Geheugen, aandacht en bewustzijn

Overzicht

Bewustzijn (consciousness):

Het ervaren van je eigen mentale gebeurtenissen op zo’n manier dat je erover kunt rapporteren naar anderen

• Sommige onderzoekers beweren dat het bewustzijn uniek is voor mensen

Overview: An Information-Processing Model of the Mind

• Het information-processing model (uit 1960) ziet er als volgt uit en is een hulpmiddel bij het nadenken over het geheugen (al moet het niet te letterlijk genomen worden):
  
  
  
  Sensorische input komt kortstondig in het sensorisch geheugen. Als er aandacht (“attention”) voor deze informatie is, gaat het naar het kortetermijngeheugen (werkgeheugen). Als de informatie in het werkgeheugen wordt herhaald (“rehearsal”) of hergebruikt, wordt dit gecodeerd (“encoding”) naar het langetermijngeheugen. Anders wordt de informatie alsnog vergeten. Informatie die vastgelegd wordt in het langetermijngeheugen kan soms op termijn alsnog verloren gaan. Door middel van het ophalen van de kennis (“retrieval”) komt de informatie weer terug in het werkgeheugen.
• De attention, rehearsal, encoding en retrieval zijn de control processes in het model.

Sensory Memory: The Brief Prolongation of Sensory Experience

• Sensorische input wordt voor een korte periode onthouden in het sensory memory. Voor visuele stimuli tot ongeveer een seconde, voor enkele seconden voor geluid. Het onthoudt stimuli lang genoeg om onbewuste processen de informatie te laten verwerken en een beslissing te maken of er iets met de informatie gedaan moet worden (aandacht/attention moet krijgen).

The Short Term Store: Conscious Perception and Thought

• Informatie die aandacht krijgt, “verhuist” naar de short-term store ofwel het werkgeheugen. Als er niet actief aan gedacht wordt, verdwijnt het ook hier binnen enkele seconden. Hier moet het actief gebruikt blijven worden om te blijven hangen. De short-term store is de plek waar ook bewuste ervaring, gevoel, vergelijkingen, berekeningen en redeneringen plaatsvinden – ofwel, waar de bewuste gedachte plaatsvindt. Dit heeft een capaciteit van ca. 7 gelijktijdige stukken informatie (5 tot 9).

Long-Term Memory: The Mind’s Library of Information

• Soms wordt de informatie van het werkgeheugen naar het langetermijngeheugen (long-term memory) doorgezet. Dan wordt het gecodeerd en opgeslagen.

Control Processes: The Mind’s Information Transportation Systems

• Control processes zijn de eerdergenoemde processen: attention, rehearsal, encoding en retrieval.
• Effortful processes: processen die mentale effort verbruiken voor de uitvoering ervan en voldoen hypothetisch aan deze criteria:
  • Ze zijn bewust beschikbaar (bewust geïnitieerde processen)
  • Zijn in competitie of interfereren met andere effortful processen
  • Worden beter door ze te oefenen
  • Worden beïnvloed door individuele verschillen in intelligentie, motivatie en opleiding
• Automatic processes: Processen die weinig tot geen mentale effort verbruiken, en werkelijk automatische processen voldoen (hypothetisch) aan deze criteria:
  • Zonder intentie en zonder bewuste aansturing
  • Verstoren de uitvoer van andere processen niet
  • Worden niet beter door te oefenen
  • Worden niet beïnvloed door individuele verschillen in intelligentie, motivatie en opleiding
• Autorijden wordt genoemd als effortful proces. Je wordt er beter in en het gaat na verloop van tijd “moeiteloos”, maar als je ondertussen met je telefoon bezig bent lijdt de kwaliteit van de uitvoer er wél onder.

Fast and Slow Thinking: Dual Processing Theories of Cognition

• Dual-processing theories: de beschreven onderverdeling in effortful en automatische processen.
• Alternatieve benamingen: implicit/explicit, heuristic/analytic, associative/rule-based, verbatim/gist, automatic/controlled, system 1/system 2
• Cognitief psycholoog Daniel Kahneman: fast and slow thinking
  • Mensen denken en herinneren door middel van wazige (“fuzzy”) representaties van herinneringen, in plaats van uitgebreide complete representaties.
  • 2+2 = 4 is “fast” thinking, doordat we dit zo ingebakken hebben dat je het meteen weet (automatic/effortless)
  • 14 x 39 is “slow” thinking, omdat je hier echt even voor moet gaan zitten en andere taken tijdelijk opzij moet schuiven om het op te lossen (effortful)
  • Stroop interference effect: het experiment waarbij kleuren en benamingen van kleuren door elkaar gebruikt worden.
  • Het “fast” systeem is ook verantwoordelijk voor veel visuele illusies, zoals de Müller-Lyer illusie met lijnen die korter of langer lijken terwijl ze dezelfde lengte hebben.

 

 

Aandacht

Aandachtverdeling

Aandacht komt neer op twee concurrerende behoeften:

• Aandacht (focus) op de huidige taak, zonder afleiding
• Aandacht op (voor de taak) irrelevante stimuli en de aandacht opeisen wanneer er gevaar dreigt of wanneer er meer voordeel te halen uit de nieuwe stimuli dan uit de bestaande taak

Dit valt binnen het werkveld van de cognitieve psychologie.

Algemeen aandachtsmodel

Sensorische input > Sensorisch geheugen > Gate > Kortetermijngeheugen

• In het sensorisch geheugen vindt pre-aandachtige verwerking (preattentive processing) plaats
• In het kortetermijngeheugen vindt aandachtige verwerking (attentive processing) plaats

Het vermogen om te focussen en irrelevante stimuli te negeren

• Selectief luisteren:
  Een voorbeeld van selectief luisteren is het cocktail-party phenomenon. Bij dit effect kun je belangrijke informatie opmerken (zoals je eigen naam), zelfs al ben je niet actief betrokken bij een gesprek (en zelf zelfs in gesprek). Dit is consistent met laboratoriumonderzoek. Wel is ondervonden dat de stemmen enigszins verschillend moeten zijn óf van een andere plek in de ruimte moeten komen.
• Selectief zicht (inattentional blindness):
  Denk hierbij aan de basketbal video van Simons & Chabris, 1999 en de diverse technieken om je aandacht af te leiden die zakkenrollers en goochelaars gebruiken.

Het vermogen om significante stimuli aandacht te geven

• Er zitten limieten aan inattentional blindness. Spinnen, die evolutionair gezien een risico opleveren, worden ondanks het gebrek aan aanvankelijke aandacht alsnog opgemerkt.

Sensorisch geheugen

• Auditief sensorisch geheugen (echoic memory)
  • Een korte herinnering van een geluid wordt een echo genoemd. Het echoic memory houdt informatie maximaal 8 tot 10 seconden vast.
• Visueel sensorisch geheugen (iconic memory)
  
  • Een korte herinnering van een visuele stimulus wordt een icon genoemd. Het iconic memory houdt informatie maximaal 1/3 (een derde) seconde vast

Onbewuste automatische verwerking van een stimulus

• Sensorische input heeft (soms) invloed op gedrag en gedachten, zonder zelf 'bewust' verwerkt te worden
• Een voorbeeld hiervan is priming:
  • Priming: het activeren van informatie uit het langetermijngeheugen, doormiddel van sensorische input.
    • De activatie is niet bewust
    • Er is veel bewijs voor de priming theorie
    • Voorbeeld: bij het kort voorbij laten flitsen van afbeeldingen van een boom met een eend, en in een andere groep alleen een boom, zal wanneer gevraagd wordt om een natuurtekening in de eerste groep vaker een tekening gemaakt worden die gerelateerd is aan een eend (Eagle et al., 1966)

Automatische (verplichte) verwerking van stimuli

• Automatische verwerking maakt capaciteit vrij om bewuste verwerking voor andere taken toe te kunnen passen
  • Lezen kostte in eerste instantie moeite, maar inmiddels gaat het nagenoeg vanzelf. (Er is zelfs bewijs dat je onder sommige omstandigheden de woorden voor je niet niet kan lezen.)
  • Autorijden (sturen, schakelen, op het verkeer letten, etc.) idem

Hersenmechanismen voor pre-aandachtige verwerking (preattentive processing) en aandacht

• Drie hoofdconclusies:
  1. Stimuli die geen aandacht krijgen, activeren alsnog sensorische en perceptuele hersengebieden
  2. Aandacht vergroot de activiteit in sensorische en perceptuele hersengebieden voor de taak in kwestie, maar vermindert die van (voor de huidige taak) irrelevante stimuli
  3. Neurale mechanismen in de voorkant van de cortex zijn verantwoordelijk voor het beheren/controleren van aandacht

Spacial neglect

Lesies/sneetjes in de parietaalkwab, frontaalkwab of de voorste cingulate cortex in één hersenhelft, zorgen ervoor dat mensen iets aan de tegenovergestelde kant (contralateraal gezichtsveld) niet meer kunnen zien.

Werkgeheugen

Baddeley's model: het meest invloedrijke model met betrekking tot het werkgeheugen

• Phonological loop: het vasthouden van verbale informatie
• Visuospacial sketchpad: het vasthouden van visuele en ruimtelijke informatie
• Central executive: het coördineren van activiteiten van de geest, nieuwe informatie in het werkgeheugen brengen vanuit het sensorisch geheugen en vanuit het langetermijngeheugen
• (Episodic buffer: wordt niet verder besproken)

Verbaal werkgeheugen: de phonological loop

• De meeste mensen kunnen normaliter ongeveer 7 getallen onthouden (short-term memory span)
• Vuistregel is dat mensen ongeveer zoveel informatie vasthouden in hun verbale werkgeheugen, als ze binnen 2 seconden hardop kunnen zeggen
  • Dit weet men door onderzoeken te doen in anderstalige landen waar de namen van cijfers maar één klemtoon hebben (en je dus meer getallen in 2 seconden kunt noemen). Dit effect is al duidelijk wanneer kinderen pas 4 jaar zijn.

Reikwijdte van het werkgeheugen (working memory span)

• Het werkgeheugen kan meestal twee stukjes informatie minder vasthouden dan het normale kortetermijngeheugen (short-term memory). Dit komt doordat het actief werken met bepaalde informatie zoveel energie en aandacht "opslurpt", dat de capaciteit van het geheugen tijdelijk lager is.

 

Executive functions

Executive functions zijn verantwoordelijk voor het reguleren van gedachten, emoties en gedrag. Het is een set processen die te maken hebben met het werkgeheugen: informatie updaten, wisselen tussen verschillende taken en gedachten en inhibitie (het uit de gedachte houden van ongewenste informatie of het voorkomen van een cognitieve of gedragsmatige (behavioral) respons).

Vier algemene conclusies over executive functions:

1. Ze laten zowel eenheid (unity) als diversiteit (diversity) zien. Dat wil zeggen dat als een individu goed is in wisselen, updaten of inhibitie, deze meestal goed is in alle drie de executive functions (er is een sterke correlatie). De diversiteit komt van het feit dat de correlatie niet perfect is, dus dat ieder van deze functies wel degelijk een aparte functie is (anders zou de correlatie immers perfect zijn).
2. Ze hebben een substantiele genetische component. De erfelijkheid (heritability) is groter dan die van IQ, zo is gebleken uit onderzoek.
3. Ze worden gerelateerd aan en hebben een voorspellende waarde met betrekking tot academisch succes en uitkomst van sociale status.
4. De ontwikkeling en retentie van executive functions is stabiel, ook tot in volwassenheid. In andere woorden: sterke executive functions als kind, betekent meestal ook sterke executive functions als volwassene.

De neurologische basis voor executive functions
De prefrontale cortex is de neurale hub voor executive functions. De prefrontale cortex staat rechtstreeks in verband met sensorische cortex, het motorisch systeem, het limbisch system (belangrijk voor geheugen, motivatie en emotionele expressie) en de basale ganglia. Hier wordt door deze interconnectiviteit een groot gedeelte van het gedrag en van de cognitie bepaald.

Patiënten waarbij de prefrontale cortex is beschadigd, hebben vaak vergelijkbare cognitieve mogelijkheden, maar een compleet andere persoonlijkheid. Dit heeft waarschijnlijk te maken met het feit dat de inhibitie niet of nauwelijks meer plaatsvindt, waardoor personen minder empatisch worden, minder goed kunnen plannen en een algemene neiging hebben tot slechte beheersing van impulsen. Een voorbeeld is Phineas Gage, die door een explosie een stalen cilinder door zijn hoofd heeft gekregen en waarbij zijn prefrontale cortex beschadigd is geraakt.

ADHD wordt in verband gebracht met een vertraagde ontwikkeling van de frontale cortex. De ontwikkeling hiervan loopt tot 3 jaar achter, terwijl de motorische ontwikkeling iets sneller verloopt dan normaal.

Geheugen als representatie van kennis

In deze context verwijst het geheugen naar het vermogen om informatie op te halen. Er zijn twee soorten geheugen: expliciet en impliciet.

• Expliciet geheugen
  Dit bestaat uit herinneringen die contextonafhankelijk zijn en altijd opgeroepen kunnen worden in het werkgeheugen. Denk bijvoorbeeld aan feitelijke kennis. Je kunt dit testen door proefpersonen te vragen naar wat zij zich kunnen herinneren over een bepaalde entiteit of gebeurtenis. De kern ervan is dat het onder woorden gebracht moet kunnen worden, ofwel gedeclareerd. Daarom wordt het ook wel declaratief geheugen genoemd (declarative memory).
  • Episodisch geheugen
    Ook autobiografisch geheugen of autonoetic memory (Tulving). Dit gaat om gebeurtenissen in je leven, wat je gedaan hebt en hoe je je erbij voelde.
  • Semantisch geheugen
    Het semantisch geheugen of noetic memory (Tulving) is niet gebonden aan een bepaalde periode. Dit is absolute feitenkennis en bestaat eigenlijk uit een web van concepten die een onderlinge relatie met elkaar hebben. Hoe meer relaties bepaalde concepten met elkaar hebben, hoe sterker ze aan elkaar verbonden zijn en hoe makkelijker de neural pathways open gaan om die kennis aan te boren.
• Impliciet geheugen
  Dit bestaat uit herinneringen die niet onder woorden gebracht kunnen worden, maar wel invloed hebben op de gedragingen van een individu. Het wordt beoordeeld door middel van tests waarbij de proefpersoon niets expliciet rapporteert, maar waarbij het gedrag wel een bepaalde herinnering impliceert. Tulving noemt dit ook wel anoetic memory - herinneringen zonder bewuste aandacht.
  • Klassiek conditioneren
    Het gedrag door klassiek conditioneren is immers niet bewust.
  • Procedureel geheugen
    Het procedureel geheugen heeft vooral te maken met motorische vaardigheden en gewoonten. Je hoeft er niet van bewust te zijn, om beter te worden in breien.
  • Priming
    Bij priming zorgt sensorische input voor de activatie van kennis in het langetermijngeheugen. Dit kan al dan niet bewust ervaren worden, maar door priming worden bepaalde hersengebieden op voorhand al actief, waardoor het geheugen sneller in een bepaalde richting wordt "gestuurd".

Neuropsychologisch bewijs voor aparte geheugensystemen
Het is mogelijk om (zelfs al kun je geen nieuwe expliciete herinneringen aanmaken) alsnog nieuwe dingen te leren. In een bepaald experiment leerde iemand programmeren, maar tijdens iedere sessie was diegene zich er niet van bewust dat hij dat ooit eerder had gedaan.

Semantisch geheugen zonder episodisch geheugen
Infantiel geheugenverlies (infantile amnesia) is de term die gebruikt wordt, om het onvermogen van kleine kinderen (tot ongeveer 4 jaar) om episodisch geheugen op te bouwen, te beschrijven. Eén verklaring voor infantile amnesia, is dat jonge kinderen nog geen goed ontwikkeld zelfbewustzijn hebben (self-consciousness).

Het episodisch geheugen van kinderen lijkt verband te houden met de vocabulaire ontwikkeling van het kind op het moment dat de herinnering gevormd wordt. Een betere taalvaardigheid (hogere score op verbale tests) als klein kind, zorgt dus voor een accuratere herinnering.

Schade aan de prefrontale cortex zorgt veelal voor een verslechtering in het coderen van episodisch geheugen en minder in het coderen van het semantisch geheugen. Feitelijke kennis kan dus beter opgeslagen worden dan ervaringen.

Geheugen als proces van herinneren

Het coderen van informatie naar het langetermijngeheugen

Cognitief psychologen maken onderscheid tussen twee soorten herhaling:

• Maintenance rehearsal: het proces waarbij een individu de informatie voor langere tijd in het werkgeheugen behoudt
• Encoding rehearsal: het proces waarbij een individu de informatie in het langetermijngeheugen codeert

Dit zijn twee verschillende soorten, omdat focussen op de ene niet per se resultaten geeft in de andere. Maintenance rehearsal zorgt niet voor betere codering in het langetermijngeheugen en andersom.

Er zijn drie belangrijke manieren om makkelijker te coderen naar het langetermijngeheugen:

1. Elaboration: ergens dieper op ingaan om het beter te begrijpen
2. Organizing: kennis organiseren in bijvoorbeeld een hiërarchie
3. Visualization: als informatie zowel verbaal als visueel gemaakt wordt, is makkelijker te coderen naar het langetermijngeheugen. Op die manier kunnen ook verwante ideeën samengevoegd worden (chunking). Bijvoorbeeld een mind map, of via een mind walk (zoals gebruikt wordt door mensen die enorme hoeveelheden informatie onthouden).

Er is nog een extra categorie: het langetermijnwerkgeheugen. Hier wordt (zolang een probleem niet opgelost is) tijdelijk informatie opgeslagen die later alsnog opgehaald kan worden, zelfs al is deze uit het werkgeheugen verdwenen. Hier wordt door de hersenen tevens chunking toegepast om de verwante informatie "bij elkaar te houden" en snel oproepbaar te maken voor het werkgeheugen.

Geheugenconsolidatie

Als informatie wordt opgeslagen in het langetermijngeheugen, is dit niet per se voor eeuwig. Pas als informatie wordt geconsolideerd in het langetermijngeheugen, blijven deze langer hangen. Ook dan is er echter nog steeds geen garantie dat deze eeuwig bewaard zullen worden.

Anterograde en retrograde memory loss:

• Anterograde memory loss: het vermogen om langdurige herinneringen aan gebeurtenissen sinds de hersenschade op te slaan is verdwenen.
• Retrograde memory loss: het vermogen om herinneringen op te halen van vóór de hersenschade is verdwenen. Meestal de herinneringen van vlak voordat de hersenschade is opgetreden.

Mensen met schade aan de temporaalkwab hebben vaak last van anterograde memory loss, maar vaak ook tot op zekere hoogte van retrograde memory loss. Dit is interessant, omdat de retrograde memory loss daarbij een indicatie is dat er twee vormen zijn waarin langetermijnherinneringen worden gecodeerd:

• Een labiele vorm (eenvoudig verstoorbaar, afhankelijk van de hippocampus)
• Een stabiele vorm (niet of nauwelijks verstoorbaar, door neurale verbindingen in de hersenschors/cerebrale cortex en zonder afhankelijkheid van de hippocampus)

Het opslaan van herinneringen gebeurt in eerste instantie door de hippocampus (labiel). De consolidatie is het proces van labiel naar stabiel. Iedere keer dat een herinnering opgehaald wordt, wordt deze weer opnieuw in een labiel stadium gebracht. Het geheugen kan dan worden aangepast, aangesterkt of afgezwakt. Dit is één van de redenen dat bijvoorbeeld ooggetuigen onbetrouwbaar zijn, omdat de herinneringen die ze hebben zeer beïnvloedbaar zijn. Het ophalen (retrieval) en opnieuw coderen is wel van groot belang om te kunnen leren. Hoe vaker dit gebeurt, hoe beter de herinnering zal worden opgeslagen.

Consolidatie vindt ook plaats tijdens het slapen, met name de slow-wave slaap (niet de REM-slaap). Slapen kort na het studeren is beter voor de consolidatie. Eerst slapen en vervolgens leren heeft nauwelijks toegevoegde waarde, omdat de slaap binnen enkele uren moet plaatsvinden na het leren.

 

Informatie ophalen uit het langetermijngeheugen

Informatie wordt opgeslagen als een netwerk van onderlinge relaties tussen concepten. Deze onderlinge relaties worden gevormd door soortgelijke eigenschappen of categorieën. (Een appel is een soort fruit, een mandarijn ook.) In die zin is het geheugen hiërarchisch.

• Association by contiguity: nabijheid in tijd of plaats zorgt voor een sterkere onderlinge relatie
• Association by similarity: concepten met soortgelijke eigenschappen worden aan elkaar verbonden (appel, mandarijn, peer: fruit)

Hoe meer associaties, hoe meer manieren om de informatie op te halen uit het geheugen. Informatie wordt ook contextueel opgeslagen. Kennis die is opgedaan, zal ook sneller opgehaald worden in dezelfde (of een soortgelijke) context of omgeving.

Herinneringen worden opgehaald, maar altijd gekleurd door de huidige situatie. Er ontstaat een "nieuw" beeld op basis van huidige bronnen in combinatie met de opgehaalde informatie. Zo kan ook aan onvolledig gecodeerde ervaringen nieuwe betekenis gegeven worden, maar ditzelfde proces leidt dus ook tot vervormingen van de oorspronkelijke herinnering.

Schema's en scripts

Bartlett gebruikte de termen schema en script om te verwijzen naar een een mentale weergave van een herinnering.

• Schema: een conceptuele klasse objecten; een woonkamer heeft altijd ongeveer dezelfde indeling (bank, stoel, tv, etc.)
• Script: een conceptueel evenement in tijd; een verjaardagsfeestje is ongeveer hetzelfde (taart, cadeaus, verjaardagsliedje, etc.)

Een schema of script heeft ook invloed op de manier waarop je je omgevingen of gebeurtenissen later herinnert.

Hypnose
De staat van hypnose is een verhoogde toestand van suggestibiliteit. In deze staat kunnen herinneringen makkelijk gemaakt of aangepast worden, door suggesties of aanmoediging. Met name herinneringen in uit de jeugd zijn erg beïnvloedbaar in deze staat.

Dit gaat ook verder: herinneringen worden continu aangepast, soms onder sociale druk. De manier waarop gebeurtenissen herinnerd worden is dus zeer beïnvloedbaar en iedere keer dat een herinnering op een bepaalde manier opgehaald en verwerkt wordt, heeft invloed op de herinnering zelf.

Retrospectief en prospectief geheugen
Retrospectieve geheugen gaat over gebeurtenissen die in het verleden hebben plaatsgevonden. Prospectief geheugen gaat over gebeurtenissen die nog plaats moeten vinden, zoals plannen en intenties. Ook dit is een soort episodisch geheugen.

Er worden twee soorten prospectief geheugen onderscheiden:

1. Gebeurtenisgebaseerd (als ik Piet zie, de groeten doen van Arie)
2. Tijdgebaseerd (over 10 minuten een e-mail terugsturen naar Henk)

En het prospectief geheugen bestaat uit drie fasen:

1. Intentievorming (suiker kopen)
2. Handhaving (ik ga nog steeds suiker kopen)
3. Omschakeling ten behoeve van de uitvoering (stoppen met waar je mee bezig bent en naar de winkel gaan om suiker te kopen)

Het gebruiken van prospectief geheugen vermindert de prestaties bij een gelijktijdige taak, omdat de intentie en de handhaving hiervan concurreren met de beschikbare mentale capaciteit.

Sommige onderzoekers noemen het prospectief geheugen ook wel mental timetravel.