabilistische conditie (M= 7.44 SE = 2.25) was hoger dan gemiddelde leeftijd van de deterministische conditie (M= 7.16 SE= 2.16). Dit verschil -.29, BCa 95% CI [-1.214, .636] was niet significant t(88) = -.62, p = .54
Assumpties
Er werd een repeated measures ANOVA en een multinomial logistic regression uitgevoerd. Vooraf zijn bijbehorende assumpties gecheckt. Als afhankelijke variabele werden de 36 trials opgedeeld in vier bins en in elke bin werd de proportie accuraat berekend. De conditie was de onafhankelijke variabele. Voor de repeated measures ANOVA is met Q-Q plots de assumptie voor normaliteit gecheckt. Voor de probabilistische conditie leken data normaal verdeeld in alle bins. Voor de deterministische conditie leken de data in bin 2, bin 3 en bin 4 niet helemaal normaal verdeeld met een skew naar links. Dit betekent dat de
resultaten voorzichtig geïnterpreteerd dienen te worden. Aan de assumptie voor sphericiteit is in alle bins voldaan (gecheckt met Levene’s test en in alle bins p >.05). De varianties voor de probabilistische conditie en de deterministische conditie waren gelijk voor alle bins.
Voor de multinomial logistic regression zijn ook assumpties gecheckt. De leersnelheid werd berekend en opgedeeld in drie groepen (snel leren, langzaam leren, niet leren). Dit was de afhankelijke variabele. Als onafhankelijke variabele werd conditie genomen en leeftijd, flanker errorkosten, switch reactietijdkosten en span werden als covariaten ingevoerd. Er bleek geen multicollinearity tussen de predictorvariabelen (VIF waarden alle onder 10 en Tolerance waarden boven 0.1). Ook de assumptie voor onafhankelijk werd getest. De Durbin-Watson test gaf een waarde van 2.03 wat betekent dat errors onafhankelijk waren. Met een zpred vs zresid scatterplot werden lineariteit en homoscedasticity gecheckt (als afhankelijke variabele werd hier learned trial gebruikt). Aan de assumptie voor lineariteit werd voldaan. De
varianties bleken voor elk niveau van de predictorvariabelen (leeftijd, switch reactietijdkosten, flanker errorkosten, span) gelijk.
Executieve functies
Eerst werd gecheckt of de twee uitkomstmaten van de switchtaak en de twee
uitkomstmaten van de flankertaak gecorreleerd waren aan elkaar. Bij de flankertaak waren de uitkomstmaten het verschil in reactietijd tussen de congruente en incongruente conditie (flanker reactietijdkosten) en verschil in aantal fouten tussen de congruente en incongruente conditie (flanker errorkosten). Bij de switchtaak waren de twee uitkomstmaten het verschil in reactietijd na een switch ten opzichte van voor de switch (switch reactietijdkosten) en het verschil in het aantal fouten na de switch ten opzichte van voor de switch (switch
errorkosten). Er bleek geen significante correlatie tussen flanker reactietijdkosten en flanker errorkosten r = . 14, p = .203 en er bleek geen significante correlatie tussen switch
reactietijdkosten en switch errorkosten r = -.14, p = .185. Er werd gecheckt of de flankertaak, switchtaak en de span daadwerkelijk gecorreleerd waren aan leeftijd. Op die manier kon ook gekozen worden voor de beste maat van de flankertaak en switchtaak als afhankelijke
variabele. Er bleek een significante relatie tussen switch reactietijdkosten en leeftijd, r = -. 25, p = .02 en een significante relatie tussen flanker errorkosten en leeftijd, r = -.26, p = .02. Verder was er een significante relatie tussen span en leeftijd, r = .52, p < .01. Dit was volgens verwachting dat de prestatie op de taken gecorreleerd zou zijn aan leeftijd. Met T-toetsen werd vervolgens bekeken of de gemiddelden significant verschilden van 0 en of dit verschil positief was. Gemiddelde flanker errorkosten ( M= .73, SE = 2.25) was groter dan 0. Dit verschil was significant t(84 ) = 2.99 p =.004. Gemiddelde switch reactietijdkosten ( M= .27 SE= .85) was groter dan 0. Dit verschil was significant t(89) 2.99 = p = .004.
Feedbacktaak
Het totaal van 36 trials werd verdeeld over vier bins van negen trials en per bin werd een gemiddelde proportie accuraat berekend dit was de within subject variabele. Conditie was de between subject variabele. Verwacht werd dat er een grotere toename van proportie
accuraat tussen de bins zou zijn bij de deterministische conditie dan bij de probabilistische conditie (bin x conditie). Er is een repeated measures ANOVA uitgevoerd om de interactie te meten (4x2). Mauchly’s test indiceerde dat de assumptie voor sphericiteit geschonden was, χ²(5) = 26.26, p < .01. Om die reden zijn vrijheidsgraden Greenhouse Geisser gecorrigeerd (ε = . 82). Gemiddelden van de proportie accuraat en de bijbehorende standaarddeviaties zijn te zien in Tabel 1. Er was een significant hoofdeffect voor bins, F(2.458, 213.83) = 21.14, p < .01. Er was een significant hoofdeffect voor conditie, F(1, 88) = 65.48, p < .01. Er was een significant interactie-effect tussen conditie en bins, F(2.458, 213.83)= 10.66, p < .01. Figuur 1 laat dit interactie-effect zien.
Tabel 1
Gemiddelden en Standaarddeviaties van Proportie Accuraat van Probabilistische conditie en Deterministische conditie per Bin
Probabilistisch N=45 Deterministisch N=45 M SD M SD Bin 1 .59 .17 .61 .19 Bin 2 .63 .20 .83 .22 Bin 3 .64 .22 .87 .20 Bin 4 .64 .22 .87 .18
Figuur 1. Gemiddelde Proportie Accuraat en Errorbars in vier Bins voor Deterministische en Probabilistische conditie
In een aparte ANOVA voor de deterministische conditie was een hoofdeffect voor bins, F(1.78, 76.52) = 36.07, p < .001. Contrasten lieten zien dat accuraatheid in bin 1
significant lager was ten opzichte van de ander drie bins (alle waarden p< .01). Tussen bin 2, bin 3 en bin 4 waren geen significante verschillen (alle waarden p > .05). In een aparte
ANOVA voor de probabilistische conditie was geen hoofdeffect voor bins F(3, 132) = 1.08, p = .36. Dit betekent niet dat in de probabilistische conditie niet geleerd werd. Het verschil tussen proportie accuraat op kansniveau (0.5) en proportie accuraat in bin 4 (M= .64, SE= .22) was significant t(44)=2.47, p= .02.
Feedbacktaak in combinatie met EF en leeftijd
Om te bepalen of prestaties op flankertaak en switchtaak een groter deel van de variantie verklaren voor leersnelheid bij de probabilistische conditie dan bij de
deterministische conditie en er geen verschil is tussen de condities in voorspellende waarde van de span op leersnelheid werd allereerst bepaald bij welke trial de kinderen geleerd hadden welke de juiste stimuli waren. Vervolgens konden de kinderen op basis van een histogram opgedeeld worden in drie groepen, de leercategorieën zoals ook in Schmittman et al. (2012) is gedaan. De eerste groep waren de kinderen die de juiste stimuli snel hadden geleerd, de tweede groep waren de kinderen die de juiste stimuli langzaam hadden geleerd en de derde groep waren de kinderen die de juiste stimuli niet hadden geleerd. In Tabel 2 is een overzicht van het aantal kinderen in elke groep per conditie.
Tabel 2.
Aantal Kinderen in de Leercatogerieën per Conditie.
Snel leren (N) Langzaam leren (N) Niet leren (N) Deterministische conditie 35 3 7 Probabilistische conditie 15 10 20
Vervolgens werd een multinomial logistic regression uitgevoerd met als afhankelijke variabele de leercategorie. Als onafhankelijke variable werd conditie ingevoerd en leeftijd, flanker errorkosten, switch reactietijdkosten en span werden als covariaat ingevoerd. De resultaten zijn te zien in Tabel 3.
Conditie voorspelde significant of een kind snel leerde of niet leerde, b = 2.02, Wald χ²(1) = 11.11, , p = .001. De odds ratio laat zien dat de kans op snel leren ten opzichte van niet leren groter is in de deterministische conditie dan in de probabilistische conditie. Dit was volgens de verwachting dat kinderen vaker snel leren in de deterministische conditie dan in de probabilistische conditie.
Leeftijd voorspelde niet of een kind snel leerde of niet leerde b = -.12, Wald χ²(1) = .07, p = .80 en ook niet of een kind langzaam leerde of niet leerde b = .06, Wald χ²(1) = .02, p = .90. Dit was niet volgens de verwachting dat leeftijd leerprestaties van kinderen zou
voorspellen. De mate waarin leeftijd voorspelde of een kind snel leerde of niet leerde hing niet af van de conditie b = .62, Wald χ²(1) = .68, p = .41. De mate waarin leeftijd voorspelde of een kind langzaam leerde of niet leerde hing ook niet af van conditie b = .83, Wald χ²(1) = .29, p = .59.
Prestatie op span voorspelde niet of een kind snel leerde of niet leerde b = .29, Wald χ²(1) = .52, p = .47 en ook niet of een kind langzaam leerde of niet leerde b = .05, Wald χ²(1) = .01, p = .93. Dit was niet volgens de verwachting dat span leerprestaties van alle kinderen zou voorspellen. De mate waarin span leerprestatie voorspelde hing niet af van de conditie. Of een kind snel leerde of niet leerde hing niet af van conditie b = -.62, Wald χ²(1) = .71, p = .40 en ook of een kind langzaam leerde of niet leerde hing niet af van conditie b = -.03, Wald χ²(1) = .00, p = .98. Dit was volgens de verwachting dat de voorspellende waarde van span op leerprestatie niet af zou hangen van de conditie.
Switchtaak voorspelde niet of een kind snel leerde of niet leerde b = .47, Wald χ²(1) = .81, p = .37 en ook niet of een kind langzaam leerde of niet leerde b = .99, Wald χ²(1) = 2.48, p = .12. De mate waarin prestatie op Switchtaak voorspelde of een kind langzaam leerde of niet leerde hing af van de conditie waarin het kind zat, b = -4.59, Wald χ²(1) = 6.19, p = .01. Dat betekent dat bij een hogere prestatie op switchtaak een grotere kans was in de
probabilistische conditie ten opzichte van de deterministische conditie dat er langzaam geleerd was dan dat er niet geleerd was. Dit was volgens de verwachting dat prestatie op de switchtaak een grotere voorspellende waarde heeft voor leersnelheid bij een probabilistische taak dan een deterministische taak.
Flankertaak voorspelde niet of een kind snel leerde of niet leerde b = .02, Wald χ²(1) = .00, p = .97 en ook niet of een kind langzaam leerde of niet leerde b = -.57, Wald χ²(1) = 1.31, p = .25. De mate waarin prestatie op flankertaak voorspelde of een kind snel leerde of niet leerde hing niet af van conditie b = -.46 , Wald χ²(1) = .46, p = .50. De mate waarin prestatie op flankertaak voorspelde of een kind langzaam leerde of niet leerde hing niet af van conditie b = .15, Wald χ²(1) = .01, p = .91. Dit was niet volgens de verwachting dat een hoge prestatie op de flankertaak een grotere voorspellende waarde zou hebben voor leersnelheid in de probabilistische conditie dan in de deterministische conditie.
Tabel 3
Overzicht met Resultaten van Multinomial Logistic Regression
Noot. R² =.33 (Cox & Snell), .39 (Nagelkerke). χ²(16)= 34.10, p = .01. * p = .01, ** p = .001
95%CI voor Odds Ratio
b (SE) Lower Odds Ratio Upper
Snel leren vs Niet Leren intercept -.32 (.38) Span .39 (.43) .64 1.48 3.44 Switch .47 (.52) .57 1.60 4.45 conditie 2.02 (.61)** 2.30 7.54 24.73 leeftijd -.12 (.47) .35 .89 2.23 Flanker .02 (.39) .47 1.02 2.20 Conditie x Flanker -.46 (.68) .17 .63 2.38 Conditie x Span -.62 (.74) .13 .54 2.29 Conditie x Switch -.91 (.66) .11 .41 1.47 Conditie x Leeftijd .62 (.76) .42 1.86 8.20 Langzaam leren vs niet leren intercept -.84 (.48) Span .11 (.51) .41 1.12 3.01 Switch .99 (.63) .79 2.69 9.22 Conditie -2.56 (2.37) .00 .08 8.12 Leeftijd .06 (.51) .39 1.07 2.92 Flanker -.57 (.50) .21 .57 1.50 Conditie x Flanker .15 (1.31) .09 1.17 15.07 Conditie x Span .03 (1.36) .07 .97 13.98 Conditie x Switch -4.68 (2.10) * .00 .01 .57 Conditie x Leeftijd .83 (1.54) .11 2.30 47.30
Conclusie en Discussie
Naarmate kinderen ouder worden, ontwikkelt de deterministische feedbackverwerking en probabilistische feedbackverwerking, maar de probabilistische feedbackverwerking lijkt langzamer te ontwikkelen (Eppinger et al., 2009). In dit onderzoek werd onderzocht of de vertraagde ontwikkeling van probabilistische feedbackverwerking ten opzichte van deterministische feedbackverwerking verklaard kon worden door onderontwikkeld
inhibitievermogen en cognitieve flexibiliteit. Rabi & Minda (2014) vonden al dat verschillen in deterministische feedbackverwerking tussen volwassenen en kinderen gedeeltelijk
verklaard konden worden door de ontwikkeling van werkgeheugen. Probabilistische feedbacktaken vereisen waarschijnlijk dezelfde mate van werkgeheugen en zullen mogelijk nog een extra beroep doen op inhibitievermogen en cognitieve flexibiliteit (Van den bos et al., 2009; Van duijvenvoorde et al., 2013) . De snelheid waarmee de juiste stimulus-respons relaties geleerd worden blijkt af te hangen van de type taak (probabilistisch of
deterministisch), waarbij in de deterministische taak sneller geleerd wordt dan in de probabilistische taak. Cognitieve flexibiliteit lijk hier een verklarende factor. Cognitieve flexibiliteit is van grotere voorspellende waarde voor probabilistische feedbackverwerking dan deterministische feedbackverwerking. Dit is in lijn met wat verwacht werd onder andere vanuit onderzoek van Van der Bos et al. (2009). Inhibitie blijkt geen grotere voorspeller voor probabilistische feedbackverwerking dan deterministische feedbackverwerking.
Werkgeheugen blijk voor allebei de type taken niet van voorspellende waarde. Ook leeftijd blijkt geen voorspeller voor leersnelheid.
Er lijkt dus wel degelijk een rol weggelegd voor executieve functies bij de
ontwikkeling van probabilistische feedbackverwerking. Werkgeheugen blijkt in dit onderzoek echter niet van voorspellende waarde voor zowel deterministische als probabilistische
feedbackverwerking. Dit is in tegenstelling tot onderzoek van Rabi & Minda (2014), dat voor deterministische feedbackverwerking een mediërende rol van werkgeheugen had gevonden. Mogelijk zijn de taken in dit onderzoek dermate versimpeld, dat deze minder werkgeheugen vereisen. Dat inhibitie niet van grotere voorspellende waarde blijkt voor probabilistische feedbackverwerking dan deterministische feedbackverwerking zou ermee te maken kunnen hebben dat in dit onderzoek maar één maat als afhankelijke variabele is genomen, namelijk flanker errorkosten. Vaak wordt op complexere wijze een maat voor inhibitievermogen genomen, waarin zowel reactietijdkosten als errorkosten meegenomen worden zoals in Schmittman et al. (2014) . Dat is in dit onderzoek niet gebeurd, waardoor inhibitievermogen mogelijk niet precies genoeg gemeten is. Dat cognitieve flexibiliteit wel een grotere
voorspellende waarde voor probabilistische feedbackverwerking blijkt te zijn dan voor deterministische feedbackverwerking zou ermee te maken kunnen hebben dat de taak die gebruikt wordt om cognitieve flexibiliteit te meten, behalve cognitieve flexibiliteit misschien ook enigszins inhibitievermogen en werkgeheugen meet. Kinderen moeten namelijk de juiste respons relatie onthouden en bij een switch (wanneer er dus een andere stimulus-respons relatie gevraagd wordt), dienen ze de voorgaande stimulus-stimulus-respons relatie te inhiberen. Deze taak doet misschien een groter beroep op executieve functies dan de flankertaak alleen of de spantaak alleen en lijkt hiermee het meest op een probabilistische feedbacktaak.
Een mogelijke andere verklaring voor de bevindingen dat alleen cognitieve flexibiliteit verschil tussen de ontwikkeling van probabilistische feedbackverwerking en deterministische feedbackverwerking kan verklaren, zou eventueel kunnen zijn dat de leeftijdsrange in dit onderzoek te klein was. In ander onderzoek van o.a. (Eppinger et al., 2009) worden kinderen vergeleken met volwassenen. Executieve functies lijken zich vaak nog tot in de
leeftijden en de bijbehorende executieve functies misschien pas later naar voren. Er is vervolgonderzoek nodig om dit te kunnen bevestigen.
Wat in dit onderzoek nog onduidelijk blijft is of er een causaal verband bestaat tussen executieve functies prestaties op probabilistische feedbacktaken. Om dit te onderzoeken zou er een trainingsstudie waarin executieve functies getraind worden gedaan moeten worden met de feedbackleertaken als voor- en nameting.
In onderzoek van Hämmerer en Eppinger (2011) werd al een verband gelegd tussen executieve functies en probabilistische feedbacktaken, maar zij bespraken reward based probabilistische feedbacktaken. Hierin spelen motivationele factoren een rol. Het onderscheid tussen neutrale probabilistische feedbacktaken en reward based feedbacktaken is nog niet systematisch bekeken voor kinderen en ook in dit onderzoek worden deze twee taken nog niet vergeleken. Het zou echter goed mogelijk kunnen zijn dat de ontwikkeling van deze twee typen taken anders verloopt. Wanneer kinderen bijvoorbeeld een beloning kunnen verdienen door zoveel mogelijk goed te antwoorden of gestraft worden bij een bepaald aantal fouten (reward based) zou probabilistische feedbackverwerking misschien verslechteren omdat reflectieve informatieverwerking meestal vermindert onder motivationeel saillante omstandigheden (Prencipe, Kesek, Cohen, Lamm, Lewis & Zelazo, 2011).
Literatuurlijst
Bleichrodt, N., Drenth, P. J. D., Zaal, J. N., & Resing, W. C. M. (1984). Revisie Amsterdamse
Kinder Intelligentie Test, RAKIT.
Carlson, S. M. (2005). Developmentally sensitive measures of executive function in preschool
children. Developmental neuropsychology, 28(2), 595-616.
Crone, E. A., & van der Molen, M. W. (2004). Developmental changes in real life decision
making: performance on a gambling task previously shown to depend on the ventromedial prefrontal cortex. Developmental neuropsychology,25(3), 251-279.
Crone, E. A., Jennings, J. R., & Van der Molen, M. W. (2004). Developmental change in
feedback processing as reflected by phasic heart rate changes.Developmental psychology, 40(6), 1228.
Davidson, M. C., Amso, D., Anderson, L. C., & Diamond, A. (2006). Development of
cognitive control and executive functions from 4 to 13 years: Evidence from
manipulations of memory, inhibition, and task switching.Neuropsychologia, 44(11), 2037-2078.
Diamond, A. (2002). Normal development of prefrontal cortex from birth to young adulthood:
Cognitive functions, anatomy, and biochemistry.
Eppinger, B., Mock, B., & Kray, J. (2009). Developmental differences in learning and error
processing: evidence from ERPs. Psychophysiology, 46(5), 1043-1053.
Frank, M. J., Seeberger, L. C., & O'reilly, R. C. (2004). By carrot or by stick: cognitive
Frank, M. J., & Claus, E. D. (2006). Anatomy of a decision: striato-orbitofrontal interactions
in reinforcement learning, decision making, and reversal.Psychological review, 113(2), 300.
Garon, N., Bryson, S. E., & Smith, I. M. (2008). Executive function in preschoolers: a review
using an integrative framework. Psychological bulletin,134(1), 31.
Hämmerer, D., & Eppinger, B. (2012). Dopaminergic and prefrontal contributions to reward-
based learning and outcome monitoring during child development and aging. Developmental psychology, 48(3), 862.
Hämmerer, D., Li, S. C., Müller, V., & Lindenberger, U. (2011). Life span differences in
electrophysiological correlates of monitoring gains and losses during probabilistic reinforcement learning. Journal of Cognitive Neuroscience,23(3), 579-592.
Hattie, J., & Timperley, H. (2007). The power of feedback. Review of educational
research, 77(1), 81-112.
Holroyd, C. B., & Coles, M. G. (2002). The neural basis of human error processing:
reinforcement learning, dopamine, and the error-related negativity.Psychological review, 109(4), 679.
Huizinga, M., & van der Molen, M. W. (2007). Age-group differences in set-switching and
set-maintenance on the Wisconsin Card Sorting Task. Developmental Neuropsychology, 31, 193–215. doi:10.1080/ 87565640701190817.
gender related differences in response switches after nonrepresentative negative feedback. Developmental psychology, 50(1), 237.
Prencipe, A., Kesek, A., Cohen, J., Lamm, C., Lewis, M. D., & Zelazo, P. D. (2011).
Development of hot and cool executive function during the transition to adolescence. Journal of experimental child psychology, 108(3), 621-637.
Rabi, R., & Minda, J. P. (2014). Rule-based category learning in children: the role of age and
executive functioning. PloS one, 9(1), e85316.
Rogers, R. D., & Monsell, S. (1995). Costs of a predictible switch between simple cognitive
tasks. Journal of experimental psychology: General, 124(2), 207.
Schmittmann, V. D., van der Maas, H. L., & Raijmakers, M. E. (2012). Distinct
discrimination learning strategies and their relation with spatial memory and attentional control in 4-to 14-year-olds. Journal of experimental child psychology, 111(4), 644-662.
Van Den Bos, W., Güroğlu, B., Van Den Bulk, B. G., Rombouts, S. A., & Crone, E. A.
(2009). Better than expected or as bad as you thought? The neurocognitive development of probabilistic feedback processing. Frontiers in human neuroscience, 3.
Van Duijvenvoorde, A. C., Jansen, B. R., Griffioen, E. S., Van der Molen, M. W., &
Huizenga, H. M. (2013). Decomposing developmental differences in probabilistic feedback learning: A combined performance and heart-rate analysis. Biological psychology, 93(1), 175-183.
understand executive control in preschool children: I. Latent structure. Developmental Psychology, 44(2), 575.
