Funkcje wykonawcze

W kognitywistyce i neuropsychologii funkcje wykonawcze (łącznie określane jako funkcja wykonawcza i kontrola poznawcza ) to zestaw procesów poznawczych , które są niezbędne do poznawczej kontroli zachowania : wybieranie i skuteczne monitorowanie zachowań, które ułatwiają osiągnięcie wybranych celów. Funkcje wykonawcze obejmują podstawowe procesy poznawcze, takie jak kontrola uwagi , hamowanie poznawcze , kontrola hamowania , pamięć robocza i elastyczność poznawcza . Funkcje wykonawcze wyższego rzędu wymagają jednoczesnego korzystania z wielu podstawowych funkcji wykonawczych i obejmują planowanie oraz płynną inteligencję (np. rozumowanie i rozwiązywanie problemów ).

Funkcje wykonawcze stopniowo rozwijają się i zmieniają przez całe życie jednostki i mogą być ulepszane w dowolnym momencie w ciągu życia. Podobnie, na te procesy poznawcze mogą niekorzystnie wpływać różne zdarzenia, które wpływają na jednostkę. funkcji wykonawczych stosuje się zarówno testy neuropsychologiczne (np. test Stroopa ), jak i skale ocen (np. Inwentarz Oceny Zachowania Funkcji Wykonawczych). Zwykle są wykonywane jako część bardziej kompleksowej oceny w celu zdiagnozowania zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych.

Kontrola poznawcza i kontrola bodźców , która jest związana z warunkowaniem instrumentalnym i klasycznym , reprezentują przeciwne procesy (odpowiednio wewnętrzne i zewnętrzne lub środowiskowe), które konkurują o kontrolę wywołanych zachowań jednostki; w szczególności kontrola hamowania jest konieczna do przezwyciężenia reakcji behawioralnych wywołanych bodźcem (kontrola zachowania przez bodziec). Kora przedczołowa jest niezbędna, ale nie wystarcza wyłącznie do funkcji wykonawczych; na przykład jądro ogoniaste i jądro podwzgórza również odgrywają rolę w pośredniczeniu w kontroli hamowania.

Kontrola poznawcza jest osłabiona w przypadku uzależnienia , zespołu nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi , autyzmu i wielu innych zaburzeń ośrodkowego układu nerwowego . Reakcje behawioralne oparte na bodźcach, które są związane z określonym bodźcem nagradzającym , zwykle dominują w zachowaniu osoby uzależnionej.

Neuroanatomia

Historycznie rzecz biorąc, funkcje wykonawcze były postrzegane jako regulowane przez przedczołowe obszary płatów czołowych, ale nadal jest to kwestia toczącej się debaty, czy tak naprawdę jest. Mimo że artykuły dotyczące zmian w płacie czołowym często odnoszą się do zaburzeń funkcji wykonawczych i vice versa, w przeglądzie znaleziono wskazania dotyczące wrażliwości, ale nie specyficzności pomiarów funkcji wykonawczych dla funkcjonowania płata czołowego. Oznacza to, że zarówno przednie, jak i nieczołowe obszary mózgu są niezbędne dla nienaruszonych funkcji wykonawczych. Prawdopodobnie płaty czołowe muszą uczestniczyć w zasadzie we wszystkich funkcjach wykonawczych, ale nie są jedyną zaangażowaną strukturą mózgu.

Neuroobrazowanie i badania uszkodzeń zidentyfikowały funkcje, które są najczęściej związane z poszczególnymi regionami kory przedczołowej i obszarami z nią związanymi.

kora przedczołowa (DLPFC) jest zaangażowana w przetwarzanie informacji „on-line”, takie jak integracja różnych wymiarów poznania i zachowania. W związku z tym stwierdzono, że obszar ten jest powiązany z płynnością werbalną i projektową, zdolnością do utrzymania i zmiany zestawu , planowania, hamowania reakcji, pamięci roboczej, umiejętności organizacyjnych, rozumowania, rozwiązywania problemów i myślenia abstrakcyjnego.

Widok z boku mózgu, ilustrujący grzbietowo-boczną korę przedczołową i oczodołowo-czołową

część kory zakrętu obręczy (ACC) jest zaangażowana w popędy emocjonalne, doświadczenia i integrację. Powiązane funkcje poznawcze obejmują hamowanie niewłaściwych reakcji, podejmowanie decyzji i motywowane zachowania. Uszkodzenia w tym obszarze mogą prowadzić do stanów obniżonego popędu, takich jak apatia , abulia lub mutyzm akinetyczny , a także mogą skutkować obniżeniem popędu do takich podstawowych potrzeb, jak jedzenie lub picie i ewentualnie zmniejszeniem zainteresowania czynnościami społecznymi lub zawodowymi oraz seksem.
Kora oczodołowo-czołowa (OFC) odgrywa kluczową rolę w kontroli impulsów, utrzymaniu zestawu, monitorowaniu bieżących zachowań i społecznie odpowiednich zachowań. Kora oczodołowo-czołowa odgrywa również rolę w reprezentowaniu wartości nagród opartych na bodźcach czuciowych i ocenie subiektywnych doświadczeń emocjonalnych. Zmiany mogą powodować rozhamowanie, impulsywność, wybuchy agresji, rozwiązłość seksualną i zachowania aspołeczne.

Ponadto w swoim przeglądzie Alvarez i Emory stwierdzają, że: „Płaty czołowe mają wiele połączeń z miejscami korowymi, podkorowymi i pnia mózgu. Podstawą funkcji poznawczych„ wyższego poziomu ”, takich jak hamowanie, elastyczność myślenia, rozwiązywanie problemów, planowanie , kontrola impulsów, tworzenie koncepcji, myślenie abstrakcyjne i kreatywność często wynikają ze znacznie prostszych, „niższego poziomu" form poznania i zachowania. Zatem koncepcja funkcji wykonawczej musi być wystarczająco szeroka, aby objąć struktury anatomiczne reprezentujące zróżnicowane i rozproszone część ośrodkowego układu nerwowego”.

Móżdżek wydaje się również być zaangażowany w pośredniczenie w pewnych funkcjach wykonawczych, podobnie jak brzuszny obszar nakrywki i istota czarna .

Hipotetyczna rola

Uważa się, że system wykonawczy jest mocno zaangażowany w radzenie sobie z nowymi sytuacjami poza domeną niektórych naszych „automatycznych” procesów psychologicznych, które można wytłumaczyć reprodukcją wyuczonych schematów lub ustalonych zachowań. Psychologowie Don Norman i Tim Shallice nakreślili pięć rodzajów sytuacji, w których rutynowa aktywacja zachowania nie byłaby wystarczająca dla optymalnego działania: ^{[ potrzebna strona ]}

Te, które obejmują planowanie lub podejmowanie decyzji
Te, które obejmują korekcję błędów lub rozwiązywanie problemów
Sytuacje, w których reakcje nie są dobrze przećwiczone lub zawierają nowe sekwencje działań
Niebezpieczne lub technicznie trudne sytuacje
Sytuacje, które wymagają przezwyciężenia silnej, nawykowej reakcji lub oparcia się pokusie.

Reakcja dominująca to reakcja, dla której dostępne jest natychmiastowe wzmocnienie (pozytywne lub negatywne) lub które było wcześniej związane z tą reakcją. ^{[ potrzebna strona ]}

Funkcje wykonawcze są często przywoływane, gdy konieczne jest zastąpienie nadrzędnych reakcji, które w przeciwnym razie mogłyby zostać automatycznie wywołane przez bodźce w środowisku zewnętrznym. Na przykład, po przedstawieniu potencjalnie satysfakcjonującego bodźca, takiego jak smaczny kawałek ciasta czekoladowego , osoba może automatycznie zareagować na ugryzienie. Jednak tam, gdzie takie zachowanie koliduje z wewnętrznymi planami (np. decyzja o niejedzeniu ciasta czekoladowego podczas diety), funkcje wykonawcze mogą być zaangażowane w hamowanie tej reakcji.

Chociaż tłumienie tych dominujących reakcji jest zwykle uważane za adaptacyjne, problemy dla rozwoju jednostki i kultury pojawiają się, gdy poczucie dobra i zła zostaje zastąpione przez oczekiwania kulturowe lub gdy twórcze impulsy są pokonane przez zahamowania wykonawcze. ^{[ potrzebna strona ]}

Perspektywa historyczna

Chociaż badania nad funkcjami wykonawczymi i ich podstawami neuronalnymi znacznie wzrosły w ostatnich latach, ramy teoretyczne, w których się one mieszczą, nie są nowe. W latach czterdziestych brytyjski psycholog Donald Broadbent dokonał rozróżnienia między procesami „automatycznymi” i „kontrolowanymi” (rozróżnienie scharakteryzowane pełniej przez Shiffrina i Schneidera w 1977 r.) . W 1975 roku amerykański psycholog Michael Posner użył terminu „kontrola poznawcza” w rozdziale swojej książki zatytułowanym „Uwaga i kontrola poznawcza”.

Prace wpływowych badaczy, takich jak Michael Posner, Joaquin Fuster , Tim Shallice i ich współpracownicy w latach 80. (a później Trevor Robbins , Bob Knight , Don Stuss i inni) położyły podwaliny pod najnowsze badania nad funkcjami wykonawczymi. Na przykład Posner zaproponował istnienie oddzielnej gałęzi „wykonawczej” systemu uwagi, która odpowiada za skupienie uwagi na wybranych aspektach otoczenia. Brytyjski neuropsycholog Tim Shallice podobnie zasugerował, że uwaga jest regulowana przez „system nadzoru”, który może zastąpić automatyczne reakcje na korzyść planowania zachowania na podstawie planów lub intencji. Przez cały ten okres pojawił się konsensus, że ten system kontrolny mieści się w najbardziej przedniej części mózgu, korze przedczołowej (PFC).

Psycholog Alan Baddeley zaproponował podobny system jako część swojego modelu pamięci roboczej i argumentował, że musi istnieć komponent (który nazwał „centralnym organem wykonawczym”), który umożliwia manipulowanie informacjami w pamięci krótkotrwałej (na przykład kiedy robienie arytmetyki w pamięci ).

Rozwój

Funkcje wykonawcze należą do ostatnich funkcji umysłowych, które osiągają dojrzałość. Wynika to z opóźnionego dojrzewania kory przedczołowej , która nie jest całkowicie mielinowana aż do trzeciej dekady życia człowieka. Rozwój funkcji wykonawczych zwykle następuje skokowo, kiedy pojawiają się nowe umiejętności, strategie i formy świadomości. Uważa się, że te zrywy odzwierciedlają zdarzenia związane z dojrzewaniem w czołowych obszarach mózgu. Wydaje się, że kontrola uwagi pojawia się w niemowlęctwie i szybko rozwija się we wczesnym dzieciństwie. Elastyczność poznawcza, wyznaczanie celów i przetwarzanie informacji zwykle rozwijają się szybko w wieku 7–9 lat i dojrzewają w wieku 12 lat. Kontrola wykonawcza zwykle pojawia się wkrótce po okresie przejściowym na początku okresu dojrzewania. Nie jest jeszcze jasne, czy istnieje jedna sekwencja etapów, w których pojawiają się funkcje wykonawcze, czy też różne środowiska i doświadczenia z wczesnego życia mogą prowadzić do ich rozwoju w różnych sekwencjach.

Wczesne dzieciństwo

Kontrola hamowania i pamięć robocza działają jako podstawowe funkcje wykonawcze, które umożliwiają rozwój bardziej złożonych funkcji wykonawczych, takich jak rozwiązywanie problemów. Kontrola hamowania i pamięć operacyjna to jedne z najwcześniej pojawiających się funkcji wykonawczych, z początkowymi objawami obserwowanymi u niemowląt w wieku od 7 do 12 miesięcy. Następnie, w wieku przedszkolnym, dzieci wykazują zryw w wykonywaniu zadań związanych z hamowaniem i pamięcią roboczą, zwykle w wieku od 3 do 5 lat. Również w tym czasie zaczyna się rozwijać elastyczność poznawcza, zachowanie ukierunkowane na cel i planowanie. Niemniej jednak dzieci w wieku przedszkolnym nie mają w pełni dojrzałych funkcji wykonawczych i nadal popełniają błędy związane z tymi pojawiającymi się zdolnościami – często nie z powodu braku tych zdolności, ale raczej dlatego, że brakuje im świadomości, kiedy i jak stosować poszczególne strategie. konteksty.

Przed dojrzewaniem

Dzieci w wieku przedszkolnym nadal wykazują pewne skoki wzrostu w zakresie funkcji wykonawczych, co sugeruje, że rozwój ten niekoniecznie zachodzi w sposób liniowy, wraz ze wstępnym dojrzewaniem poszczególnych funkcji. W okresie dojrzewania dzieci wykazują znaczny wzrost werbalnej pamięci roboczej; zachowanie ukierunkowane na cel (z potencjalnym zrywem w wieku około 12 lat); hamowanie odpowiedzi i selektywna uwaga; oraz umiejętności planowania strategicznego i organizacyjnego. Ponadto, w wieku od 8 do 10 lat, elastyczność poznawcza zaczyna odpowiadać poziomowi dorosłego. Jednak, podobnie jak wzorce rozwoju w dzieciństwie, funkcjonowanie wykonawcze u nastolatków jest ograniczone, ponieważ nie stosują one tych funkcji wykonawczych w wielu kontekstach w wyniku ciągłego rozwoju kontroli hamującej.

Adolescencja

Wiele funkcji wykonawczych może rozpocząć się w dzieciństwie i okresie dojrzewania, takich jak kontrola hamująca. Jednak to właśnie w okresie dojrzewania różne systemy mózgowe stają się lepiej zintegrowane. W tym czasie młodzież wdraża funkcje wykonawcze, takie jak kontrola hamowania, wydajniej i skuteczniej oraz poprawia się w tym okresie. Tak jak kontrola hamująca pojawia się w dzieciństwie i poprawia się z czasem, planowanie i zachowanie ukierunkowane na cel również wykazuje wydłużony przebieg czasowy z ciągłym wzrostem w okresie dojrzewania. Podobnie funkcje takie jak kontrola uwagi, z potencjalnym zrywem w wieku 15 lat, wraz z pamięcią roboczą, nadal rozwijają się na tym etapie.

Wiek dojrzały

Główną zmianą zachodzącą w mózgu w wieku dorosłym jest ciągła mielinizacja neuronów w korze przedczołowej. W wieku 20-29 lat zdolności wykonawcze osiągają szczyt, co pozwala ludziom w tym wieku uczestniczyć w niektórych z najtrudniejszych zadań umysłowych. Umiejętności te zaczynają spadać w późniejszym okresie dorosłości. Pamięć robocza i rozpiętość przestrzenna to obszary, w których najłatwiej zauważyć spadek. Elastyczność poznawcza ma jednak późny początek upośledzenia i zwykle zaczyna spadać dopiero w wieku około 70 lat u normalnie funkcjonujących dorosłych. Stwierdzono, że upośledzenie funkcji wykonawczych jest najlepszym predyktorem pogorszenia funkcji u osób starszych.

modele

Kontrola hamowania z góry na dół

Oprócz ułatwiających lub wzmacniających mechanizmów kontroli, wielu autorów argumentowało za mechanizmami hamującymi w dziedzinie kontroli reakcji, pamięci, selektywnej uwagi, teorii umysłu , regulacji emocji, a także emocji społecznych, takich jak empatia. Niedawny przegląd na ten temat dowodzi, że aktywne hamowanie jest słuszną koncepcją w niektórych dziedzinach psychologii/kontroli poznawczej.

Model pamięci roboczej

Jednym z wpływowych modeli jest wieloskładnikowy model pamięci roboczej Baddeleya, który składa się z centralnego systemu wykonawczego, który reguluje trzy podsystemy: pętlę fonologiczną, która przechowuje informacje werbalne; szkicownik wzrokowo-przestrzenny, który przechowuje informacje wizualne i przestrzenne; oraz niedawno opracowany bufor epizodyczny, który integruje pamięć krótkoterminową i długoterminową, przechowując i manipulując ograniczoną ilością informacji z wielu domen w epizodach sekwencjonowanych czasowo i przestrzennie.

Naukowcy odkryli znaczący pozytywny wpływ relaksacji wzmocnionej biofeedbackiem na pamięć i hamowanie u dzieci. Biofeedback to narzędzie umysł-ciało, w którym ludzie mogą nauczyć się kontrolować i regulować swoje ciało, aby poprawić i kontrolować swoje umiejętności funkcjonowania wykonawczego. Aby zmierzyć czyjeś procesy, badacze wykorzystują tętno i/lub częstość oddechów. Biofeedback-relaksacja obejmuje muzykoterapię, sztukę i inne zajęcia uważności.

Umiejętności funkcjonowania wykonawczego są ważne z wielu powodów, w tym sukcesu szkolnego dzieci i rozwoju społeczno-emocjonalnego. Według badania „The Efficacy of Different Interventions to Foster Children's Executive Function Skills: A Series of Meta-Analyses” naukowcy odkryli, że możliwe jest trenowanie umiejętności funkcjonowania wykonawczego. Naukowcy przeprowadzili badanie metaanalityczne, w którym przyjrzeli się połączonym efektom wcześniejszych badań, aby znaleźć nadrzędną skuteczność różnych interwencji, które promują rozwój umiejętności funkcjonowania wykonawczego u dzieci. Interwencje obejmowały skomputeryzowany i niekomputerowy trening, ćwiczenia fizyczne, sztukę i ćwiczenia uważności. Jednak badacze nie mogli stwierdzić, że zajęcia artystyczne lub zajęcia fizyczne mogą poprawić umiejętności funkcjonowania wykonawczego.

Nadzorczy system uwagi (SAS)

Innym modelem koncepcyjnym jest system uwagi nadzorczej (SAS). W tym modelu planowanie rywalizacji to proces, w którym dobrze ugruntowane schematy jednostki automatycznie reagują na rutynowe sytuacje, podczas gdy funkcje wykonawcze są używane w obliczu nowych sytuacji. W tych nowych sytuacjach kontrola uwagi będzie kluczowym elementem pomagającym wygenerować nowy schemat, wdrożyć ten schemat, a następnie ocenić ich trafność.

Model samoregulujący

Russell Barkley zaproponował powszechnie znany model funkcjonowania wykonawczego, który opiera się na samoregulacji . Wywodzący się głównie z prac badających hamowanie behawioralne, postrzega funkcje wykonawcze jako złożone z czterech głównych zdolności. Jednym z elementów jest pamięć robocza, która pozwala jednostkom opierać się przeszkadzającym informacjom. ^{[ potrzebne wyjaśnienie ]} Drugim elementem jest zarządzanie reakcjami emocjonalnymi w celu osiągnięcia zachowań ukierunkowanych na cel. Po trzecie, internalizacja samokierowanej mowy jest wykorzystywana do kontrolowania i podtrzymywania zachowania regulowanego regułami oraz do generowania planów rozwiązywania problemów. Wreszcie, informacje są analizowane i syntetyzowane w nowe reakcje behawioralne, aby osiągnąć swoje cele. Zmiana reakcji behawioralnej w celu osiągnięcia nowego celu lub modyfikacji celu jest umiejętnością wyższego poziomu, która wymaga połączenia funkcji wykonawczych, w tym samoregulacji oraz dostępu do wcześniejszej wiedzy i doświadczeń.

Zgodnie z tym modelem system wykonawczy ludzkiego mózgu zapewnia międzyczasową organizację zachowań w kierunku celów i przyszłości oraz koordynuje działania i strategie dla codziennych zadań ukierunkowanych na cel. Zasadniczo system ten pozwala ludziom na samoregulację swojego zachowania, tak aby podtrzymywać działanie i rozwiązywanie problemów ukierunkowanych konkretnie na cele i bardziej ogólnie na przyszłość. Zatem deficyty funkcji wykonawczych stwarzają poważne problemy dla zdolności danej osoby do samoregulacji w czasie, aby osiągnąć swoje cele oraz przewidywać i przygotowywać się na przyszłość.

Nauczanie dzieci strategii samoregulacji jest sposobem na poprawę ich kontroli hamowania i elastyczności poznawczej. Umiejętności te pozwalają dzieciom zarządzać swoimi reakcjami emocjonalnymi. Interwencje te obejmują nauczanie dzieci umiejętności związanych z funkcjami wykonawczymi, które zapewniają kroki niezbędne do ich wdrożenia podczas zajęć w klasie oraz kształcenie dzieci w zakresie planowania działań przed podjęciem działań. Umiejętności funkcjonowania wykonawczego to sposób, w jaki mózg planuje i reaguje na sytuacje. Oferowanie nowych strategii samoregulacji pozwala dzieciom doskonalić umiejętności funkcjonowania wykonawczego poprzez ćwiczenie czegoś nowego. Stwierdzono również, że praktyki uważności okazały się znacznie skuteczną interwencją dla dzieci w zakresie samoregulacji. Obejmuje to relaksację wzmocnioną biofeedbackiem. Strategie te wspierają rozwój umiejętności funkcjonowania wykonawczego u dzieci.

Model rozwiązywania problemów

Jeszcze innym modelem funkcji wykonawczych jest schemat rozwiązywania problemów, w którym funkcje wykonawcze są uważane za makrokonstrukcję złożoną z podfunkcji działających w różnych fazach w celu (a) przedstawienia problemu, (b) zaplanowania rozwiązania poprzez wybór i uporządkowanie strategii, (c) zachowywać strategie w pamięci krótkotrwałej w celu ich wykonywania według określonych reguł, a następnie (d) oceniać wyniki z wykrywaniem i korygowaniem błędów.

Model konceptualny Lezaka

Jednym z najbardziej rozpowszechnionych modeli koncepcyjnych dotyczących funkcji wykonawczych jest model Lezaka. Te ramy proponują cztery szerokie domeny woli, planowania, celowego działania i efektywnego działania jako wspólne działanie w celu spełnienia globalnych potrzeb w zakresie funkcjonowania wykonawczego. Chociaż ten model może ogólnie przemawiać do klinicystów i badaczy, aby pomóc zidentyfikować i ocenić pewne komponenty funkcjonowania wykonawczego, brakuje mu wyraźnych podstaw teoretycznych i stosunkowo niewielu prób walidacji.

Model Millera i Cohena

Earl Miller i Jonathan Cohen opublikowali artykuł „Integracyjna teoria funkcji kory przedczołowej”, w którym argumentują, że kontrola poznawcza jest podstawową funkcją kory przedczołowej (PFC) i że kontrola ta jest realizowana poprzez zwiększenie wzmocnienia neurony czuciowe lub ruchowe , które są zaangażowane przez istotne dla zadania lub celu elementy środowiska zewnętrznego. W kluczowym akapicie argumentują:

Zakładamy, że PFC pełni określoną funkcję w kontroli poznawczej: aktywne utrzymywanie wzorców aktywności reprezentujących cele i środki do ich osiągnięcia. Dostarczają sygnałów odchylenia w większości pozostałych obszarów mózgu, wpływając nie tylko na procesy wzrokowe, ale także na inne modalności czuciowe, a także na systemy odpowiedzialne za wykonywanie reakcji, odzyskiwanie pamięci, ocenę emocjonalną itp. Łączny efekt tych sygnałów odchylenia polega na: kierować przepływem aktywności neuronalnej wzdłuż ścieżek, które ustanawiają odpowiednie odwzorowania między wejściami, stanami wewnętrznymi i wyjściami potrzebnymi do wykonania danego zadania.

Miller i Cohen wyraźnie odwołują się do wcześniejszej teorii uwagi wzrokowej, która konceptualizuje postrzeganie scen wizualnych w kategoriach rywalizacji między wieloma reprezentacjami – takimi jak kolory, osoby lub przedmioty. Selektywna uwaga wizualna działa na rzecz „stronniczości” tej konkurencji na korzyść pewnych wybranych cech lub reprezentacji. Na przykład wyobraź sobie, że czekasz na ruchliwej stacji kolejowej na przyjaciela, który ma na sobie czerwony płaszcz. Jesteś w stanie selektywnie zawęzić skupienie swojej uwagi na poszukiwaniu czerwonych obiektów, w nadziei na zidentyfikowanie przyjaciela. Desimone i Duncan argumentują, że mózg osiąga to poprzez selektywne zwiększanie wzmocnienia neuronów reagujących na kolor czerwony, tak że dane wyjściowe z tych neuronów z większym prawdopodobieństwem dotrą do dalszego etapu przetwarzania, aw konsekwencji do kierowania zachowaniem . Według Millera i Cohena ten selektywnej uwagi jest w rzeczywistości tylko szczególnym przypadkiem kontroli poznawczej – takiej, w której uprzedzenia występują w domenie sensorycznej. Zgodnie z modelem Millera i Cohena PFC może sprawować kontrolę nad neuronami wejściowymi (czuciowymi) lub wyjściowymi (reakcyjnymi) , jak również nad zespołami zaangażowanymi w pamięć lub emocje . W kontroli poznawczej pośredniczy wzajemna łączność PFC z korą czuciową i ruchową oraz z układem limbicznym . Zatem w ramach ich podejścia termin „kontrola poznawcza” odnosi się do każdej sytuacji, w której sygnał uprzedzający jest używany do promowania reagowania adekwatnego do zadania, a tym samym kontrola staje się kluczowym składnikiem szerokiego zakresu konstruktów psychologicznych, takich jak selektywna uwaga, błąd . monitorowanie, podejmowanie decyzji , hamowanie pamięci i hamowanie odpowiedzi.

Model Miyake'a i Friedmana

Teoria funkcji wykonawczych Miyake'a i Friedmana sugeruje, że istnieją trzy aspekty funkcji wykonawczych: aktualizacja, hamowanie i przesuwanie. Kamieniem węgielnym tych ram teoretycznych jest zrozumienie, że indywidualne różnice w funkcjach wykonawczych odzwierciedlają zarówno jedność (tj. wspólne umiejętności EF), jak i różnorodność każdego komponentu (np. specyficzna dla zmiany przesunięcia). Innymi słowy, aspekty aktualizacji, hamowania i przesuwania są ze sobą powiązane, jednak każdy z nich pozostaje odrębną całością. Po pierwsze, aktualizacja jest definiowana jako ciągłe monitorowanie i szybkie dodawanie lub usuwanie zawartości w pamięci roboczej. Po drugie, hamowanie to zdolność jednostki do zastąpienia reakcji dominujących w danej sytuacji. Po trzecie, przesunięcie to elastyczność poznawcza umożliwiająca przełączanie się między różnymi zadaniami lub stanami psychicznymi.

Miyake i Friedman sugerują również, że obecny zbiór badań nad funkcjami wykonawczymi sugeruje cztery ogólne wnioski dotyczące tych umiejętności. Pierwszym wnioskiem jest aspekt jedności i różnorodności funkcji wykonawczych. Po drugie, ostatnie badania sugerują, że większość umiejętności EF jest dziedziczona genetycznie, jak wykazano w badaniach bliźniaczych. Po trzecie, czyste pomiary funkcji wykonawczych mogą rozróżnić zachowania normalne od zachowań klinicznych lub regulacyjnych, takich jak ADHD. Wreszcie, badania podłużne pokazują, że umiejętności EF są stosunkowo stabilne w trakcie rozwoju.

Model „kaskady kontroli” Banicha

Ten model z 2009 roku integruje teorie z innych modeli i obejmuje sekwencyjną kaskadę obszarów mózgu zaangażowanych w utrzymywanie skupienia uwagi w celu osiągnięcia celu. Kolejno model zakłada zaangażowanie tylnej grzbietowo-bocznej kory przedczołowej (DLPFC), środkowego DLPFC oraz tylnej i przedniej grzbietowej przedniej kory zakrętu obręczy (ACC).

Zadanie poznawcze użyte w artykule polega na wybraniu odpowiedzi w zadaniu Stroopa , spośród sprzecznych odpowiedzi kolorystycznych i słownych, w szczególności bodźca, w którym słowo „zielony” jest wydrukowane czerwonym atramentem. Tylny DLPFC tworzy odpowiedni zestaw uwagi lub reguły dla mózgu, aby osiągnąć bieżący cel. W przypadku zadania Stroopa obejmuje to aktywację obszarów mózgu zaangażowanych w postrzeganie kolorów, a nie tych zaangażowanych w rozumienie słów. Przeciwdziała uprzedzeniom i nieistotnym informacjom, takim jak fakt, że dla większości ludzi semantyczna percepcja słowa jest ważniejsza niż kolor, w jakim jest wydrukowany.

Następnie mid-DLPFC wybiera reprezentację, która spełni cel. Informacje istotne dla zadania muszą być oddzielone od innych źródeł informacji w zadaniu. W tym przykładzie oznacza to skupienie się na kolorze atramentu, a nie na słowie.

tylnego grzbietowego przedniego zakrętu obręczy (ACC) jest następna w kaskadzie i jest odpowiedzialna za selekcję odpowiedzi. Tutaj zapada decyzja, czy uczestnik zadania Stroopa powie „zielony” (słowo pisane i błędna odpowiedź), czy „czerwony” (kolor czcionki i poprawna odpowiedź).

Po odpowiedzi przedni grzbietowy ACC bierze udział w ocenie odpowiedzi, decydując, czy odpowiedź była prawidłowa, czy nie. Aktywność w tym regionie wzrasta, gdy prawdopodobieństwo błędu jest większe.

Aktywność któregokolwiek z obszarów zaangażowanych w ten model zależy od sprawności obszarów, które były przed nim. Jeśli DLPFC nałoży dużą kontrolę na odpowiedź, ACC będzie wymagał mniejszej aktywności.

Ostatnie prace wykorzystujące indywidualne różnice w stylu poznawczym wykazały ekscytujące poparcie dla tego modelu. Badacze poprosili uczestników o wypełnienie słuchowej wersji zadania Stroopa, w którym należało wziąć pod uwagę lokalizację lub znaczenie semantyczne słowa kierunkowego. Następnie do udziału w zadaniu rekrutowano uczestników, którzy albo mieli silne nastawienie do informacji przestrzennych, albo semantycznych (różne style poznawcze). Zgodnie z przewidywaniami uczestnicy, którzy mieli silne nastawienie do informacji przestrzennych, mieli większe trudności ze zwróceniem uwagi na informacje semantyczne i wywoływali zwiększoną aktywność elektrofizjologiczną z ACC. Podobny wzorzec aktywności stwierdzono również u uczestników, którzy mieli silne nastawienie na informacje werbalne, gdy próbowali zająć się informacjami przestrzennymi.

Ocena

Ocena funkcji wykonawczych obejmuje gromadzenie danych z kilku źródeł i syntezę informacji w celu poszukiwania trendów i wzorców w czasie iw różnych miejscach. Poza wystandaryzowanymi testami neuropsychologicznymi można i należy zastosować inne środki, takie jak listy kontrolne zachowania, obserwacje , wywiady i próbki pracy. Można z nich wyciągnąć wnioski na temat wykorzystania funkcji wykonawczych.

Istnieje kilka różnych rodzajów instrumentów (np. opartych na wynikach, samoopisowych), które mierzą funkcje wykonawcze w całym okresie rozwoju. Oceny te mogą służyć celom diagnostycznym dla wielu populacji klinicznych.

Behawioralna ocena zespołu zaburzeń wykonawczych (BADS)
Inwentarz oceny zachowania funkcji wykonawczych (KRÓTKI). Wiek 2-90 lat objęty różnymi wersjami skali. ^{[ niewiarygodne źródło medyczne? ]}
Barkleya w Skalach Funkcjonowania Wykonawczego (BDEFS)
Skala Dyskontroli Zachowania (BDS)
Kompleksowy Inwentarz Funkcji Wykonawczych (CEFI)
CogScreen ^{[ niewiarygodne źródło medyczne? ]}
Zadanie ciągłej wydajności (CPT)
Kontrolowany test skojarzeń ustnych słów (COWAT)
d2 Test uwagi
System funkcji wykonawczych Delisa-Kaplana (D-KEFS)
Cyfrowy test czujności
Test płynności figuralnej
Test kategorii Halsteada
testy Haylinga i Brixtona
Zadanie hazardowe w stanie Iowa
Jansari ocena funkcji wykonawczych (JEF)
Ocena neurokognitywna Kaplana Baycresta (KBNA)
Krótka ocena neuropsychologiczna Kaufmana
Stymulowany słuchowy test dodawania seryjnego (PASAT)
Diagnostyka przesiewowa zaburzeń uwagi u dzieci (PADDS)
Złożona postać Reya-Osterrietha
Test płynności figuralnej Ruffa
Zadanie Stroopa
Zadania kontroli wykonawczej
Test zmiennych uwagi (TOVA)
Test Tower of London
Test tworzenia szlaków (TMT) lub szlaki A i B
Test sortowania kart Wisconsin (WCST)
Test modalności symboli cyfrowych

Dowody eksperymentalne

System wykonawczy był tradycyjnie dość trudny do zdefiniowania, głównie z powodu tego, co psycholog Paul W. Burgess nazywa brakiem „zgodności procesu z zachowaniem”. Oznacza to, że nie ma jednego zachowania, które samo w sobie można powiązać z funkcją wykonawczą, a nawet dysfunkcją wykonawczą . Na przykład, jest całkiem oczywiste, czego nie mogą zrobić pacjenci z upośledzeniem czytania, ale nie jest tak oczywiste, do czego dokładnie pacjenci z upośledzeniem funkcji wykonawczych mogą być niezdolni.

Wynika to w dużej mierze z natury samego systemu wykonawczego. Dotyczy ona głównie dynamicznej, „online” koordynacji zasobów poznawczych, stąd jej efekt można zaobserwować jedynie mierząc inne procesy poznawcze. W podobny sposób nie zawsze w pełni angażuje się poza sytuacjami w świecie rzeczywistym. Jak neurolog Antonio Damasio , pacjent z poważnymi codziennymi problemami wykonawczymi może nadal przejść testy funkcji wykonawczych oparte na papierze i ołówku lub w laboratorium.

Teorie układu wykonawczego były w dużej mierze oparte na obserwacjach pacjentów z uszkodzeniem płata czołowego . Wykazywali zdezorganizowane działania i strategie wykonywania codziennych zadań (grupa zachowań znanych obecnie jako zespół dyswykonawczy ), chociaż wydawało się, że wykonują normalnie, gdy testy kliniczne lub laboratoryjne były wykorzystywane do oceny bardziej podstawowych funkcji poznawczych, takich jak pamięć , uczenie się , język i rozumowanie . Postawiono hipotezę, że aby wyjaśnić to niezwykłe zachowanie, musi istnieć nadrzędny system, który koordynuje inne zasoby poznawcze.

Wiele dowodów eksperymentalnych dotyczących struktur neuronowych zaangażowanych w funkcje wykonawcze pochodzi z zadań laboratoryjnych, takich jak zadanie Stroopa lub zadanie sortowania kart Wisconsin (WCST). Na przykład w zadaniu Stroopa badani proszeni są o nazwanie koloru, w którym drukowane są kolorowe słowa, gdy kolor atramentu i znaczenie słowa często są ze sobą sprzeczne (na przykład słowo „CZERWONY” zielonym atramentem). Do wykonania tego zadania potrzebne są funkcje wykonawcze, ponieważ stosunkowo wyuczone i automatyczne zachowanie (czytanie słów) należy zahamować na rzecz mniej wyćwiczonego zadania – nazywania koloru atramentu. Niedawne funkcjonalne badania neuroobrazowe wykazały, że dwie części PFC, przednia kora zakrętu obręczy (ACC) i grzbietowo-boczna kora przedczołowa (DLPFC), są uważane za szczególnie ważne dla wykonywania tego zadania.

Wrażliwość kontekstowa neuronów PFC

elektrofizjologicznych pojedynczych komórek u naczelnych innych niż człowiek , takich jak makak , które wykazały, że (w przeciwieństwie do komórek w tylnej części mózgu) wiele neuronów PFC jest wrażliwych na połączenie bodźca i kontekstu. Na przykład komórki PFC mogą reagować na zieloną wskazówkę w stanie, w którym ta wskazówka sygnalizuje, że należy wykonać szybki ruch oczu i głowy w lewo, ale nie na zieloną wskazówkę w innym kontekście eksperymentalnym. Jest to ważne, ponieważ optymalne rozmieszczenie funkcji wykonawczych jest niezmiennie zależne od kontekstu.

Jeden przykład z firmy Miller & Cohen dotyczy pieszego przechodzącego przez ulicę. W Stanach Zjednoczonych, gdzie samochody jeżdżą po prawej stronie jezdni , Amerykanin uczy się patrzeć w lewo podczas przechodzenia przez ulicę. Jeśli jednak ten Amerykanin odwiedzi kraj, w którym samochody poruszają się po lewej stronie, na przykład Wielką Brytanię, wymagane będzie zachowanie odwrotne (patrzenie w prawo ). W takim przypadku automatyczna reakcja musi zostać stłumiona (lub wzmocniona), a funkcje wykonawcze muszą skłonić Amerykanina do patrzenia w prawo podczas pobytu w Wielkiej Brytanii.

Z neurologicznego punktu widzenia ten repertuar behawioralny wyraźnie wymaga systemu neuronowego, który jest w stanie zintegrować bodziec (drogę) z kontekstem (USA lub Wielka Brytania), aby wskazać zachowanie (spójrz w lewo lub spójrz w prawo). Obecne dowody sugerują, że neurony w PFC wydają się reprezentować dokładnie ten rodzaj informacji. ^{[ Potrzebne źródło ] Inne dowody z} elektrofizjologii pojedynczych komórek u małp implikują brzuszno-boczną PFC (dolną wypukłość przedczołową) w kontrolowaniu odpowiedzi motorycznych. Na przykład komórki, które zwiększają szybkość wystrzeliwania do sygnałów NoGo, a także sygnał, który mówi „nie patrz tam!” został zidentyfikowany.

Odchylenie uwagi w regionach sensorycznych

Badania elektrofizjologiczne i neuroobrazowania funkcjonalnego z udziałem ludzi zostały wykorzystane do opisania mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw odchylenia uwagi. Większość badań poszukiwała aktywacji w „miejscach” uprzedzeń, takich jak wzrokowa lub słuchowa . Wczesne badania wykorzystywały potencjały związane ze zdarzeniami, aby ujawnić, że elektryczne reakcje mózgu rejestrowane w lewej i prawej korze wzrokowej są wzmacniane, gdy badany jest poinstruowany, aby zająć się odpowiednią (przeciwstronną) stroną przestrzeni.

Pojawienie się technik neuroobrazowania opartych na przepływie krwi, takich jak funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) i pozytonowa tomografia emisyjna (PET), umożliwiło ostatnio wykazanie, że aktywność nerwowa w wielu obszarach czuciowych, w tym kolorów , ruchu i twarzy reagujących regionów kory wzrokowej, jest wzmocniony, gdy badanym kieruje się uwagę na ten wymiar bodźca, co sugeruje kontrolę wzmocnienia w czuciowej korze nowej. Na przykład w typowym badaniu Liu i współpracownicy przedstawiali badanym układy kropek poruszających się w lewo lub w prawo, przedstawionych w kolorze czerwonym lub zielonym. Przed każdym bodźcem wskazówka instruktażowa wskazywała, czy badani powinni zareagować na podstawie koloru lub kierunku kropek. Mimo że kolor i ruch były obecne we wszystkich tablicach bodźców, aktywność fMRI w regionach wrażliwych na kolor (V4) była zwiększona, gdy badanym polecono zwrócić uwagę na kolor, a aktywność w regionach wrażliwych na ruch wzrosła, gdy badanym polecono zająć się kierunek ruchu. W kilku badaniach przedstawiono również dowody na działanie sygnału odchylającego przed wystąpieniem bodźca, z obserwacją, że obszary kory czołowej mają tendencję do uaktywniania się przed wystąpieniem oczekiwanego bodźca.

Łączność między PFC a regionami sensorycznymi

Pomimo rosnącej popularności „stronniczego” modelu funkcji wykonawczych, bezpośrednie dowody na funkcjonalną łączność między PFC a regionami sensorycznymi, gdy wykorzystywane są funkcje wykonawcze, są jak dotąd raczej rzadkie. Rzeczywiście, jedyne bezpośrednie dowody pochodzą z badań, w których część kory czołowej jest uszkodzona, a odpowiedni efekt obserwuje się daleko od miejsca uszkodzenia, w odpowiedziach neuronów czuciowych. Jednak niewiele badań dotyczyło tego, czy efekt ten jest specyficzny dla sytuacji, w których wymagane są funkcje wykonawcze. Inne metody pomiaru łączności między odległymi obszarami mózgu, takie jak korelacja w odpowiedzi fMRI, dostarczyły pośrednich dowodów na to, że kora czołowa i obszary czuciowe komunikują się podczas różnych procesów, które, jak się uważa, angażują funkcje wykonawcze, takie jak pamięć robocza. wymagane do ustalenia, w jaki sposób informacje przepływają między PFC a resztą mózgu, gdy używane są funkcje wykonawcze. Jako wczesny krok w tym kierunku, badanie fMRI dotyczące przepływu przetwarzania informacji podczas rozumowania wzrokowo-przestrzennego dostarczyło dowodów na związki przyczynowe (wywnioskowane z czasowego porządku aktywności) między aktywnością czuciową w korze potylicznej i ciemieniowej a aktywnością w tylnej i tylnej części mózgu. przedni PFC. Takie podejście może dodatkowo wyjaśnić rozkład przetwarzania między funkcjami wykonawczymi w PFC a resztą mózgu.

Dwujęzyczność a funkcje wykonawcze

Coraz więcej badań pokazuje, że osoby dwujęzyczne mogą wykazywać przewagę w zakresie funkcji wykonawczych, w szczególności kontroli hamującej i przełączania zadań. ^{[ potrzebna strona ]} Możliwym wyjaśnieniem tego jest fakt, że mówienie dwoma językami wymaga kontrolowania uwagi i wybierania właściwego języka. W całym rozwoju dwujęzyczne niemowlęta, dzieci i osoby starsze wykazują dwujęzyczną przewagę, jeśli chodzi o funkcjonowanie wykonawcze. Wydaje się, że przewaga nie objawia się u młodszych dorosłych. Osoby dwujęzyczne dwujęzyczne, czyli osoby posługujące się jednym językiem mówionym i jednym językiem migowym, nie wykazują tej dwujęzycznej przewagi w zadaniach związanych z funkcjami wykonawczymi. Może tak być, ponieważ nie jest wymagane aktywne hamowanie jednego języka, aby mówić w drugim. Wydaje się, że osoby dwujęzyczne mają również przewagę w obszarze znanym jako przetwarzanie konfliktów, które występuje, gdy istnieje wiele reprezentacji jednej konkretnej odpowiedzi (na przykład słowo w jednym języku i jego tłumaczenie w drugim języku danej osoby). W szczególności wykazano , że boczna kora przedczołowa jest zaangażowana w przetwarzanie konfliktu. Jednak nadal istnieją pewne wątpliwości. W przeglądzie metaanalitycznym naukowcy doszli do wniosku, że dwujęzyczność nie poprawia funkcji wykonawczych u dorosłych.

W chorobie lub zaburzeniu

Badanie funkcji wykonawczych w chorobie Parkinsona sugeruje , że w tych procesach ważne są obszary podkorowe, takie jak ciało migdałowate , hipokamp i zwoje podstawy . Modulacja dopaminy w korze przedczołowej jest odpowiedzialna za skuteczność leków dopaminergicznych na funkcje wykonawcze i powoduje powstanie krzywej Yerkesa Dodsona . Odwrócone U reprezentuje zmniejszone funkcje wykonawcze przy nadmiernym pobudzeniu (lub zwiększonym uwalnianiu katecholamin podczas stresu) oraz zmniejszone funkcje wykonawcze przy niewystarczającym pobudzeniu. Polimorfizm o niskiej aktywności katecholo-O-metylotransferazy wiąże się z niewielkim wzrostem wydajności w zadaniach funkcji wykonawczych u osób zdrowych. Funkcje wykonawcze są upośledzone w wielu zaburzeniach, w tym zaburzeniach lękowych , dużej depresji , chorobie afektywnej dwubiegunowej , zespole nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi , schizofrenii i autyzmie . Uszkodzenia kory przedczołowej, takie jak w przypadku Phineasa Gage'a , mogą również powodować deficyty funkcji wykonawczych. Uszkodzenie tych obszarów może objawiać się także deficytami innych obszarów funkcjonowania, takich jak motywacja czy funkcjonowanie społeczne .

Przyszłe kierunki

Opisano inne ważne dowody na procesy funkcji wykonawczych w korze przedczołowej. Jeden z szeroko cytowanych artykułów przeglądowych podkreśla rolę przyśrodkowej części PFC w sytuacjach, w których prawdopodobne jest zaangażowanie funkcji wykonawczych – na przykład, gdy ważne jest wykrywanie błędów, identyfikowanie sytuacji, w których może wystąpić konflikt bodźców, podejmowanie decyzji w warunkach niepewności, lub w przypadku wykrycia zmniejszonego prawdopodobieństwa uzyskania korzystnych wyników działalności. Ten przegląd, podobnie jak wiele innych, podkreśla interakcje między przyśrodkową i boczną PFC , w których tylna przyśrodkowa kora czołowa sygnalizuje potrzebę zwiększonych funkcji wykonawczych i wysyła ten sygnał do obszarów grzbietowo-bocznej kory przedczołowej, które faktycznie wdrażają kontrolę. Jednak nie było żadnych przekonujących dowodów na to, że ten pogląd jest poprawny, i rzeczywiście, jeden artykuł wykazał, że pacjenci z bocznym uszkodzeniem PFC mieli zmniejszone ERN (domniemany znak monitorowania grzbietowo-przyśrodkowego / informacji zwrotnej o błędach) - sugerując, jeśli w ogóle, że kierunek przepływu sterowania może być odwrotny. Inna wybitna teoria podkreśla, że interakcje wzdłuż prostopadłej osi kory czołowej, argumentując, że „kaskada” interakcji między przednią PFC, grzbietowo-boczną PFC i korą przedruchową kieruje zachowaniem zgodnie z kontekstem przeszłym, kontekstem obecnym i aktualnymi skojarzeniami sensomotorycznymi, odpowiednio .

Postępy w technikach neuroobrazowania umożliwiły badania powiązań genetycznych z funkcjami wykonawczymi w celu wykorzystania technik obrazowania jako potencjalnych endofenotypów do odkrywania genetycznych przyczyn funkcji wykonawczych.

Potrzebne są dalsze badania, aby opracować interwencje, które mogą poprawić funkcje wykonawcze i pomóc ludziom uogólnić te umiejętności na codzienne czynności i ustawienia

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Media związane z funkcjami wykonawczymi w Wikimedia Commons
Narodowe Centrum ds. Trudności w Uczeniu się