Pszichológia Doktori Iskola (Kognitív Tudomány)  

TTK Kognitív Idegtudományi és Pszichológiai Intézet

Témavezető: Dr. Gaál Zsófia Anna

A kognitív öregedést befolyásoló tényezők pszichofiziológiai feltérképezése

A kutatási téma néhány soros bemutatása

Kutatásunkban arra keressük a választ, hogy az öregedéssel járó kognitív változások, legfőképp a kognitív kontroll folyamatok hanyatlása, miképp befolyásolják a feladat-végrehajtást, illetve az ehhez kapcsolódó pszichofiziológiai korrelátumokat különböző kísérleti paradigmákban. Már publikált kísérleteinkben azt vizsgáltuk fiatal és idős felnőtt csoportokban, hogy a feladatirreleváns zavaró ingerek másképp befolyásolják-e a két korcsoport teljesítményét, illetve, hogy milyen mértékben dolgozza fel a két korcsoport a zavaró ingereket.

A kutatásunkhoz kapcsolódó legfontosabb eddigi eredmények megtekinthetőek a Kutatók Éjszakája 2020 és Agykutatás Hete 2021 online eseménysorozatra készített videónkban.

Kutatók Éjszakája 2020 – A figyelmen innen és túl – Segíthető-e az idősek cél-vezérelt viselkedése?

 

További (jövőbeli és megjelenés alatt álló) vizsgálatainkban olyan egyéb tényezők hatását térképezzük fel, mint a kreativitás, kognitív tréning és kontextushatás, amelyek szabályozhatják és befolyásolhatják a gátlási folyamatok hatékonyságát, ezáltal pedig a fiatal és idős felnőttek kognitív funkcióit és neurális feldolgozását.

 

A kutatóhely rövid bemutatása

A TTK KPI Kognitív Pszichológiai Kutatócsoportja Dr. Gaál Zsófia Anna vezetésével a vizuális feldolgozás és kognitív funkciók pszichofiziológiai vizsgálatával és ezek bizonyos csoportok közötti változásaival foglalkozik, amelyhez főként az elektroenkefalográfia (EEG) különböző jelfeldolgozási módszereit alkalmazzuk. Fő kutatási területek: kognitív öregedés, automatikus vizuális inger-feldolgozás, kreativitás.

http://www.ttk.hu/kpi/kognitiv-pszichologiai-kutatocsoport/

https://www.youtube.com/channel/UCf2_DX7EYDU-WLbys2j-RdQ/featured

 

A kutatás történetének, tágabb kontextusának bemutatása

A várható átlagos élettartam és ezzel együtt a nyugdíjkorhatár és az aktív munkával töltött évek számának emelkedésével egyre fontosabbá válik, hogy az időskori teljesítőképességünket, illetve fizikai és mentális egészségünket a lehető legjobb szinten tartsuk. Ehhez elengedhetetlen, hogy feltérképezzük az öregedéshez kapcsolódó biológiai, szociológiai, neurobiológiai és kognitív folyamatokat és változásokat. Kutatócsoportunk az utóbbi két területtel foglalkozik, és a különböző kognitív funkciókat vizsgáló kísérleti elrendezéseken és paradigmákon keresztül próbáljuk felderíteni, hogy milyen teljesítménybeli és pszichofiziológiai eltérések tapasztalhatók ezek során a fiatal és idős felnőttek között. Korábbi kutatások megerősítették, hogy az egészséges öregedés során számos kognitív funkció – mint például az ingerfeldolgozás, figyelem, emlékezet, tervezési és döntéshozási képesség – hanyatlásnak indul, ami mind laboratóriumi környezetben, mind pedig a mindennapi életben megfigyelhető. Több kognitív és neurobiológiai elmélet is létezik a kognitív öregedés hátterében álló folyamatok magyarázatára, melyek közül az öregedés gátlási deficit hipotézise az egyik leginkább kutatott és alátámasztott ilyen elmélet (Hasher & Zacks, 1988). Eszerint a csökkent hatékonyságú gátlási funkciók okozzák a kognitív hanyatlást időkorban, mivel az idősek kevésbé tudják szelektálni a környezetük ingereit az adott feladatuknak és céljuknak megfelelően, így ezeket a feladatirreleváns ingereket nagyobb mértékben feldolgozzák, amik terhelik a kognitív kapacitásukat. Kísérleteinkben erre az elméletre alapozva vizsgáljuk a kognitív öregedést befolyásoló tényezőket.

 

A kutatás célja, a megválaszolandó kérdések

Kutatásunk célja egyrészt, hogy megvizsgáljuk a kognitív kontroll funkciók eltéréseit fiatal és idős felnőtt csoportokban olyan kísérleti elrendezésben, amelyben a bemutatott ingerek által hordozott információk ellentétes viselkedést és válaszadást hívhatnak elő, ami kognitív konfliktust okoz. Az öregedés gátlási deficit hipotézise alapján azt is fontos felderítenünk, hogy a feladatirreleváns zavaró ingerek másképp befolyásolják-e a fiatalok és idősek feladat-végrehajtását és teljesítményét a különböző feldolgozási folyamatokban, mint amilyen a célinger detekciója és kategorizációja, a célinger és zavaró inger által hordozott kognitív konfliktus feldolgozása, illetve a célingerre adott motoros válasz szervezése és kivitelezése (Cespón et al., 2013; Van der Lubbe & Verleger, 2002). Feltételezésünk szerint az idősek kevésbé tudják ezekből a zavaró ingerekből származó információkat legátolni, ezért ezek interferálni tudnak a célinger feldolgozásával és az erre adott válasz hatékonyságával.

Másrészt az is célunk ehhez kapcsolódóan, hogy megvizsgáljuk, miképp lehetne az idős korcsoportban előnnyé kovácsolni a feladatirreleváns ingerek (feltételezett) nagyobb mértékű feldolgozását bizonyos elrendezéseken keresztül. Emellett az is fontos kérdés, hogy a feladatirreleváns ingerek feldolgozásával tárolásra kerülnek-e ezek az idősek emlékezeti rendszerében, és a belőlük származó plusz információk előhívhatók és felhasználhatók-e számukra olyan későbbi helyzetekben, ahol ezek az információk válnak a feladat végrehajtása szempontjából relevánssá (Biss et al., 2013; Weeks & Hasher, 2018).

Ezekre a kutatási kérdésekre adott válaszaink és eredményeink, amelyek a továbbiakban kerülnek bemutatásra, nívós peer review nemzetközi folyóiratokban lettek publikálva, mely cikkek közül egyiknek első szerzője (Nagy et al., 2020, PLoS ONE, impakt faktor: 2,74, Q1 folyóirat), másiknak pedig levelező szerzője (Gaál et al., 2020, Frontier in Human Neuroscience, impakt faktor: 2,67, Q1 folyóirat) vagyok.

 

Módszerek

Kísérletünkben a rögzített EEG jelet az eseményhez kötött potenciálok (EKP) módszerével dolgoztuk fel, amely során a különböző ingerek és válaszok által kiváltott agyi folyamatokat tudjuk detektálni úgy, hogy mérési pontonként (általában ms-onként rögzítünk egy értéket) összeátlagoljuk a sokszor ismétlődő, ugyanolyan kondíciójú próbák során mért feszültség-értékeket, hogy növeljük a jel-zaj arányt. Ezzel a módszerrel megvizsgálhatjuk a különböző ingerfeldolgozási és kognitív folyamatokat, ezek időbeli lefutását, valamint a neurális feldolgozás életkori változásait. Azt, hogy miképp történik az EEG-mérés a laborban, és ezután hogyan dolgozzuk fel a kapott EEG-jeleket, a kutatócsoportunk videójában részletesen megtekinthető, amelyet a Kutatók Éjszakája 2020 és Agykutatás Hete 2021 online program-sorozathoz készítettünk.

Kutatók Éjszakája 2020 - Eseményhez kötött potenciálok - Mi történik az agyban, amikor gondolkodunk?

 

A zavaró ingerek kognitív konfliktus feldolgozására gyakorolt hatását egy módosított Simon-feladattal vizsgáltuk. A Simon-feladatban a célinger bizonyos tulajdonságára adott válasz oldalisága (jelen esetben J betűre jobb kézzel, B betűre bal kézzel válaszadás) és a célinger térbeli elhelyezkedése (képernyő jobb vagy bal oldalán jelenik meg) interferenciába lép egymással. Ha a válaszadás és a célinger oldalisága megegyezik (pl. J betű jobb oldalon jelenik meg), akkor nem alakul ki kognitív konfliktus a célinger feldolgozása során (kongruens Simon-helyzet), míg ha ezek eltérnek (pl. J betű bal oldalon jelenik meg), akkor igen (inkongruens Simon-helyzet). Eközben a képernyő közepén minden próbában megjelent egy feladat szempontjából nem releváns, tehát zavaró arcinger, amelynek tekintete vagy a célinger felé (kongruens tekintethelyzet) vagy pedig attól elfelé (inkongruens tekintethelyzet) mutatott (1. ábra). Azért arcingereket alkalmaztunk zavaróingerként, mert a tekintet irányának feldolgozása jelentős ökológiai validitással bír, és akár automatikus figyelmi orientáló hatással jár együtt (Frischen et al., 2007). Ezzel a kísérleti elrendezéssel a cél- és zavaróingerekkel létrehozott konfliktushelyzetet, illetve ezek interakcióját vizsgáltuk fiatal és idős korcsoportokban. Emellett a kísérlet végén a zavaró arcingerekhez kapcsolódóan egy váratlan régi/új felismerési feladatot kellett a résztvevőknek végrehajtaniuk, amellyel a korábban feladatirreleváns ingerek előhívási hatékonyságát mértük.

 

1.ábra: A módosított Simon-feladat kísérleti elrendezése

 

 

Eddigi eredmények

A módosított Simon-feladat vizsgálatának legfontosabb és legújabb eredménye, hogy a zavaró arcinger tekintetorientációs hatása befolyásolja az idősek feladat-végrehajtását és a jelentkező kognitív konfliktus feldolgozását, míg a fiatalokét nem. Amennyiben az irreleváns tekintet a kognitív konfliktust tartalmazó célinger felé mutatott, akkor az nehezítette az idősek Simon-feladat végrehajtását. Ezt a hatást megnövekedett reakcióidőben és hibázási arányban (2. ábra), illetve kezdeti nagyobb mértékű rossz válaszszervezési folyamatokban detektáltuk a figyelmi orientált konfliktusos célinger feldolgozása során a konfliktusos célingertől elfelé mutató tekintet helyzetéhez képest. Az utóbbi hatást az s-LRP komponens kezdeti pozitív irányú eltérése mutatta (3. ábra; az s-LRP – ingerhez kötött lateralizált készenléti potenciál – egy negatív EKP különbség-komponens, amely a motoros kérgi területeken váltódik ki, és a válasz-szervezési folyamatokhoz köthető). Ezzel szemben a zavaró ingernek nem volt (segítő) hatása az idős korcsoportban abban az esetben, amikor a feladatirreleváns tekintet kognitív konfliktust nem tartalmazó célinger felé mutatott.

2.ábra: A módosított Simon-feladat során mért reakcióidő (ms) és hibázási arány (%) adatok a különböző kondíciókban fiatal (kék) és idős (piros) csoportokban (átlag ± szórás). Csillag – szignifikáns különbségek, CG – kongruens tekintet-helyzet, ICG – inkongruens tekintet-helyzet

 

 

3.ábra: A célinger megjelenéséhez kötött s-LRP komponens fiatal és idős felnőtt csoportokban (C3-C4 elektródák különbsége). Görbék: piros – kongruens Simon, kongruens tekintet (CS-CG); fekete – inkongruens Simon, kongruens tekintet (ICS-CG); kék – kongruens Simon, inkongruens tekintet (CS-ICG); zöld – inkongruens Simon, inkongruens tekintet (ICS-ICG)

 

Ezen kívül a feladatirreleváns tekintetorientációnak nem volt hatása a célinger kategorizációjára, amihez a középvonali centro-parietális elektródákon kiváltott P3b pozitív EKP komponens köthető, illetve a motorosválasz-végrehajtás hatékonyságához, amelyet az r-LRP mutat (válaszhoz kötött lateralizált készenléti potenciál, amely szintén egy negatív EKP különbség-komponens a motoros kéreg területén). Az utóbbi két EKP komponens elemzése (4. ábra) csak a szakirodalomban gyakran bemutatott életkori és kognitív terhelési hatásokat mutatta, miszerint az életkorral csökken az ingerkategorizáció és a motoros válasz indításának hatékonysága. Az időseknél kisebb és későbbi P3b, illetve korábbi és nagyobb r-LRP komponens – hosszabb és nagyobb mértékű motoros aktiváció és küszöbérték kell a motoros válaszprogram kivitelezéséhez – figyelhető meg a fiatalokhoz képest. Az inkongruens Simon-kondíciókban pedig kisebb és későbbi a P3b komponens a kongruens Simon-kondíciókhoz képest, ami a célinger-kategorizációhoz szükséges nagyobb kognitív kapacitást és ezáltal kisebb hatékonyságú folyamatot tükrözi.

 

4.ábra: A célinger megjelenéséhez kötött P3b (Pz elektródán mérve, bal oldali ábra) és a válaszadáshoz kötött r-LRP komponens (C3-C4 elektródák különbsége, jobb oldali ábra). Görbék: piros – kongruens Simon, kongruens tekintet (CS-CG); fekete – inkongruens Simon, kongruens tekintet (ICS-CG); kék – kongruens Simon, inkongruens tekintet (CS-ICG); zöld – inkongruens Simon, inkongruens tekintet (ICS-ICG)

 

 

Az idősek tehát valóban nagyobb mértékben dolgozták fel a zavaróingerek által hordozott információkat, amit a feladatirreleváns arcingerekre adott nagyobb N170 válasz (arcinger-feldolgozáshoz kötődő negatív EKP komponens parieto-occipitális vizuális kérgi területeken) is alátámaszt az idős korcsoportban a fiatalokhoz képest (5. ábra). Bár a régi/új felismerési helyzetben mindkét korcsoport a véletlennél jobban meg tudta különböztetni a régi arcokat az újaktól, amit az arcdiszkriminációs index 0-tól való eltérése mutatott, de ez a hatás nagyobb mértékű volt a fiataloknál, ráadásul a felismeréshez köthető rekollekciós folyamatokat jelző LPC (késői parietális) komponens csak a fiataloknál jelentkezett (de náluk is a korábbi szakirodalomtól eltérően nem a régi, hanem az új arcokra volt nagyobb ez a komponens) (5. ábra). Tehát az idősek a feldolgozott nem releváns ingereket nem tudják hatékonyan konszolidálni és előhívni az emlékezeti folyamatokon keresztül.

Összességében megállapíthatjuk, hogy a zavaróingerek ebben a kísérleti elrendezésben csak nehezítették az idősek feladatvégrehajtását és kognitívkonfliktus-feldolgozását, a zavaróingerek nagyobb mértékű feldolgozásából fakadó esetleges segítő hatást nem tudtuk detektálni.

 

5.ábra: Felső – a módosított Simon-feladat során a zavaró arcinger megjelenésekor (jelzés) kiváltott korai vizuális arc-feldolgozáshoz köthető N170 komponens (PO7 és PO8 elektródán mérve). Görbék: piros – fiatal, kék – idős

Alsó – a régi/új arcfelismerési feladat során az arcinger megjelenéséhez kötött LPC komponens (Pz elektródán mért felismerési hatás), amely csak a fiatal korcsoportban detektálható. Görbék: piros – új arcra jó válasz (új); fekete – régi arcra jó válasz (régi); kék – új arcra rossz válasz (régi); zöld – régi arcra rossz válasz (új)

 

 

Várható impakt, további kutatás

Eddigi eredményeinkből látható, hogy az egészséges öregedéssel járó csökkent hatékonyságú kognitívkontroll-funkciók nagymértékben befolyásolhatják a feladatorientált teljesítményt és neurális folyamatokat, főként amikor a feladatirreleváns zavaró ingerek olyan információt hordoznak, amelyek interferenciába léphetnek a célinger feldolgozásával. Ezek az eredmények mind egyéni, mind pedig társadalmi szinten segíthetik olyan ingerkörnyezetek, illetve feladatvégrehajtási stratégiák kialakítását, melyek támogatják az idős emberek, de akár az egész társadalom mindennapjait a megfelelő hatékonyságú ingerszelekciós és gátlási funkciókon keresztül. A jelenleg folyó kísérleteinkben és a megjelenés alatt álló tanulmányainkban további olyan faktorokat vizsgálunk (kreativitás, kognitív tréning, kontextushatás), amelyek befolyásolhatják a kognitívkontroll-funkciókat és azok életkori változásait.

 

Saját publikációk, hivatkozások, linkgyűjtemény

Kapcsolódó saját publikációk listája:

●       Nagy, B., Czigler, I., File, D., & Gaál, Zs. A. (2020). Can irrelevant but salient visual cues compensate for the age-related decline in cognitive conflict resolution? – An ERP study. PLoS one, 15(5), e0233496. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0233496

●       Gaál, Zs. A., Nagy, B., File, D., & Czigler, I. (2020). Older adults encode task-irrelevant stimuli, but can this side-effect be useful to them? Frontiers in Human Neuroscience, 14, 446. https://doi.org/10.3389/fnhum.2020.569614

●       Nagy, B., Czigler, I., File, D., Csizmadia, P., Fáy, N., & Gaál, Zs. A. (benyújtva 2021. május, lektorálás alatt). Do age- related changes in cognitive control affect creative performance in older compared to younger adults? – An ERP study of task-switching. Biological Psychology

●       Nagy, B., Protzner, B. A., Wang, H., van der Wijk, G., Cortese, F., Czigler, I., & Gaál, Zs. A (kézirat készítése folyamatban). Can Cognitive Training Modulate Resting-State Neural Network Dynamics? – An Age-Related Multiscale Entropy and Spectral Power Density Study on Task-Switching

 

Hivatkozások listája:

●       Biss, R. K., Ngo, K. J., Hasher, L., Campbell, K. L., & Rowe, G. (2013). Distraction can reduce age-related forgetting. Psychological Science, 24, 448–455. doi: 10.1177/0956797612457386

●       Cespón, J., Galdo-Álvarez, S., & Díaz, F. (2013) Age-related changes in ERP correlates of visuospatial and motor processes. Psychophysiology. 50(8), 743–57. doi:10.1111/psyp.12063

●       Frischen, A., Bayliss, A. P., & Tipper, S. P. (2007). Gaze cueing of attention: visual attention, social cognition, and individual differences. Psychological bulletin, 133(4), 694.

●       Hasher, L., & Zacks, R. T. (1988). Working memory, comprehension, and aging: A review and a new view. The psychology of learning and motivation, 22, 193-225. doi: 10.1016/S0079-7421(08)60041-9

●       Van der Lubbe, R. H, & Verleger, R. (2002) Aging and the Simon task. Psychophysiology, 39(1): 100–110. doi: 10.1017/S0048577202001221

●       Weeks, J. C., & Hasher, L. (2018). Older adults encode more, not less: evidence for age-related attentional broadening. Aging, Neuropsychology, and Cognition, 25, 576–587, doi: 10.1080/13825585.2017.1353678