Zeitschrift für Gerontopsychologie & -psychiatrie, 16 (1), 2003, 1–8
Korrelate altersbezogener Leistung in typischen Arbeitsgedächtnisspannentests
Matthias Kliegel et al.: Korrelate altersbezogener Leistung in typischen Arbeitsgedächtnisspannen tests
ZfG P 16 (1) 2003, © Verlag Hans Huber, Bern
Correlates of Age Effects in Typical Working Memory Span Tests
Matthias Kliegel1, Melanie Zeintl2, Mike Martin1 und Ute A. Kopp3 1
Lehrstuhl für Gerontopsychologie, Psychologisches Institut der Universität Zürich, 2Deutsches Zentrum für Alternsforschung (DZFA), Universität Heidelberg, 3Neurologische Klinik der Charité, Berlin Zusammenfassung: In der neueren gerontologischen Kognitionsforschung haben sich wiederholt Alterseffekte bezüglich der Leistung in verschiedenen Arbeitsgedächtnisspannentests bestätigt. Bislang ist jedoch unklar, welche Rolle nicht-exekutive und exekutive Prozesse in diesen Alterseffekten spielen. Zur ersten Annäherung an diese Fragestellung wurden in der vorliegenden Studie 20 jüngere (M = 26 Jahre, SD = 7.14) und 21 ältere Erwachsene (M = 71 Jahre, SD = 5.87) in ihrer Leistung in zwei typischen Arbeitsgedächtnisspannentests («Zahlen nachsprechen rückwärts», Operation Span Aufgabe) untersucht. Außerdem wurden als mögliche Prädiktoren für nicht-exekutive Prozesse die Kurzzeitgedächtnisspanne und die tonische Aufmerksamkeit sowie für exekutive Prozesse die inhibitorische Kontrollleistung erhoben. Die Ergebnisse zeigen signifikante Altersdifferenzen in beiden Arbeitsgedächtnisspannentests. Zusätzlich ergeben hierarchische Regressionsanalysen, dass im Test «Zahlen nachsprechen rückwärts» nicht-exekutive Prozesse alleine, in der Operation Span Aufgabe dagegen eine Kombination aus nicht-exekutiven und exekutiven Prozessen die gefundene altersbezogene Varianz erklären können. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die beiden verwendeten Arbeitsgedächtnisspannentests schwerpunktmäßig mit unterschiedlichen kognitiven Prozessen zusammenhängen und somit in Diagnostik wie Grundlagenforschung nicht beliebig austauschbar angewandt werden sollten. Schlüsselbegriffe: Arbeitsgedächtnis, exekutive Kontrolle, Inhibition, Alterseffekte, Gedächtnisspanne
Summary: Age effects in working memory span tests are well confirmed in recent cognitive gerontology. However, few studies have targeted the role of non-executive and executive processes in these age effects. To initially explore this question, we assessed performance in two typical working memory span tests (digit-span-backwards, operation span task) in a sample of 20 younger (M = 26 years, SD = 7.14) and 21 older adults (M = 71 years, SD = 5.87). Additionally, we measured short term memory span and attention as possible predictors of non-executive processes, as well as inhibition as possible predictor of executive processes. The results show significant age-related differences in both working memory span tasks. Furthermore, hierarchical regression analyses indicate that age-related variance in the digit-span-backwards test can mostly be attributed to differences in non-executive processes, whereas age-related variance in the operation span task can be explained by a combination of non-executive and executive processes. Altogether, our results support the assumption that the applied working memory span tests are not interchangeable, as they seem to correlate with different cognitive processes. Keywords: working memory, executive functioning, inhibition, age effects, memory span ZfGP 16 (1) 2003, © Verlag Hans Huber, Bern
2
Matthias Kliegel et al.: Korrelate altersbezogener Leistung in typischen Arbeitsgedächtnisspannentests
Einleitung Mit fortschreitendem Alter zeigen sich in verschiedenen kognitiven Aufgaben deutliche Leistungsabfälle. Altersbezogene Leistungsunterschiede lassen sich dabei vor allem bei solchen Aufgaben finden, die ein aktives kognitives Verarbeiten erfordern (vgl. Craik & Salthouse, 2000). Ältere Menschen haben demnach selten Probleme damit, kleine Informationsmengen zu verarbeiten, also z. B. eine Telefonnummer aus dem Telefonbuch abzuschreiben (vgl. Craik, 2000). Schwierigkeiten zeigen sich erst dann, wenn komplexere Aufgaben zu bewältigen sind, mit denen man jedoch im alltäglichen Leben häufig konfrontiert ist, wie z. B. das Organisieren und Memorieren eines Einkaufswegs, der an verschiedenen Stationen vorbeiführen soll, mit dem Ziel, den günstigsten Weg zu finden. Entsprechend ihrer hohen Alltagsrelevanz, sind daher altersbezogene Leistungsdefizite in Aufgaben, die aktives kognitives Verarbeiten erfordern, seit einigen Jahren im Fokus gerontopsychologischer Forschung (vgl. z. B. Kliegel, McDaniel & Einstein, 2000; Kliegel, Ramuschkat & Martin, 2003). Einer der Mechanismen, von denen angenommen wird, dass sie für kognitives Altern verantwortlich sind, ist die Funktion des Arbeitsgedächtnisses (vgl. Park, 2000). Das Arbeitsgedächtnis ist ein System, das sowohl zum Speichern als auch zur Verarbeitung von Informationen dient. Von verschiedenen Autoren wird seit einiger Zeit ein Rahmenmodell vertreten, innerhalb dessen das Arbeitsgedächtnis in eine nicht-exekutive und eine exekutive Komponente aufgeteilt wird (vgl. Bopp & Verhaeghen, 2002; Engle, Tuholski, Laughlin & Conway, 1999; Kliegel, Martin, McDaniel & Einstein, 2002; Miyake et al., 2000; Smith & Jonides, 1999). Die nicht-exekutive Komponente beinhaltet dabei kognitive Basisfunktionen, wie das Speichern von Informationen und die reine Aufmerksamkeitsleistung; die exekutive Prozess-Komponente umfasst Funktionen wie das Planen einer Abfolge von Prozessen, um ein Ziel zu erreichen, und die Unterdrückung von störenden Ereignissen oder dominanten Reaktionen (Inhibition). Hauptsächlich verantwortlich für das reibungslose Ablaufen der Arbeitsgedächtnisprozesse ist der präfrontale Kortex (vgl. Reuter-Lorenz, 2000; ZfGP 16 (1) 2003, © Verlag Hans Huber, Bern
Smith & Jonides, 1999). Neurophysiologische und neuroanatomische Studien haben gezeigt, dass der präfrontale Kortex von altersbedingten Veränderungen besonders betroffen ist, was eine zunehmenden Beeinträchtigung der Gedächtnis- und Exekutivfunktionen mit fortschreitendem Alter erwarten lässt (Rabbitt & Lowe, 2000; West, 1996). Um die Leistung des Arbeitsgedächtnisses zu erfassen, wird die so genannte Arbeitsgedächtnisspanne erhoben, welche die Kapazität einer Person beschreibt, kürzlich präsentierte Informationen aufmerksam zu verfolgen und zu speichern (nicht-exekutive Komponente) und gleichzeitig aktuelle Informationen zu verarbeiten (exekutive Prozess-Komponente) (Zacks, Hasher & Li, 2000). Die Kapazität des Arbeitsgedächtnisses stellt somit die Fähigkeit dar, eine Repräsentation im Bewusstsein aktiv zu halten und zwar unter dem Einfluss von Störreizen, die andernfalls Aufmerksamkeit von der aktuell relevanten Repräsentation ablenken würden (Engle et al., 1999). Typische Arbeitsgedächtnisspannentests sind «Zahlen nachsprechen rückwärts» (z. B. Martin & Ewert, 1997) oder der Operation Span (z. B. Turner & Engle, 1989). Bei der ersten Aufgabe («Zahlen nachsprechen rückwärts») soll der Proband Zahlenreihen rückwärts reproduzieren. Um diese Aufgabe bewältigen zu können, muss der Proband den Input (hier die Zahlenreihe) verarbeiten, speichern und präsent halten sowie gleichzeitig zur korrekten rückwärtigen Reproduktion diesen Input im Arbeitsspeicher modifizieren, d. h. umstellen. Die andere typische Aufgabe (Operation Span) verlangt, eine Rechenaufgabe zu bearbeiten und sich gleichzeitig ein mit der zu bearbeitenden Aufgabe präsentiertes Wort zu merken. Nach mehreren Durchgängen (Rechenaufgabe plus Wort) erfolgt die Aufforderung, die gesehenen Wörter in der richtigen Reihenfolge zu reproduzieren. Die Arbeitsgedächtnisspanne ist dabei definiert als die höchste Anzahl von Durchgängen, bei denen die jeweiligen Aufgaben korrekt bearbeitet und die zu merkenden Items in richtiger Reihenfolge reproduziert wurden. In der neueren gerontologischen Kognitionsforschung haben sich wiederholt Altersdifferenzen in Bezug auf die Leistung in verschiedenen Arbeitsgedächtnisspannentests bestätigt (vgl. Bopp & Verhaeghen, 2002; Craik, 2000). Da – wie zuvor erörtert – Arbeitsgedächtnisspannentests in jüngster Zeit als eine Kombination aus einer nicht-exe-
Matthias Kliegel et al.: Korrelate altersbezogener Leistung in typischen Arbeitsgedächtnisspannentests
kutiven sowie einer exekutiven Komponente beschrieben wurden (vgl. Bopp & Verhaeghen, 2002; Engle et al., 1999; Miyake et al., 2000; Smith & Jonides, 1999), lässt sich die bislang wenig gestellte Frage ableiten, welche dieser Komponenten vor allem mit altersbezogenen Leistungsunterschieden in Arbeitsgedächtnisspannentests zusammenhängen. In der vorliegenden Untersuchung wurden daher sowohl nicht-exekutive Prozesse, wie die Kurzzeitgedächtnisspanne (vgl. für die Operationalisierung z. B. Brown & Storandt, 2000; Farrag, Khedr, Abdel-Aleem & Rageh, 2002; Ragland, Coleman, Gur, Glahn & Gur, 2000) und Aufmerksamkeit (vgl. z. B. Beblo, Baumann, Bogerts, Wallesch & Herrmann, 1999; Bodenburg, Popp & Kawski, 2001), als auch Inhibition als Indikator der exekutiven Kontrollleistung (vgl. z. B. Kliegel et al., 2002, 2003; Phillips, Bull, Adams & Fraser, 2002) als mögliche Prädiktoren für Alterseffekte in Arbeitsgedächtnisspannentests herangezogen. Ziel dieser Untersuchung war es, Altersdifferenzen bezüglich der Leistung in zwei typischen Arbeitsgedächtnisspannentests zu bestätigen und zu untersuchen, welche Zusammenhänge zwischen nicht-exekutiven und exekutiven Prozessen mit der altersbezogenen Leistung in diesen typischen Aufgaben bestehen.
Methode Stichprobe An der Studie nahmen 20 jüngere und 21 ältere Erwachsene teil. Das Alter der jüngeren Probanden lag zwischen 19 und 50 Jahren (M = 26 Jahre, SD = 7.14), das der älteren zwischen 61 und 81 Jahren (M = 71 Jahre, SD = 5.87). Die Gruppe der jüngeren Erwachsenen bestand aus acht Frauen Tabelle 1. Demographische Angaben der jüngeren und älteren Probanden.
Demographische Variable
Jüngere Probanden M SD
Schulausbildung (Jahre) 12.7 1.1 Verbale Intelligenz (MWT-B) 118.0 14.8
Ältere Probanden M SD 10.9 1.7 121.0 13.5
Anmerkung: Unter den 20 jüngeren Teilnehmern befanden sich 8 Frauen und 12 Männer. Von den 21 älteren Teilnehmern waren 11 Frauen und 10 Männer.
3
und zwölf Männern, die Gruppe der älteren aus elf Frauen und zehn Männern. Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, unterscheiden sich die beiden Gruppen zwar hinsichtlich der Schulbildung, nicht jedoch hinsichtlich der verbalen Intelligenz, gemessen mit dem MWT-B (Lehrl, 1977). Alle Probanden nahmen freiwillig an der Untersuchung teil.
Instrumente Arbeitsgedächtnisspannentests. Die Probanden wurden in ihrer Leistung in zwei typischen Arbeitsgedächtnisspannentests untersucht. Bei dem Test «Zahlen nachsprechen rückwärts» aus der Wechsler Adult Intelligence Scale (WAIS-R; Wechsler, 1981; dt. Fassung HAWIE-R; Tewes, 1991) wurden den Probanden verschieden lange Zahlenreihen vorgelesen. Nachdem sie eine Zahlenreihe gehört hatten, sollten sie diese unmittelbar rückwärts wiedergeben. Mit einer Ziffernlänge von zwei Ziffern (z. B. «3 – 5»; korrekte Antwort: «5 – 3») beginnend wurden die Zahlenreihen einzeln vorgelesen und direkt abgefragt. Für jede Ziffernlänge gab es zwei Zahlenreihen, danach erhöhte sich die Ziffernlänge um jeweils eine Ziffer. Der Test wurde abgebrochen, sobald ein Proband beide Durchgänge einer Ziffernlänge nicht korrekt wiedergegeben hatte. Die Arbeitsgedächtnisspannenleistung, für die der Proband gleichzeitig die Zahlen präsent halten und umordnen muss, ergibt sich dabei aus der Anzahl der Zahlenreihen, die der Proband bis zum Abbruch korrekt umkehren konnte. Der andere Arbeitsgedächtnisspannentest, der in dieser Studie verwendet wurde, war eine Operation Span Aufgabe (vgl. Turner & Engle, 1989). Dabei wurden den Probanden an einem Computerbildschirm nacheinander Rechenaufgaben präsentiert, für die das jeweilige Ergebnis bereits angegeben war. Zusätzlich stand hinter jeder der präsentierten Rechenaufgaben ein Hauptwort, wie z. B. «3 + 7 = 10? Haus» oder «8 – 3 = 4? Mond». Die Probanden sollten nun entscheiden, ob sie die angezeigte Lösung einer Rechenaufgabe für richtig oder falsch hielten. Sie zeigten ihre Entscheidung an, indem sie auf der Computertastatur die entsprechende Taste für richtig bzw. falsch drückten. Gleichzeitig sollten die Probanden das hinter der Rechenaufgabe stehende Hauptwort lesen und sich gut einprägen. Nachdem die Probanden einige ZfGP 16 (1) 2003, © Verlag Hans Huber, Bern
4
Matthias Kliegel et al.: Korrelate altersbezogener Leistung in typischen Arbeitsgedächtnisspannentests
Aufgaben bearbeitet hatten, wurden sie aufgefordert, die eingeprägten Wörter in der Reihenfolge zu nennen, in der sie erschienen waren. Bei den beiden oben genannten Beispielaufgaben «3 + 7 = 10? Haus» und «8 – 3 = 4? Mond» wäre die korrekte Antwort nach einem Durchgang also «Haus, Mond». Die Anzahl der in einem Durchgang aufeinanderfolgenden Rechenaufgaben variierte von zwei bis fünf. Die Arbeitsgedächtnisspannenleistung ergibt sich dabei aus der Anzahl der Durchgänge, in denen alle Worte korrekt reproduziert wurden. Zur Messung nicht-exekutiver Prozesse wurden die Kurzzeitgedächtnisspanne und die tonische Aufmerksamkeit erfasst. Zur Erfassung der Kurzzeitgedächtnisspanne wurde der Test «Logisches Gedächtnis I» aus dem Wechsler Gedächtnistest (WMS-R; Härting et al., 2000) durchgeführt (Version A). In diesem Test wird den Probanden eine aus 25 Sinneinheiten (die ersten vier Sinneinheiten sind z. B. Anna/Schmidt/aus einem Hamburger/ Vorort . . .) bestehende Geschichte vorgelesen und die Probanden werden gebeten, im direkten Anschluss an das Vorlesen diese möglichst präzise wiederzugeben. Ein Punktscore ermittelt die Präzision der Wiederholung. Sofern die einzelnen Elemente der Geschichte nicht wörtlich wiederholt werden, gestatten ausführliche standardisierte Auswertungsrichtlinien eine Bewertung ähnlicher Wendungen (vgl. für das genaue Auswertungsschema Härting et al., 2000, Anhang A). Die tonische Aufmerksamkeit wurde mittels des Tests «Alertness» aus der Testbatterie zur Aufmerksamkeitsprüfung (TAP; Zimmermann & Fimm, 1994) erhoben. Dabei wurde die Reaktionszeit auf einen visuellen Reiz erfasst. Den Probanden wurde auf einem Computerbildschirm in unregelmäßigen Zeitabständen ein Kreuz präsentiert. Dieses Kreuz erschien immer in der Mitte des Bildschirms. Sobald das Kreuz auf dem Bildschirm zu sehen war, sollten die Probanden so schnell wie möglich auf die dafür vorgesehene Reaktionstaste drücken. Der Grad der Aufmerksamkeit ergab sich dabei aus dem Median der Reaktionszeiten bei korrekten Reaktionen. Exekutive Kontrollleistung. Zur Erfassung der exekutiven Kontrollleistung wurde der FarbeWort-Interferenztest nach Stroop (Bäumler, 1985) als Maß für Inhibitionsfähigkeit herangezogen. Der Test bestand aus drei Durchgängen. Im ersten Durchgang standen auf einem Blatt in schwarzer ZfGP 16 (1) 2003, © Verlag Hans Huber, Bern
Tinte die vier Farbwörter rot, blau, gelb, grün in zufälliger Reihenfolge. Im zweiten Durchgang (Baseline) waren Farbbalken in diesen vier Farben in zufälliger Reihenfolge abgebildet. Im ersten Durchgang sollten die Probanden die Farbwörter so schnell wie möglich laut vorlesen. Im zweiten Durchgang sollte die Farbe der Farbbalken so schnell wie möglich benannt werden. Im dritten Durchgang (Interferenzbedingung) hatten die Probanden im Prinzip die selbe Aufgabe wie im zweiten Durchgang, nämlich das Benennen von Farben. Diesmal bildeten aber nicht Farbbalken die Stimuli sondern es standen wieder Farbwörter auf einem Blatt. Allerdings waren diese nun in einer Farbe geschrieben, die nicht mit dem zu lesenden Farbwort übereinstimmte (z. B. war das Farbwort «rot» in gelber Tinte geschrieben). Die Schwierigkeit bestand darin, nicht das Farbwort vorzulesen, sondern die Farbe zu nennen, in der das Wort geschrieben war. Jeder Durchgang begann mit jeweils fünf Items zur Übung, darauf folgten 20 Testitems, bei denen die Zeit gemessen wurde. Ausgewertet wurde der Anstieg in der Zeit, die für das Benennen der Farben im dritten Durchgang (Interferenz-Bedingung) im Vergleich zum zweiten Durchgang (Baseline) benötigt wurde (vgl. Kliegel et al., 2000, 2002, für ein ähnliches Vorgehen).
Ablauf Im ersten Teil der Untersuchung wurden der Stroop-Test, der Kurzzeitgedächtnisspannentest, der Arbeitsgedächtnisspannentest «Zahlen nachsprechen rückwärts» sowie der Test zur tonischen Aufmerksamkeit durchgeführt. Nach einer Pause von etwa 10 Minuten folgte die Operation Span Aufgabe. Zusätzlich wurden in der Sitzung neben den hier dargestellten Test noch weitere Tests zu einer anderen Fragestellung zum prospektiven Gedächtnis durchgeführt (vgl. Kliegel et al., 2000).
Ergebnisse Zunächst wurden die beiden verwendeten Arbeitsgedächtnisspannentests hinsichtlich der erwarteten Altersdifferenzen untersucht. Die varianzanalytischen Auswertung mit den Altersgruppen (ältere vs. jüngere Probanden) als unabhängige
Matthias Kliegel et al.: Korrelate altersbezogener Leistung in typischen Arbeitsgedächtnisspannentests
5
Tabelle 2. Alterseffekte in den Arbeitsgedächtnisspannentests «Zahlen nachsprechen rückwärts» und Operation Span Aufgabe.
«Zahlen nachsprechen rückwärts» Operation Span Aufgabe
Jüngere Probanden (N = 20) M (SD)
Ältere Probanden (N = 21) M (SD)
F-Wert
7.95 (1.99) 10.45 (2.31)
6.67 (1.74) 7.15 (3.10)
4.85* 14.60**
Anmerkung: *p < .05, **p < .01
Tabelle 3. Ergebnisse der schrittweisen Regressionsanalyse für die Arbeitsgedächtnisspannentests. Arbeitsgedächtnisspannentest «Zahlen nachsprechen rückwärts» N = 39 β SE β
Arbeitsgedächtnisspannentest Operation Span Aufgabe N = 39 β SE β
Schritt 1: Nicht-exekutive Prozesse KZG-Spanne 0.193 0.082 Aufmerksamkeit –0.315+ 0.006 ∆R² 0.248**
0.161 –0.218
Schritt 2: Exekutive Prozesse Inhibition –0.041 0.636 ∆R² 0.003
–0.251~ 0.876 0.076*
Schritt 3: Alter Alter ∆R²
–0.286
–0.113
0.019 0.005
0.113 0.008 0.362**
0.026 0.032
Anmerkung: β und SE β basieren auf einer Regressionsanalyse mit allen Prädiktoren. p = .06; ~p = .07; *p < .05; **p < .01
+
Variable und den beiden Arbeitsgedächtnisspannentests jeweils als abhängige Variable ergab sowohl beim «Zahlen nachsprechen rückwärts» als auch bei der Operation Span Aufgabe signifikante Alterseffekte. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich wird, erzielten die jüngeren Erwachsenen in beiden Arbeitsgedächtnisspannentests im Mittel bessere Ergebnisse als die älteren. Dieser altersbezogene Leistungsunterschied zeigte sich in der Operation Span Aufgabe noch deutlicher als in der «Zahlen nachsprechen rückwärts»-Aufgabe. Nachdem sich Altersdifferenzen in beiden Arbeitsgedächtnisspannentests bestätigt hatten, wurde untersucht, ob und inwieweit individuelle Differenzen in nicht-exekutiven und exekutiven Prozessen die altersbezogene Varianz in den Arbeitsgedächtnisspannentests erklären können. Als Auswertungsstrategie wurden in Anlehnung an Salthouse (1991) mit jedem Arbeitsgedächtnisspannentest als abhängiger Variable je zwei Regressionsanalysen gerechnet (vgl. Kliegel et al., 2002, 2003, für ein ähnliches Vorgehen). In einer ersten Regressionsgleichung mit dem Alter der
Probanden als einzigem Prädiktor zeigte sich, dass im Fall des «Zahlennachsprechen rückwärts» das Alter 17 % der Varianz, im Fall der Operation Span 37 % der Varianz aufklären kann. Um zu prüfen, ob nicht-exekutive und exekutive Funktionen mit dieser altersbezogenen Varianz zusammenhängen, wurde anschließend eine weitere, hierarchische Regressionsanalyse gerechnet. Im ersten Schritt wurden als nicht-exekutive Funktionen die Kurzzeitgedächtnisspanne sowie die tonische Aufmerksamkeit als Prädiktoren in die Regressionsgleichung eingeführt, die exekutive Funktion Inhibition im zweiten Schritt und das Alter im dritten Schritt. Diese Vorgehensweise ermöglicht neben der Prüfung von Korrelaten der altersbezogenen Varianz zu untersuchen, ob exekutive kognitive Koordinativfunktionen über nicht-exekutive, eher basale Speicher- und Aufmerksamkeitsprozesse hinaus Varianz in der Arbeitsgedächtnisspannenleistung aufklären können. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Im Fall des «Zahlennachsprechen rückwärts» tragen die nicht-exekutiven Funktionen signifiZfGP 16 (1) 2003, © Verlag Hans Huber, Bern
6
Matthias Kliegel et al.: Korrelate altersbezogener Leistung in typischen Arbeitsgedächtnisspannentests
kant zur Varianzaufklärung der Arbeitsgedächtnisspannenleistung bei (∆R² = .248). Dagegen klären individuelle Differenzen in der exekutiven Funktion Inhibition keinen signifikanten Anteil der Varianz mehr auf (∆R² = .003). Darüber hinaus führt auch das Einbeziehen der Variablen Alter in die Regression ebenfalls zu keinem signifikanten Anstieg der Varianzaufklärung (∆R² = .005). Vergleicht man nun den durch das Alter aufgeklärten Varianzanteil, wird deutlich, dass dieser nun um 97 % geringer ausfällt als in der ersten Regressionsgleichung (R² = .17) ohne die Berücksichtigung der ersten beiden Schritte der zweiten Regression. Bei Einbeziehung aller Variablen in die Regression bildet die tonische Aufmerksamkeit den einzigen signifikanten Prädiktor der Arbeitsgedächtnisspannenleistung. Im Fall der Operation Span tragen die nicht-exekutiven Funktionen sowie die exekutive Funktion signifikant zur Varianzaufklärung der Arbeitsgedächtnisspannenleistung bei. Darüber hinaus führt allerdings das Einbeziehen der Variablen Alter in die Regression zu keinem signifikanten Anstieg der Varianzaufklärung (∆R² = .032). Vergleicht man den durch das Alter aufgeklärten Varianzanteil, wird deutlich, dass dieser in diesem Fall um 91 % geringer ausfällt als in der ersten Regressionsgleichung (R² = .37) ohne die Berücksichtigung der ersten beiden Schritte der zweiten Regression. Bei Einbeziehung aller Variablen in die Regression bildet die Inhibitionsleistung den einzigen signifikanten Prädiktor der Arbeitsgedächtnisspannenleistung.
Diskussion In neuesten Modellen wird die Arbeitsgedächtnisleistung als eine Kombination einer nicht-exekutiven und einer exekutiven Komponente beschrieben (vgl. Bopp & Verhaeghen, 2002; Engle et al., 1999; Miyake et al., 2000; Smith & Jonides, 1999). Ziel dieser Studie war es daher, in zwei typischen Arbeitsgedächtnisspannentests den möglichen Zusammenhang von nicht-exekutiven und exekutiven Prozessen mit der altersbezogenen Leistung in diesen Arbeitsgedächtnisspannentests zu untersuchen. Als Prädiktoren für nicht-exekutive Prozesse wurden die Kurzzeitgedächtnisspanne und die tonische Aufmerksamkeit herangezogen, ZfGP 16 (1) 2003, © Verlag Hans Huber, Bern
als Prädiktor für exekutive Prozesse wurde die inhibitorische Kontrollleistung erhoben. Anhand der Ergebnisse konnte gezeigt werden, dass die durchschnittliche Leistung der jüngeren Probanden in beiden Arbeitsgedächtnisspannentests höher war als die der älteren. Dieses Resultat bestätigt die in der Literatur in letzter Zeit wiederholt beschriebenen Alterseffekte bezüglich der Leistung in verschiedenen Arbeitsgedächtnisspannentests (vgl. Bopp & Verhaeghen, 2002; Craik, 2000). Allerdings weisen die Ergebnisse auf ein differentielles Muster hin, das sich sowohl bei den gefundenen Alterseffekten als auch bezüglich der erhobenen Prädiktoren zeigte. Zum einen waren die Altersunterschiede in der «Zahlen-nachsprechen-rückwärts»-Aufgabe deutlich geringer als in der Operation Span Aufgabe. Zum anderen deuten die Ergebnisse der hierarchischen Regressionsanalysen darauf hin, dass bei der Aufklärung der altersbezogenen Varianz in der «Zahlen-nachsprechen-rückwärts»-Aufgabe bereits nicht-exekutive Prozesse alleine für die altersbezogenen Leistungsdifferenzen verantwortlich zu sein scheinen: Die exekutive Inhibitionsleistung leistete hier keinen zusätzlichen Beitrag zur Varianzaufklärung. Dieses Ergebnis legt nahe, dass die «Zahlen-nachsprechen-rückwärts»-Aufgabe vor allem eine Aufgabe darstellt, bei der die Aufmerksamkeitsleistung beim Speichern und weniger das exekutive Abschirmen von Informationen von Bedeutung ist. Insgesamt deutet dieser Zusammenhang darauf hin, dass die «Zahlen-nachsprechen-rückwärts»-Aufgabe eher ein Aufmerksamkeits- als ein Arbeitsgedächtnisspannenmaß darstellt. Bei der Operation Span Aufgabe dagegen weisen die Ergebnisse der Regressionsanalysen darauf hin, dass hier eine Kombination von nichtexekutiven und exekutiven Prozessen mit den gefundenen Alterseffekten zusammenhängt. Dieses Ergebnis, das sich im Einklang mit einer aktuellen Metaanalyse von Bopp und Verhaeghen (2002) befindet, spricht dafür, dass es sich bei der Operation Span Aufgabe um eine Aufgabe im Sinne der Modelle der neueren Arbeitsgedächtnistheorien handelt, nach denen Arbeitsgedächtnisspannentests als eine Kombination aus einer nicht-exekutiven und einer exekutiven Komponente beschrieben werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die beiden in dieser Studie verwendeten Arbeitsgedächtnisspannentests sowohl in der altersbezogenen
Matthias Kliegel et al.: Korrelate altersbezogener Leistung in typischen Arbeitsgedächtnisspannentests
Leistung als auch in den mit ihnen korrelierten Prozessen deutliche Unterschiede aufweisen. Dieses Ergebnis hat weit reichende praktische und theoretische Implikationen: Als praktische Konsequenz unterstreichen die vorgelegten Daten die Forderung, dass in Diagnostik wie in wissenschaftlichen Studiendesigns die Auswahl des geeigneten Arbeitsgedächtnisspannentests nicht rein pragmatisch sondern theoriegeleitet erfolgen sollte, da beide Tests mit unterschiedlichen kognitiven Prozessen zusammenhängen und somit auch zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen (können). Theoretisch sind die berichteten Resultate von Bedeutung für die aktuelle Diskussion um die Rolle von Arbeitsgedächtnis und Inhibition als grundlegende Mechanismen für das kognitive Altern (Neath, 1998; Zacks et al., 2000). Hier herrscht derzeit Unklarheit darüber, ob die Inhibition von Störreizen oder das Arbeitsgedächtnis den grundlegenderen Prozess darstellt, der für die altersbedingte Verschlechterung in komplexen kognitiven Aufgaben verantwortlich ist. Diese Streitfrage kann auch in der vorliegenden, korrelativ konzipierten Studie nicht beantwortet werden, da statistisch sowohl ein Einfluss inhibitorischer Prozesse auf die Arbeitsgedächtnisleistung als auch der umgekehrte Fall möglich ist. Theoretisch gesehen erscheint es aber im Kontext der vorgestellten Fragestellung und der berichteten Resultate sinnvoll anzunehmen, dass das Abschirmen von Informationen gegen Störreize (Inhibition) grundlegend notwendig für eine erfolgreiche Bearbeitung von Arbeitsgedächtnisspannentests wie der Operation Span Aufgabe ist. Wie beschrieben, müssen hier die zu erinnernden Worte stets von dem neu präsentierten und bewusst zu verarbeitenden mathematischen Stimulusmaterial abgeschirmt werden. Diese Annahme, mit der auch die Ergebnisse der Regressionsanalyse bezüglich der Operation Span Aufgabe in dieser Studie zu vereinbaren sind, deutet darauf hin, dass die Arbeitsgedächtnisspanne ein komplexer Prozess ist, der aus einer Kombination verschiedener Prozesskomponenten besteht. Dies lässt vermuten, dass die Inhibition tatsächlich den basaleren Prozess darstellt. Zur weiteren Klärung dieser Streitfrage wäre es allerdings sinnvoll, in Zukunft verstärkt auf die Methode von experimentellen Designs zurückzugreifen, die eine direkte kausale Zuordnung der Einflussgrößen ermöglichen, um somit die Richtung des Zusammenhangs zwischen Arbeitsgedächtnis und Inhibition genauer zu untersuchen.
7
Literatur Bäumler, G. (1985). Farbe-Wort-Interferenztest (FWIT). Göttingen: Hogrefe. Beblo, T., Baumann, B., Bogerts, B., Wallesch, C.-W. & Herrmann, M. (1999). Neuropsychological correlates of Major Depression: A short-term follow-up. Cognitive Neuropsychiatry, 4, 333–341. Bodenburg, S., Popp, B. & Kawski, S. (2001). Additional standard data of elderly subjects to the Alertness subtest from the German Testbatterie zur Aufmerksamkeitsprüfung (TAP). Zeitschrift für Neuropsychologie, 12, 125–130. Bopp, K. L. & Verhaeghen, P. (2002). Aging, short-term memory span and working memory span: A meta-analysis. Manuskript zur Veröffentlichung eingereicht. Brown, L. B. & Storandt, M. (2000). Sensitivity of category cued recall to very mild dementia of the Alzheimer type. Archives of Clinical Neuropsychology, 15, 529–534. Craik, F. I. M. (2000). Age-related changes in human memory. In D. C. Park & N. Schwarz (Eds.), Cognitive aging: A primer (S. 75–92). Philadelphia: Psychology Press. Craik, F. I. M. & Salthouse, T. A. (2000), The handbook of aging and cognition. Mahwah, NJ: Erlbaum. Engle, R. W., Tuholski, S. W., Laughlin, J. E. & Conway, A. R. A. (1999). Working memory, short-term memory, and general fluid intelligence: A latent-variable approach. Journal of Experimental Psychology, 128, 309–331. Farrag, A. K. F., Khedr, E. M., Abdel-Aleem, H. & Rageh, T. A. (2002). Effect of surgical menopause on cognitive functions. Dementia and Geriatric Cognitive Disorders, 13, 193–198. Härtling, C., Markowitsch, H. J., Neufeld, H., Calabrese, P., Deisinger, K. & Kessler, J. (Hrsg.). (2000). Wechsler Gedächtnistest – Revidierte Fassung: Manual. Bern: Huber. Kliegel, M., Martin, M., McDaniel, M. A. & Einstein, G. O. (2002). Complex prospective memory and executive control of working memory: A process model. Psychologische Beiträge, 44, 303–318. Kliegel, M., McDaniel, M. A. & Einstein, G. O. (2000). Plan formation, retention, and execution in prospective memory: A new paradigm and age-related effects. Memory and Cognition, 28, 1041–1049. Kliegel, M., Ramuschkat, G. & Martin, M. (2003). Exekutive Funktionen und prospektive Gedächtnisleistung im Alter – Eine differentielle Analyse von ereignis- und zeitbasierter prospektiver Gedächtnisleistung. Zeitschrift für Gerontologie und Geriatrie, 36, 35–41. Lehrl, S. (1977). Der Mehrfachwahlwortschatztest MWTB. Erlangen: Straube. Martin, M. & Ewert, O. (1997). Attention and planning in ZfGP 16 (1) 2003, © Verlag Hans Huber, Bern
8
Matthias Kliegel et al.: Korrelate altersbezogener Leistung in typischen Arbeitsgedächtnisspannentests
older adults. International Journal of Behavioral Development, 20, 577–594. 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, 49–100. Neath, I. (1998). Human memory: An introduction to research, data, and theory. Pacific Grove: Brooks/Cole. Park, D. C. (2000). The basic mechanisms accounting for age-related decline in cognitive function. In D. C. Park & N. Schwarz (Eds.), Cognitive aging: A primer (S. 3–21). Philadelphia: Psychology Press. Phillips, L. H., Bull, R., Adams, E. & Fraser, L. (2002). Positive mood and executive function: Evidence from Stroop and fluency tasks. Emotion, 2, 12–22. Rabbitt, P. & Lowe, C. (2000). Patterns of cognitive ageing. Psychological Research, 63, 308–316. Ragland, J. D., Coleman, A. R., Gur, R. C., Glahn, D. C. & Gur, R. E. (2000). Sex differences in brain-behavior relationships between verbal episodic memory and resting regional cerebral blood flow. Neuropsychologia, 38, 451–461. Reuter-Lorenz, P. A. (2000). Cognitive neuropsychology of the aging brain. In D. C. Park & N. Schwarz (Hrsg.), Cognitive aging: A primer (S. 93–114). Philadelphia: Psychology Press. Salthouse, T. A. (1991). Mediation of adult age differences in cognition by reductions in working memory and speed of processing. Psychological Science, 2, 179–183.
ZfGP 16 (1) 2003, © Verlag Hans Huber, Bern
Smith, E. E. & Jonides, J. (1999). Storage and executive processes in the frontal lobes. Science, 283, 1657– 1661. Tewes, U. (1991). Hamburg-Wechsler-Intelligenztest für Erwachsene (HAWIE-R). Bern: Huber. Turner, M. L. & Engle, R. W. (1989). Is working memory capacity task dependent? Journal of Memory and Language, 28, 127–154. Wechsler, D. (1981). Wechsler Adult Intelligence Scale – Revised (WAIS-R). New York: Psychological Corporation. West, R. L. (1996). An application of prefrontal cortex function theory to cognitive aging. Psychological Bulletin, 120, 272–292. Zacks, R. T., Hasher, L. & Li, K. Z. H. (2000). Human memory. In F. I. M. Craik & T. A. Salthouse (Eds.), The handbook of aging and cognition (S. 293–357). Mahwah, NJ: Erlbaum. Zimmermann, P. & Fimm, B. (1994). Testbatterie zur Aufmerksamkeitsprüfung (TAP), Version 1.02c. Herzogenrath: Psytest.
Dr. Matthias Kliegel Lehrstuhl für Gerontopsychologie Psychologisches Institut der Universität Zürich Schaffhauserstr. 15 CH-8006 Zürich, Schweiz E-mail
[email protected]