Working memory in Alzheimer’s disease and mild cognitive impairment (MCI) : assessment and intervention

L’objectif principal de cette thèse est d’examiner et d’intervenir auprès des déficits de la mémoire de travail (MdeT) à l’intérieur de deux populations cliniques : la maladie d’Alzheimer (MA) et le trouble cognitif léger (TCL). La thèse se compose de trois articles empiriques. Le but de la première expérimentation était d’examiner les déficits de MdeT dans le vieillissement normal, le TCL et la MA à l’aide de deux versions de l’empan complexe : l’empan de phrases et l’empan arithmétique. De plus, l’effet de «l’oubli» (forgetting) a été mesuré en manipulant la longueur de l’intervalle de rétention. Les résultats aux tâches d’empan complexe indiquent que la MdeT est déficitaire chez les individus atteints de TCL et encore plus chez les gens ayant la MA. Les données recueillies supportent également le rôle de l’oubli à l’intérieur de la MdeT. L’augmentation de l’intervalle de rétention exacerbait le déficit dans la MA et permettait de prédire un pronostic négatif dans le TCL. L’objectif de la deuxième étude était d’examiner la faisabilité d’un programme d’entraînement cognitif à l’ordinateur pour la composante de contrôle attentionnel à l’intérieur de la MdeT. Cette étude a été réalisée auprès de personnes âgées saines et de personnes âgées avec TCL. Les données de cette expérimentation ont révélé des effets positifs de l’entraînement pour les deux groupes de personnes. Toutefois, l’absence d’un groupe contrôle a limité l’interprétation des résultats. Sur la base de ces données, la troisième expérimentation visait à implémenter une étude randomisée à double-insu avec groupe contrôle d’un entraînement du contrôle attentionnel chez des personnes TCL avec atteinte exécutive. Ce protocole impliquait un paradigme de double-tâche composé d’une tâche de détection visuelle et d’une tâche de jugement alpha-arithmétique. Alors que le groupe contrôle pratiquait simplement la double-tâche sur six périodes d’une heure chacune, le groupe expérimental recevait un entraînement de type priorité variable dans lequel les participants devaient gérer leur contrôle attentionnel en variant la proportion de ressources attentionnelles allouée à chaque tâche. Les résultats montrent un effet significatif de l’intervention sur une des deux tâches impliquées (précision à la tâche de détection visuelle) ainsi qu’une tendance au transfert à une autre tâche d’attention divisée, mais peu d’effets de généralisation à d’autres tâches d’attention. En résumé, les données originales rapportées dans la présente thèse démontrent un déficit de la MdeT dans les maladies neurodégénératives liées à l’âge, avec un gradient entre le TCL et la MA. Elles suggèrent également une préservation de la plasticité des capacités attentionnelles chez les personnes à risque de développer une démence.

Temporal patterns of memory source incorporations into dreams and their relationships to dreamed locus of control

Les incorporations des mémoires épisodiques dans les rêves apparaissent en formes fragmentées et suivent un modèle temporel distinct qui suit une courbe sinusoïdale. Ce modèle est caractérisé par les incorporations immédiates, qui apparaissent 1-2 jours après l’événement (effet de résidus diurnes), et les incorporations tardives, qui apparaissent 5-7 jours après l’événement (effet de délai). Ces deux effets sont considérés comme des liens entre les processus de consolidation de la mémoire et la formation du rêve. Cette courbe temporelle a été observée pour une variété de stimuli expérimentaux. Cependant, aucune étude à date n’a démontré que le contenu des rêves réagit aux événements diurnes d’une manière plus générale et non-spécifique. Le but de notre étude était d’examiner si deux événements qualitativement distincts, un séjour nocturne au laboratoire (LAB), considéré comme un événement interpersonnel, et une tâche de réalité virtuelle (RV), considérée comme un événement non-interpersonnel, sont intégrés de façon différente dans le contenu onirique. Selon nos hypothèses, 1) les éléments spécifiques liés au LAB et à RV seraient incorporés dans les rêves avec des patrons tendances temporels différents, et 2) les incorporations spécifiques seraient associées à des changements plus généraux dans le locus de contrôle (LoC) du rêve. Vingt-six participants ont passé une nuit dans le laboratoire, ont été exposé à une tâche de RV, et ont rempli un journal de rêve pendant 10 jours. Les rapports de rêve ont été cotés pour les éléments spécifiques portant sur LAB et sur RV, et pour l'évolution générale de LoC du rêve. Nos deux hypothèses ont été confirmées: 1) les incorporations de LAB et RV sont négativement corrélées et apparaissent dans le rêve selon des modèles temporels différents. Les incorporations du LAB ont suivi une courbe sinusoïdale en forme de U, avec un effet de résidu diurne et un effet de délai. Les incorporations de RV ont suivi un patron différent, et ont eu un maximum d’incorporations au jour 4. 2) les scores du LoC du rêve étaient plus externes pour le jour 1 (max incorporations du LAB) et plus internes pour le jour 4 (max incorporations de RV). Ces modèles d'incorporation distincts peuvent refléter des différences dans la façon dont les deux événements ont été traités par les processus de consolidation de la mémoire. Dans ce cas, une expérience interpersonnelle (LAB) était incorporée plus tôt dans le temps. Les résultats suggèrent que LoC du rêve reflète les processus de mémoire plus généraux, qui affectent le contenu du rêve entier, et qui sont partiellement indépendants des incorporations spécifiques.

Changes in cortical and sub-cortical patterns of activity associated with aging during the performance of a lexical set-shifting task

Bien que le passage du temps altère le cerveau, la cognition ne suit pas nécessairement le même destin. En effet, il existe des mécanismes compensatoires qui permettent de préserver la cognition (réserve cognitive) malgré le vieillissement. Les personnes âgées peuvent utiliser de nouveaux circuits neuronaux (compensation neuronale) ou des circuits existants moins susceptibles aux effets du vieillissement (réserve neuronale) pour maintenir un haut niveau de performance cognitive. Toutefois, la façon dont ces mécanismes affectent l’activité corticale et striatale lors de tâches impliquant des changements de règles (set-shifting) et durant le traitement sémantique et phonologique n’a pas été extensivement explorée. Le but de cette thèse est d’explorer comment le vieillissement affecte les patrons d’activité cérébrale dans les processus exécutifs d’une part et dans l’utilisation de règles lexicales d’autre part. Pour cela nous avons utilisé l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) lors de la performance d’une tâche lexicale analogue à celle du Wisconsin. Cette tâche a été fortement liée à de l’activité fronto-stritale lors des changements de règles, ainsi qu’à la mobilisation de régions associées au traitement sémantique et phonologique lors de décisions sémantiques et phonologiques, respectivement. Par conséquent, nous avons comparé l’activité cérébrale de jeunes individus (18 à 35 ans) à celle d’individus âgés (55 à 75 ans) lors de l’exécution de cette tâche. Les deux groupes ont montré l’implication de boucles fronto-striatales associées à la planification et à l’exécution de changements de règle. Toutefois, alors que les jeunes semblaient activer une « boucle cognitive » (cortex préfrontal ventrolatéral, noyau caudé et thalamus) lorsqu’ils se voyaient indiquer qu’un changement de règle était requis, et une « boucle motrice » (cortex postérieur préfrontal et putamen) lorsqu’ils devaient effectuer le changement, les participants âgés montraient une activation des deux boucles lors de l’exécution des changements de règle seulement. Les jeunes adultes tendaient à présenter une augmentation de l’activité du cortex préfrontal ventrolatéral, du gyrus fusiforme, du lobe ventral temporale et du noyau caudé lors des décisions sémantiques, ainsi que de l’activité au niveau de l’aire de Broca postérieur, de la junction temporopariétale et du cortex moteur lors de décisions phonologiques. Les participants âgés ont montré de l’activité au niveau du cortex préfrontal latéral et moteur durant les deux types de décisions lexicales. De plus, lorsque les décisions sémantiques et phonologiques ont été comparées entre elles, les jeunes ont montré des différences significatives au niveau de plusieurs régions cérébrales, mais pas les âgés. En conclusion, notre première étude a montré, lors du set-shifting, un délai de l’activité cérébrale chez les personnes âgées. Cela nous a permis de conceptualiser l’Hypothèse Temporelle de Compensation (troisième manuscrit) qui consiste en l’existence d’un mécanisme compensatoire caractérisé par un délai d’activité cérébrale lié au vieillissement permettant de préserver la cognition au détriment de la vitesse d’exécution. En ce qui concerne les processus langagiers (deuxième étude), les circuits sémantiques et phonologiques semblent se fusionner dans un seul circuit chez les individus âgés, cela représente vraisemblablement des mécanismes de réserve et de compensation neuronales qui permettent de préserver les habilités langagières.

Fast Sorting on a Distributed-Memory Architecture

We consider the often-studied problem of sorting, for a parallel computer. Given an input array distributed evenly over p processors, the task is to compute the sorted output array, also distributed over the p processors. Many existing algorithms take the approach of approximately load-balancing the output, leaving each processor with Θ(n/p) elements. However, in many cases, approximate load-balancing leads to inefficiencies in both the sorting itself and in further uses of the data after sorting. We provide a deterministic parallel sorting algorithm that uses parallel selection to produce any output distribution exactly, particularly one that is perfectly load-balanced. Furthermore, when using a comparison sort, this algorithm is 1-optimal in both computation and communication. We provide an empirical study that illustrates the efficiency of exact data splitting, and shows an improvement over two sample sort algorithms.

Changing state disruption of lip-reading by irrelevant sound in perceptual and memory tasks

Three experiments investigated irrelevant sound interference of lip-read lists. In Experiment 1, an acoustically changing sequence of nine irrelevant utterances was more disruptive to spoken immediate identification of lists of nine lip-read digits than nine repetitions of the same utterances (the changing-state effect; Jones, Madden, & Miles, 1992). Experiment 2 replicated this finding when lip-read items were sampled with replacement from the nine digits to form the lip-read lists. In Experiment 3, when the irrelevant sound was confined to the retention interval of a delayed recall task, a changing-state pattern of disruption also occurred. Results confirm a changing-state effect in memory for lip-read items but also point to the possibility that, for lip-reading, changing-state effects may occur at an earlier, perceptual stage.

The influence of affective statements on performance on implicit and explicit memory tasks

Consumers are often exposed to brand names presented concurrently with information such as brand claims and warnings, prior to making product choices. As implicit memory has been implicated in the consumer choice process, two experiments were conducted to assess the influence of additional information, namely simple positive and negative statements, on implicit and explicit memory tasks. In Experiment 1, the mere presence of additional statements at study significantly reduced performance on a two-alternatives forced recognition task. However, the same manipulation had no effect on implicit preference judgement task performance. The valence of the accompanying information had no effect on either task. In Experiment 2, using modified implicit and explicit choice tasks, performance on the former was unaffected by statement valence, whereas the latter task was. Hence, positive priming was obtained for brand names previously shown with negative information. The results of the experiments are discussed in relation to both implicit memory and consumer choice.

Transfer effects in implicit memory and consumer choice

Two experiments investigated transfer effects in implicit memory and consumer choice, using a preference judgement task. Experiment 1 examined whether it is possible to obtain priming for unfamiliar food labels. Additionally, it investigated whether the experience of seeing a brand name with a particular product type would benefit subsequent processing of the brand name when linked with a different product type. Experiment 2 examined whether changes in modality between study and test would affect priming for unfamiliar brand names. Both questions are theoretically important, as well as pertaining to practical concerns in the consumer choice literature. Experiment 1 demonstrated significant priming for unfamiliar food labels, and established that priming was unaffected by changing the product type with which the brand name was associated. In Experiment 2, priming on both auditory and visual versions of the preference judgement task was reduced by changes in modality. The results and implications are discussed in relation to consumer choice and current theories of implicit memory.

Transfer across form and modality in implicit and explicit memory

Three experiments examined transfer across form (words/pictures) and modality (visual/ auditory) in written word, auditory word, and pictorial implicit memory tests, as well as on a free recall task. Experiment 1 showed no significant transfer across form on any of the three implicit memory tests,and an asymmetric pattern of transfer across modality. In contrast, the free recall results revealed a very different picture. Experiment 2 further investigated the asymmetric modality effects obtained for the implicit memory measures by employing articulatory suppression and picture naming to control the generation of phonological codes. Finally, Experiment 3 examined the effects of overt word naming and covert picture labelling on transfer between study and test form. The results of the experiments are discussed in relation to Tulving and Schacter's (1990) Perceptual Representation Systems framework and Roediger's (1990) Transfer Appropriate Processing theory.

New strings for old : the role of similarity processing in an incidental learning task

This paper reports three experiments that examine the role of similarity processing in McGeorge and Burton's (1990) incidental learning task. In the experiments subjects performed a distractor task involving four-digit number strings, all of which conformed to a simple hidden rule. They were then given a forced-choice memory test in which they were presented with pairs of strings and were led to believe that one string of each pair had appeared in the prior learning phase. Although this was not the case, one string of each pair did conform to the hidden rule. Experiment 1 showed that, as in the McGeorge and Burton study, subjects were significantly more likely to select test strings that conformed to the hidden rule. However, additional analyses suggested that rather than having implicitly abstracted the rule, subjects may have been selecting strings that were in some way similar to those seen during the learning phase. Experiments 2 and 3 were designed to try to separate out effects due to similarity from those due to implicit rule abstraction. It was found that the results were more consistent with a similarity-based model than implicit rule abstraction per se.

The relationship between implicit memory and implicit learning

Two distinctions in the human learning literature are becoming increasingly influential; implicit versus explicit memory, and implicit versus explicit learning, respectively. To date, these distinctions have been used to refer to apparently different phenomena. Recent research suggests, however, that the same processes may be underlying performance in the two types of task. This paper reviews recent results in the two areas and suggests ways in which the two distinctions may be related.

Combining representations in working memory: A brief report

A task combining both digit and Corsi memory tests was administered to a group of 75 children. The task is shown to share variance with standardized reading and maths attainments, even after partialling out performance on component tasks separately assessed. The emergent task property may reflect coordination skills, although several different refinements can be made to this general conclusion.

Working memory and working attention: What could possibly evolve?

The concept of “working” memory is traceable back to nineteenth century theorists (Baldwin, 1894; James 1890) but the term itself was not used until the mid-twentieth century (Miller, Galanter & Pribram, 1960). A variety of different explanatory constructs have since evolved which all make use of the working memory label (Miyake & Shah, 1999). This history is briefly reviewed and alternative formulations of working memory (as language-processor, executive attention, and global workspace) are considered as potential mechanisms for cognitive change within and between individuals and between species. A means, derived from the literature on human problem-solving (Newell & Simon, 1972), of tracing memory and computational demands across a single task is described and applied to two specific examples of tool-use by chimpanzees and early hominids. The examples show how specific proposals for necessary and/or sufficient computational and memory requirements can be more rigorously assessed on a task by task basis. General difficulties in connecting cognitive theories (arising from the observed capabilities of individuals deprived of material support) with archaeological data (primarily remnants of material culture) are discussed.

fMRI delineation of working memory for emotional prosody in the brain: commonalities with the lexico-semantic emotion network

Decoding emotional prosody is crucial for successful social interactions, and continuous monitoring of emotional intent via prosody requires working memory. It has been proposed by Ross and others that emotional prosody cognitions in the right hemisphere are organized in an analogous fashion to propositional language functions in the left hemisphere. This study aimed to test the applicability of this model in the context of prefrontal cortex working memory functions. BOLD response data were therefore collected during performance of two emotional working memory tasks by participants undergoing fMRI. In the prosody task, participants identified the emotion conveyed in pre-recorded sentences, and working memory load was manipulated in the style of an N-back task. In the matched lexico-semantic task, participants identified the emotion conveyed by sentence content. Block-design neuroimaging data were analyzed parametrically with SPM5. At first, working memory for emotional prosody appeared to be right-lateralized in the PFC, however, further analyses revealed that it shared much bilateral prefrontal functional neuroanatomy with working memory for lexico-semantic emotion. Supplementary separate analyses of males and females suggested that these language functions were less bilateral in females, but their inclusion did not alter the direction of laterality. It is concluded that Ross et al.'s model is not applicable to prefrontal cortex working memory functions, that evidence that working memory cannot be subdivided in prefrontal cortex according to material type is increased, and that incidental working memory demands may explain the frontal lobe involvement in emotional prosody comprehension as revealed by neuroimaging studies. (c) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Older adults encode-but do not always use-perceptual details: intentional versus unintentional effects of detail on memory judgments

Investigations of memory deficits in older individuals have concentrated on their increased likelihood of forgetting events or details of events that were actually encountered (errors of omission). However mounting evidence demonstrates that normal cognitive aging also is associated with an increased propensity for errors of commission-shown in false alarms or false recognition. The present study examined the origins of this age difference. Older and younger adults each performed three types of memory tasks in which details of encountered items might influence performance. Although older adults showed greater false recognition of related lures on a standard (identical) old/new episodic recognition task, older and younger adults showed parallel effects of detail on repetition priming and meaning-based episodic recognition (decreased priming and decreased meaning-based recognition for different relative to same exemplars). The results suggest that the older adults encoded details but used them less effectively than the younger adults in the recognition context requiring their deliberate, controlled use.

A preliminary investigation of the running digit span as a test of working memory

The objective of this study was to compare performance on different versions of the running span task, and to examine the relationship between task performance and tests of episodic memory and executive function. We found that the average capacity of the running span was approximately 4 digits, and at long sequence lengths, performance was no longer affected by varying the running span window. Both episodic and executive function measures correlated with short and long running spans. suggesting that a simple dissociation between immediate memory and executive processes in short and long running digit span tasks may not be warranted.