Warum verbessert sich die Fähigkeit des visuellen Arbeitsgedächtnisses mit zunehmendem Alter: mehr Objekte, mehr Funktionsdetails oder beides? Ein registrierter Bericht Teil 1

Abstrakt

Wir haben untersucht, wie sich das visuelle Arbeitsgedächtnis (WM) mit zunehmendem Alter in der frühen Grundschulzeit (6–7 Jahre), der frühen Adoleszenz (11–13 Jahre) und dem frühen Erwachsenenalter (18–25 Jahre) entwickelt. Die Arbeit konzentriert sich auf Veränderungen in zwei Bereichen Parameter: die Anzahl der zumindest teilweise erhaltenen Objekte und die Menge an Merkmalsdetails, die für solche Objekte gespeichert werden. Einige Hinweise deuten darauf hin, dass Kleinkinder sich ähnlich wie Erwachsene an bis zu drei Objekte erinnern können, kleine Kinder sich jedoch nur an etwa zwei Objekte erinnern. Diese merkwürdige, nicht-monotone Flugbahn lässt sich möglicherweise durch Unterschiede im Grad der Merkmalsdetails erklären, die für eine erfolgreiche Leistung in den Gedächtnisparadigmen von Kleinkindern und Kindern/Erwachsenen erforderlich sind.

Die Pubertät ist eine kritische Phase im Leben, die sich nicht nur auf die körperliche Entwicklung auswirkt, sondern auch tiefgreifende Auswirkungen auf das Gedächtnis hat. Die frühe Adoleszenz ist der Höhepunkt der Gehirnentwicklung. Lernen, Training und Bewegung spielen in dieser Zeit eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Verbesserung des Gedächtnisses.

Im frühen Jugendalter beginnt das Gehirn zu reifen und die Anzahl der Neuronen und Synapsen nimmt allmählich zu. Gleichzeitig werden sich in dieser Zeit auch die Lernfähigkeiten der Menschen verbessern, sodass es für junge Menschen einfacher wird, neue Kenntnisse und Fähigkeiten erfolgreich zu erlernen. Darüber hinaus kann durch entsprechendes Training und Bewegung das Potenzial des Gehirns weiter erforscht und stimuliert sowie die Gedächtnis- und Lerneffizienz verbessert werden.

Deshalb muss im frühen Jugendalter besonderes Augenmerk auf die Pflege und Ausübung des Gedächtnisses gelegt werden. Sie können Ihr Gedächtnis und Ihre Fähigkeiten verbessern, indem Sie mehr lesen, mehr Notizen machen und mehr Übungen machen. Gleichzeitig müssen Sie für ausreichend Schlaf und Ruhe sorgen, die für die Entwicklung des Gehirns und die Verbesserung des Gedächtnisses sehr wichtig sind.

Kurz gesagt, die frühe Adoleszenz ist eine Zeit, die der Entwicklung des Gehirns und der Verbesserung des Gedächtnisses förderlich ist. Wir sollten die Merkmale und Vorteile dieser Zeit aktiv nutzen, um durch entsprechendes Training und Bewegung unser Gedächtnis und unsere Lernfähigkeit zu verbessern und eine solide Grundlage für zukünftiges Lernen und Wachstum zu legen. Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen, und Cistanche deserticola kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche deserticola ein traditionelles chinesisches Arzneimittel ist, das viele einzigartige Wirkungen hat, darunter die Verbesserung des Gedächtnisses. Die Wirksamkeit von Hackfleisch beruht auf den verschiedenen darin enthaltenen Wirkstoffen, darunter Säure, Polysaccharide, Flavonoide usw. Diese Inhaltsstoffe können die Gesundheit des Gehirns auf verschiedene Weise fördern.

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Hier haben wir untersucht, ob Änderungen in einem von zwei Parametern (der Anzahl der Objekte und der Menge der für jedes Objekt erhaltenen Details) oder in beiden zusammen die Entwicklung der visuellen WM-Fähigkeit erklären können, wenn Kinder älter werden. Um es zu testen, haben wir die Anzahl der Feature-Detail-Teilnehmer variiert, die beibehalten werden müssen. Im Ausgangszustand sahen die Teilnehmer eine Reihe von Objekten und mussten lediglich angeben, ob ein Objekt an einem untersuchten Ort vorhanden war oder nicht. Dies beginnt mit einem Titrationsverfahren, um die Array-Größe jedes Individuums so anzupassen, dass etwa 80 % korrekt sind. Unter anderen Bedingungen testeten wir nicht nur die Erinnerung an den Standort, sondern auch an zusätzliche Merkmale der Objekte (Farbe und manchmal auch Ausrichtung). Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Kapazitätswachstum im Laufe der Zeit sowohl durch ein verbessertes Standortgedächtnis (ob sich ein Objekt an einem Standort befand) als auch durch die Vollständigkeit der Objektdarstellungen zum Ausdruck kommt.

Das Arbeitsgedächtnis (WM) ist das System, das mentale Repräsentationen für die Verarbeitung zur Verwendung in kognitiven Aktivitäten auf höherer Ebene bereithält (z. B. Logie & Cowan, 2015). Es wird angenommen, dass die WM-Kapazität ein entscheidender Faktor für die kognitive Entwicklung in der Kindheit ist (Bayliss, Jarrold, Gunn & Baddeley, 2003; Holmes, Gathercole & Dunning, 2010) und individuelle Unterschiede in den intellektuellen Fähigkeiten (Conway, Kane & Engle, 2003; Jarrold & Towse, 2006). Im Allgemeinen verbessert sich die WM-Leistung mit zunehmendem Alter der Kinder (z. B. Brockmole & Logie, 2013; Cowan, Fristoe, Elliott, Brunner & Saults, 2006; Cowan, Morey, AuBuchon, Zwilling & Gilchrist, 2010; Cowan, Naveh-Benjamin, Kilb & Saults, 2006; Gathercole, Pickering, Ambridge & Wearing, 2004; Isbell, Fukuda, Neville & Vogel, 2015; Riggs, McTaggart, Simpson & Freeman, 2006; Riggs, Simpson & Potts, 2011), und das Verständnis dieser Entwicklung hat wichtige Konsequenzen für den Bildungsbereich.

Beispielsweise kann die Fähigkeit von Kindern, Anweisungen zu befolgen, durch die WM-Kapazität eingeschränkt sein (Jaroslawska, Gathercole, Logie & Holmes, 2016). Trotz des Konsenses darüber, dass sich die WM-Fähigkeiten mit Erreichen des Erwachsenenalters verbessern, ist unklar, welcher Aspekt von WM diese Verbesserung vorantreibt. Zahlreiche Kandidatenprozesse wurden vorgeschlagen, getestet und abgelehnt. Beispielsweise scheint die WM-Entwicklung nicht durch die verbesserte Fähigkeit zur effektiven Aufmerksamkeitsverteilung (Cowan et al., 2010; Morey et al., 2010), verbesserte Objektkenntnis (Cowan, Ricker, Clark, Hinrichs & Glass, 2015) oder … angetrieben zu werden Reduzierte Einschränkungen bei der Speicherkodierung (Cowan, AuBuchon, Gilchrist, Ricker & Saults, 2011).

Hier konzentrieren wir uns auf zwei Faktoren, die die visuelle Verbesserung des WM mit zunehmendem Alter von der Grundschule bis zum Erwachsenenalter erklären könnten. Der erste Faktor, auf den wir uns konzentrieren, ist die Erhöhung der Anzahl von Objekten, die in WM beibehalten werden können, und der zweite ist die Menge an Merkmalsdetails, die für jedes Objekt beibehalten werden. Denken Sie darüber nach, wenn jemand ein Kind bittet, sich an drei Tiere zu erinnern: einen Vogel, einen Fisch und eine Giraffe. Um einen Vogel von einem Fisch zu unterscheiden, müssen sie sich auf bestimmte Merkmale dieser Objekte verlassen (haben sie Flügel, haben sie einen Schnabel?). Die Tiere können sich auch in Größe, Farbe und anderen Merkmalen unterscheiden. Es kann sein, dass es zu viel ist, sich drei verschiedene Objekte (oder Tiere) zu merken, und dass die Kinder eines der Tiere vergessen. Oder sie behalten etwas von jedem Tier, aber nicht alle Merkmale. Sie erinnern sich vielleicht daran, dass ein Tier gelb war, vergessen aber seine anderen Merkmale und erinnern sich daran, dass ein anderes Tier ein Vogel war, vergessen aber dessen Farbe.

Zahlreiche Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Erwachsene sich typischerweise an drei bis vier Elemente erinnern können, wenn es keine Möglichkeit gibt, die präsentierten Elemente in weniger, größere Blöcke zu kombinieren (Cowan, 2001; Luck & Vogel, 1997). Wenn jedoch die Komplexität der Elemente zunimmt, sind die Funktionsdetails nicht vollständig (Cowan, Blume & Saults, 2013; Hardman & Cowan, 2015; Oberauer & Eichenberger, 2013, siehe jedoch Luck & Vogel, 1997). Cowan et al. (2013) stellten Arrays farbiger Formen und das erforderliche Gedächtnis nur für Farben, nur Formen oder beides vor. Nach einer kurzen Aufbewahrungsfrist beurteilten die Teilnehmer, ob sich ein visuelles Array von einem präsentierten Vergleichsprobeelement unterschied („Änderung“) oder nicht davon unterschied („keine Änderung“).

Junge erwachsene Teilnehmer erinnerten sich unter allen Bedingungen durchschnittlich an etwa drei Gegenstände, wenn sie jedoch für beide Merkmale verantwortlich waren, vergaßen sie häufig entweder die Form oder die Farbe. Ähnliche Ergebnisse wurden für Objekte mit mehreren Merkmalen mit 4 bis 6 Merkmalen gefunden (Hardman & Cowan, 2015; Oberauer & Eichenberger, 2013). Obwohl es den Rahmen der vorliegenden Arbeit sprengt, kann es auch die Präzision des Gedächtnisses verringern, erwachsenen Teilnehmern die Verantwortung für zwei Merkmale statt nur für eines zu übertragen, beispielsweise die genaue Position auf einem Kreis, der mögliche Ausrichtungen oder Farben darstellt (Fougnie, Asplund & Marois, 2010). .

Wir stellten die Hypothese auf, dass die Anzahl der Objekte und die Merkmalsdetails dieser Objekte getrennten Entwicklungsverläufen folgen könnten, basierend auf einem faszinierenden Paradoxon in der Literatur zur Gedächtnisfähigkeit bei Säuglingen, Kindern und jungen Erwachsenen.

Während Erwachsene typischerweise Fehler machen, wenn die Anzahl der im Gedächtnis zu behaltenden Elemente mehr als drei bis vier Elemente beträgt (Cowan, 2001; Luck & Vogel, 1998), scheinen Vorschulkinder und Kinder, die gerade mit der Schule begonnen haben, nur in der Lage zu sein, sich nur etwa 2 bis 2,5 Elemente zu merken (z. B. Cowan et al., 2005; Cowan, Nugent, Elliott, Ponomarev & Saults, 1999; Riggs et al., 2006; Simmering, 2012). Überraschenderweise gibt es jedoch Hinweise darauf, dass sich 18-Monate alte Säuglinge an etwa drei Objekte erinnern können (z. B. Ross-Sheehy, Oakes & Luck, 2003; Zosh & Feigenson, 2015). Dies würde zu der beunruhigenden Schlussfolgerung führen, dass die Gedächtniskapazität bei kleinen Kindern mit zunehmendem Alter abnimmt. Diese Schlussfolgerung wäre jedoch ungerechtfertigt, da Studien andere Paradigmen verwenden als Studien zu MW bei älteren Kindern. Feigenson und Carey (2003; 2005) fanden beispielsweise heraus, dass 14-Monate alte Säuglinge nach der richtigen Anzahl von Gegenständen suchten, wenn bis zu drei Gegenstände versteckt waren. In solchen Säuglingsforschungen haben die Teilnehmer eine Gedächtniskapazität von drei zugeschrieben, indem sie sich einfach daran erinnerten, dass drei Elemente vorhanden waren.

Im Gegensatz dazu beinhalten Paradigmen, die bei älteren Kindern verwendet werden, typischerweise das Erkennen von Veränderungen an (oder die Reproduktion) von Gegenständen basierend auf Merkmalen wie Farbe, Form oder Ausrichtung (z. B. Burnett Heyes, Zokaei, van der Staaij, Bays & Husain, 2012; Cowan et al. , 2006; Heyes, Zokaei & Husain, 2016; Riggs, Simpson & Potts, 2011; Sarigiannidis, Crickmore & Astle, 2016) fordert von den Teilnehmern, sich an das zu erinnern, was sie gesehen haben, anstatt einfach anzugeben, dass sie etwas gesehen haben.

Tatsächlich sind die Schätzungen der Gedächtniskapazität niedriger, wenn man das Gedächtnis von Säuglingen auf Objektmerkmale untersucht. Zosh und Feigenson (2012) testeten, ob sich Säuglinge an Merkmale von Gegenständen erinnerten, indem sie versteckte Objekte, die der Säugling gesehen hatte, durch versteckte Gegenstände ersetzten, die er noch nicht gesehen hatte. Wenn sich Säuglinge an Merkmalsdetails erinnern, sollten sie bemerken, wenn ein Gegenstand durch einen anderen ersetzt wurde, und danach suchen der fehlende Gegenstand. Wenn sich Säuglinge im Gegensatz dazu nur daran erinnern, dass sie einen Gegenstand gesehen haben, aber nicht, was es war (dh kein Merkmalsdetail), würden sie den Wechsel nicht bemerken und daher nicht nach dem ursprünglichen Gegenstand suchen. Mithilfe dieses Ansatzes stellte Zoshand Feigenson fest, dass sich 18- Monate alte Kinder anscheinend an genügend Merkmalsdetails erinnerten, um zwischen Objekten zu unterscheiden (d. h. Identitätswechsel zu bemerken), wenn sie mit der Aufgabe betraut wurden, sich an ein oder zwei Objekte zu erinnern.

Den Säuglingen wurde erlaubt, die Gegenstände aus einem Behälter zu holen, und sie suchten weiter nach den erinnerten Gegenständen, als stattdessen die neuen Gegenstände im Behälter gefunden wurden, vermutlich in der Annahme, dass sich die alten Gegenstände noch dort befinden müssten. Wenn jedoch drei Objekte versteckt waren, schienen die Säuglinge solche Schalter nicht mehr zu bemerken, da sie aufhörten, nach drei Objekten zu suchen. Obwohl sie sich also an das Vorhandensein von drei Objekten erinnerten, schienen sie sich an Arrays mit drei Objekten mit weniger Funktionsdetails zu erinnern als Arrays mit zwei Objekten. Interessanterweise schien es den Säuglingen aufgefallen zu sein, als die Identitätsveränderung ausgeprägter war – die Forscher ersetzten einen Gegenstand durch eine nicht feste Substanz – sogar bei Satzgröße drei. Dies weist darauf hin, dass zwar einige Merkmalsdetails beibehalten wurden, die Darstellung jedoch möglicherweise zu schwach ist, um zwischen zwei festen Objekten zu unterscheiden, aber ausreichend, um deutlich unterschiedliche Darstellungen (z. B. ein festes und ein nicht festes Objekt) zu unterscheiden. Ähnliche Ergebnisse wurden bei Säuglingen im Alter von nur sechs Monaten gefunden, die sich anscheinend an die kategorische Identität (Kugel vs. Puppenkopf) eines versteckten Objekts erinnerten, sich aber nicht an seine Wahrnehmungsidentität (z. B. seine Farbe) erinnerten (Kibbe & Leslie, 2019).

Daher ist der deutliche Anstieg der WM-Fähigkeit vom Kleinkindalter bis zum Jugendalter zu beobachten (z. B. Cowanet al., 2006; Cowan et al., 2010; Cowan, Naveh-Benjamin, Kilb & Saults, 2006; Riggs et al., 2006; Riggs et al., 2011) beruht möglicherweise nicht auf der Fähigkeit, mehr Elemente zu behalten, sondern vielmehr auf einer größeren Anzahl von Merkmalsdetails, die für die erinnerten Elemente beibehalten werden. Unterschiede darin, was das „Erinnern an ein Objekt“ in typischen Säuglingsparadigmen ausmacht – im Vergleich zu Paradigmen, die bei Kindern und Erwachsenen verwendet werden – könnten diese kontraintuitive U-förmige Funktion der Gedächtniskapazität mit zunehmendem Alter erklären. Wenn Kinder wie Säuglinge in manchen Verfahren lediglich wissen müssen, ob etwas vorhanden ist (ohne sich an Merkmalsdetails zu erinnern), sollte ihre geschätzte Gedächtniskapazität (k) etwa drei Elemente betragen, ähnlich den Schätzungen, die für Säuglinge in den oben genannten Verfahren und junge Erwachsene in Tests erhalten wurden Verfahren wie unseres. Wenn ja, würde dies darauf hindeuten, dass die Anzahl der Objekte, die im Gedächtnis gehalten werden können, über die gesamte menschliche Lebensspanne hinweg konstant ist, die Menge an Details pro Element jedoch möglicherweise die mit der Entwicklung verbundene Gedächtnisverbesserung erklärt. In Übereinstimmung mit dieser Möglichkeit gehen Kinder, die nur ein oder zwei Elemente im visuellen WM behalten können, dennoch typischerweise davon aus, dass sie etwa drei Elemente im Kopf haben, wenn sie vor einem objektiven Test nach einer Reihe von Farben gefragt werden (Blume, 2018). In diesen Fällen erinnern sich die Kinder möglicherweise an bestimmte Objekte, bei denen sie nicht erkennen, dass sie das zu prüfende kritische Merkmal (im Verfahren von Blume die Farbe) nicht mehr behalten.

Wie diese Beispiele zeigen, ist die Messung des „Erinnerns an ein Objekt“ nicht unbedingt einfach. Tatsächlich ist die Beziehung zwischen Merkmalen und Objekten und der Platz, den sie im Arbeitsgedächtnis einnehmen, ein umstrittenes Thema. Einige Untersuchungen haben ergeben, dass unabhängig von der Anzahl der Merkmale pro Element eine bestimmte Anzahl von Elementen im Gedächtnis gespeichert werden kann (Luck & Vogel, 1997; Luria & Vogel, 2011; Vogel, Woodman & Luck, 2001). Andere haben dies jedoch herausgefunden Das Erinnern an zusätzliche Merkmale beeinträchtigt das Gedächtnis (Cowan et al., 2013; Cowan & Hardman, 2015; Oberauer & Eichenberger, 2013). Cowan und Hardman (2015) verwendeten ein ähnliches Paradigma wie wir und stellten fest, dass sowohl die Zunahme der Objektanzahl als auch die Funktionsbelastung das Gedächtnis bei erwachsenen Teilnehmern beeinträchtigten. Das Modell, das an alle drei dieser neueren Datensätze angepasst wurde, ist eines, bei dem es eine Begrenzung auf etwa drei Objekte und auch eine Begrenzung der Anzahl von Features pro Objekt für kurz dargestellte Arrays gibt. Durch Einbeziehung einer Grundbedingung, die titriert wird, um ein zu ergeben Da das Leistungsniveau in allen Altersgruppen konstant bleibt, wollen wir untersuchen, ob das Hinzufügen von zu merkenden Merkmalen zu jedem Objekt für jüngere Kinder größere Schwierigkeiten bereitet als für ältere Kinder oder Erwachsene.

Wir haben die Messung von erinnerten Objekten auf zwei Arten angegangen. Zunächst haben wir das Objektgedächtnis als Erinnerung daran gemessen, dass etwas an einem bestimmten Ort vorhanden war. Diese Etwas-daher-Implementierung orientiert sich eng an dem Konzept einer „Objektdatei“ (Kahneman & Treisman, 1984). Aus dieser Sicht werden visuelle Ereignisse mit Meldungen an eine Polizeistation verglichen, wo für jedes neuartige Ereignis eine neue Datei mit Angabe von Zeit und Ort erstellt wird. Anschließend können weitere Merkmale hinzugefügt werden (z. B. Details zum Verbrechen oder, für ein visuelles Objekt in unserer Studie, dessen Farbe und Ausrichtung). Unsere „War-etwas-da“-Frage ähnelt möglicherweise der Frage, ob eine Objektdatei erstellt wurde, vorausgesetzt, die Objekte bewegen sich nicht innerhalb eines Arrays.

Anschließend wurden manchmal zusätzliche Details untersucht, die der Objektdatei möglicherweise hinzugefügt wurden (Farbe und Ausrichtung). Diese Testreihenfolge passt zu der Idee, dass der Standort für den Zugriff auf bestimmte visuelle Merkmale verwendet wird (Nissen, 1985) und einen besonderen Status bei der Bindung visueller Merkmale hat (z. B. Kahneman, Treisman & Gibbs, 1992; Treisman & Zhang, 2006; Wheeler). & Treisman,2002). Selbst wenn die Wahrnehmung über eine solche ortsspezifische Objektdatei erstellt wird, ist es theoretisch möglich, dass bei einigen Objekten der Ort später vergessen wird, während die Farbe oder Ausrichtung des Objekts beibehalten wird. Tatsächlich deuten andere Untersuchungen darauf hin, dass Standort- und Merkmalsinformationen nicht unbedingt integriert sind.

Während der Ort für die anfängliche Wahrnehmungsbindung von entscheidender Bedeutung zu sein scheint, könnte der Sonderstatus des Ortes verloren gehen, sobald Repräsentationen in WM gebildet werden, das nach anderen Prinzipien als visuelle Aufmerksamkeit und Wahrnehmung funktioniert (z. B. Hedayati & Wyble; Logie, Brockmole & Jaswal, 2020). Bei einer zweiten Messung von Objekten im Speicher haben wir die Möglichkeit berücksichtigt, dass der genaue Standort falsch gespeichert werden könnte, während andere Merkmale gespeichert wurden, nämlich die Anzahl der Objekte, für die mindestens ein Merkmal gespeichert wurde (zusätzlich zur Verwendung der ersten Quantifizierung wurden Objektpositionen korrekt gespeichert).

Diese theoretische Frage, die wir gestellt haben, könnte orthogonal zu einigen anderen Fragen sein, die man zur Entwicklung von WM stellen könnte. Beispielsweise ist es möglich, dass sich die Geschwindigkeit der Aktualisierung der Darstellungen von Elementen im Arbeitsgedächtnis entwickelt (z. B. Gaillard, Barrouillet, Jarrold & Camos, 2011). Selbst wenn dies der Fall ist, kann man sich immer noch fragen, ob die Entwicklungsrate die Beibehaltung von mehr Elementen, mehr Funktionen pro Element oder beidem ermöglicht. Ebenso kann es zu entwicklungsbedingten Zuwächsen bei Wissen und Strategien kommen (z. B. Cowan, 2016), aber ihre Entwicklung würde nicht die Frage klären, ob die erzielten Fortschritte die Anzahl der WM-Darstellungen oder deren Detaillierung beeinflussen, wobei letztere bestimmen, ob die Darstellungen ausreichen, um experimentelle Antworten zu geben Testfragen.

Wir haben getestet, ob Entwicklungsveränderungen von der Kindheit zum Erwachsenenalter durch das Erinnern an mehr Objekte und/oder das Erinnern an Objekte mit umfangreicheren Merkmalsdetails vorangetrieben werden, indem wir die Teilnehmer gebeten haben, sich Objekte auf unterschiedlichen Ebenen der Merkmalskomplexität zu merken. Im Folgenden skizzieren wir, wie wir die Vollständigkeit von Objektdarstellungen konzeptualisiert haben, definieren die von uns verwendeten Begriffe und stellen die Schlüsselfragen vor, mit denen wir uns befasst haben.

Experimentelle Ziele und Hypothesen

Bei der praktischen Anwendung von Wissen über das Arbeitsgedächtnis, beispielsweise in der Bildung, besteht eine mögliche Möglichkeit, WM-Einschränkungen zu umgehen und das Lernen zu erleichtern, darin, die Präsentation von Materialien anzupassen, indem die Anzahl der Teile reduziert wird, die unabhängig voneinander im Gedächtnis gehalten werden müssen (siehe Cowan, 2014; Gathercole & Alloway). , 2007). Dazu ist es hilfreich zu wissen, ob die Anzahl der Chunks oder die Menge an Merkmalsdetails – oder beides – dazu führt, dass das WM von Kleinkindern überlastet wird. Zurück zum obigen Tierbeispiel: Wir wären daran interessiert, ob Einschränkungen beim WM von Kleinkindern verursacht werden nach der Anzahl der Objekte (Tiere) oder der Anzahl der Merkmale (der Merkmalskomplexität dieser Tiere). Mit einfacheren Objekten mit drei Merkmalen wollten wir zwei Fragen beantworten. Erstens: Erinnern sich Kinder an weniger Gegenstände? Zweitens: Beeinflusst die Erhöhung der Komplexität der Gedächtnisaufgabe (d. h. die Aufforderung an die Teilnehmer, sich mehr Funktionen pro Objekt zu merken) die Leistung über die gesamte Entwicklung hinweg gleichermaßen?

Wir haben die Hypothese getestet, dass sich mit der Entwicklung die Vollständigkeit der Objektdarstellungen verbessert, nicht jedoch die Anzahl der Objekte in WM an sich. Nach dieser Hypothese liegt der Grund dafür, dass kleine Kinder beim Merken von Anordnungen beispielsweise farbiger Quadrate schlechter abschneiden als Erwachsene (z. B. Cowan et al., 2005), darin, dass es sich bei den farbigen Quadraten um Objekte mit zwei Merkmalen handelt, bei denen Ort und Farbe die Unterscheidungsmerkmale sind , und Kinder erinnern sich möglicherweise an die Standorte von genauso vielen Objekten wie Erwachsene, während sie sich weniger Farben merken, oder sie erinnern sich möglicherweise an mindestens ein Merkmal (Ort oder Farbe) von genauso vielen Objekten wie Erwachsene, während sie sich insgesamt an weniger Merkmale erinnern.

Diese Hypothese der Merkmalsanreicherung von Entwicklungsveränderungen führt zu zwei Vorhersagen: (1) Unabhängig vom Alter sollte die Anzahl der Objekte, die zumindest teilweise in WM enthalten sind, etwa drei betragen, aber (2) bei solchen Objekten sollten jüngere Kinder schlechter in der Lage sein, sich an Merkmale zu erinnern (d. h. ihre Leistung wird stärker beeinträchtigt, wenn sie aufgefordert werden, sich zusätzliche Funktionsdetails zu diesen Objekten zu merken). Wir untersuchten entwicklungsbedingte Veränderungen dieser beiden Parameter (Anzahl der Objekte und Anzahl der Merkmale innerhalb von Objekten) mithilfe einer Version von Methoden, die zuvor bei Erwachsenen mit Objekten mit mehreren Merkmalen verwendet wurden (Cowan et al., 2013; Cowan & Hardman, 2015), die hier angepasst wurde das Studium der kindlichen Entwicklung.

Wichtig ist, dass wir eine grundlegende „War-etwas-da“-Bedingung einbezogen haben, wodurch unser Paradigma konzeptionell mit einigen verwendeten Forschungsergebnissen im Säuglingsalter in Zusammenhang gebracht wurde, um eine allgemeine Vergleichbarkeit mit Kapazitätsschätzungsmethoden in solchen Studien zu erreichen. Wir haben eine Aufgabe verwendet, bei der die Art der visuellen Darstellung immer gleich ist, bei der jedoch die für eine perfekte Aufgabenausführung erforderlichen Informationen variieren. Manchmal waren die Teilnehmer nur dafür verantwortlich, sich zu merken, ob ein Objekt an einer bestimmten Stelle auf dem Computerbildschirm vorhanden war (Grundlinie); in anderen Fällen, um sich die Position und Farbe von Objekten zu merken (eine zusätzliche Funktion); und noch ein anderes Mal, um sich den Standort, die Farbe und die Ausrichtung von Objekten zu merken (zwei zusätzliche Funktionen).

Der Vorteil dieses Designs besteht darin, dass die Wahrnehmungskomplexität von Erinnerungselementen unter allen Bedingungen identisch ist, was wichtig ist, da komplexere Elemente möglicherweise schwieriger zu merken sind, da es schwieriger ist, sie in einem begrenzten Zeitrahmen wahrzunehmen (Eng, Chen & Jiang, 2005). , ein Faktor, der außerhalb des Rahmens unserer Studie liegt. Die Teilnehmer ignorieren jedoch möglicherweise die Aufgabenanweisungen oder ziehen es vor, uns unabhängig von den Aufgabenanweisungen auf eine bestimmte Funktion zu konzentrieren. Eine solche bevorzugte Codierung sollte besonders im „Testblock mit einem Merkmal“ (in dem jedes der drei Merkmale untersucht werden kann) auffallen. Wir haben auch eine Kontrollanalyse einbezogen, um das selektive Weglassen des zweiten Merkmals zu erkennen (siehe Ergänzende Materialien, Abschnitt 2).

Spezifische Hypothesen und wie sie getestet werden

Hypothesen sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Dort geben wir nur Hypothesen an, bei denen sich die Bedingungen unterscheiden, aber für jede von ihnen können mit unseren Bayes'schen Inferenzmethoden auch Nullhypothesen nachgewiesen werden.

Erstens könnten wir gemäß einer Kapazitätssteigerungshypothese des Entwicklungswachstums feststellen, dass ältere Teilnehmer mehr Objekte in der Ortungsbedingung behalten (Hypothese H1A) und dass sich dieser Vorteil auf Ortungstests in jeder Bedingung erstrecken sollte (Hypothese H1B), ohne Anspruch auf Entwicklungsveränderung im Feature-Detail für gemerkte Objekte. Dies würde zu den Annahmen passen, dass die Verbesserung des WM im Kindesalter auf einer diskreten Zunahme der visuellen WM-Kapazität beruht, d Das kodierte Objekt bleibt mit dem Alter konstant. Beispielsweise verglichen Riggs und Kollegen (2011) die Gedächtnisleistung für Objekte mit einem und mehreren Merkmalen in drei Altersgruppen: 7--Jährige, 10--Jährige und Erwachsene.

Während sich Erwachsene an mehr Objekte erinnerten als kleine Kinder, führte die Multi-Feature-Bedingung in keiner Altersgruppe zu zusätzlichen Leistungsdefiziten im Vergleich zu Versuchen, bei denen sich nur ein Feature ändern konnte. Dies deutet darauf hin, dass sich die Anzahl der integrierten Multi-Feature-Objektdarstellungen in WM mit dem Alter veränderte. Allerdings konnte sich im Single-Feature-Zustand von Riggs et al. (2011) nur die Ausrichtung ändern, während im Multi-Feature-Zustand entweder die Farbe oder die Ausrichtung geändert werden konnte könnte sich ändern. Die Gedächtnisleistung für Farbe ist typischerweise besser als die für Orientierung (siehe Cowan & Hardman, 2015; Oberauer & Eichenberger, 2013; Peich, Husain & Bays, 2013). Tatsächlich schnitten Erwachsene von Riggs et al. im Gegensatz zu Cowan und Hardman (2015; siehe auch Oberauer & Eichenberger, 2013) auch unter den Einzel- und Multi-Feature-Bedingungen gleich gut ab.

Es ist möglich, dass eine allgemeine Steigerung des Farbgedächtnisses die nachteilige Wirkung der Erinnerung an zwei Merkmale überdeckte. Um diese Möglichkeit auszuschließen, haben wir in dieser Studie daher das Gedächtnis für einige Merkmale systematisch untersucht und gleichzeitig die Anforderung, sich an andere Merkmale zu erinnern, variiert. Zum Beispiel untersuchten wir das Gedächtnis für den Standort eines Objekts unter drei Bedingungen: wenn es nur daran erinnert werden muss, wenn Ort und Farbe erinnert werden müssen und wenn Ort, Farbe und Ausrichtung alle erinnert werden müssen.

Das zweite mögliche Ergebnis steht im Einklang mit der Feature-Enrichment-Hypothese des Entwicklungswachstums. Gemäß dieser Hypothese könnten alle Teilnehmer die gleiche Anzahl von Objekten behalten, ältere Teilnehmer würden jedoch mehr Funktionsdetails für jedes Objekt behalten. Für alle wurde erwartet, dass die Leistung des Standortspeichers sinken würde, da die Notwendigkeit, zusätzliche Funktionen beizubehalten, hinzukommt (Hypothese H2A). ), aber laut der Feature-Enrichment-Hypothese wird dieser Rückgang bei jüngeren Teilnehmern stärker ausfallen (HypotheseH2B). In ähnlicher Weise sollte das Farbgedächtnis abnehmen, wenn auch Orientierungsgedächtnis erforderlich ist (Hypothese H2C), und gemäß der Hypothese der Merkmalsanreicherung sollte dieser Rückgang bei jüngeren Teilnehmern steiler sein (Hypothese H2D).

Ein verbessertes Gedächtnis, das auf immer detaillierteren Darstellungen erinnerter Objekte und nicht auf einer Erhöhung der Anzahl von Objekten beruht, passt zu der Literatur, die darauf hindeutet, dass Säuglinge sich an drei Objekte gleichzeitig erinnern können (Oakes & Luck, 2013; Zosh & Feigenson, 2015), jedoch mit begrenzten Funktionen. Detail (siehe Zosh & Feigenson, 2012). Dieser Bericht könnte auch mit Berichten über Merkmalsbindungsdefizite bei kleinen Kindern im Vergleich zu Bedingungen übereinstimmen, bei denen nur ein Merkmal erforderlich ist (siehe Cowan et al., 2006; Lorsbach & Reimer, 2005). Wenn die Merkmalsanreicherungshypothese die Entwicklung des Arbeitsgedächtnisses vollständig erklärt, wird davon ausgegangen, dass frühere Erkenntnisse über eine mit zunehmendem Alter zunehmende Kapazität darauf zurückzuführen sind, dass jüngere Kinder häufiger das getestete Merkmal (z. B. Farbe) vergaßen, während sie immer noch wussten, wo sich etwa drei Objekte befanden.

Diese gegensätzlichen Ergebnisse (Kapazitätserhöhung vs. Feature-Anreicherung) können auf eine andere Art und Weise überprüft werden, die nicht vom Sonderstatus eines Features oder der gesamten Feature-Auslastung abhängt. Insbesondere umfasste in unserem letzten Testblock jeder Versuch nur eine Sonde, deren Standort, Farbe oder Ausrichtung dem Teilnehmer unbekannt sein konnte, bis die Sonde präsentiert wurde. Basierend auf diesem Versuchsblock könnten wir, wie später erklärt, ein aktuelles WM-Modell verwenden, um die Anzahl der Versuche zu schätzen, für die mindestens ein Merkmal bekannt ist, eine Art von k, das mit der Entwicklung zunehmen könnte (Hypothese H1C), und alternativ könnten wir das auch Schätzen Sie, ob die Gesamtzahl der bekannten Merkmale für zumindest teilweise bekannte Objekte mit der Entwicklung zunimmt (Hypothese H2D) (vgl. Cowan et al., 2013; Hardman & Cowan. 2015; Oberauer & Eichenberger, 2013).

Ein drittes mögliches Ergebnis besteht darin, dass ältere Teilnehmer mehr Objekte und mehr Funktionsdetails für diese Objekte behalten würden; Sowohl die Kapazitätssteigerungs- als auch die Feature-Enrichment-Hypothesen könnten richtig sein. Mit der Entwicklung von Kindern können beide Parameter zunehmen und zu einer verbesserten WM-Fähigkeit beitragen. In der Literatur gibt es ähnliche, wenn auch nicht identische Ergebnisse. Insbesondere haben neuere Arbeiten gezeigt, dass sowohl die Kapazität (die Anzahl der Objekte in WM) als auch die Präzision, mit der solche Objekte erinnert wurden, bei Erwachsenen bei einer festgelegten Größe von zwei Objekten größer waren als bei Kindern (Sarigiannidis, Crickmore & Astle, 2016). Auch beim Gedächtnis für Tonreihen wurde eine Zunahme sowohl der Anzahl der behaltenen Elemente als auch der Präzision mit zunehmendem Alter festgestellt (Clark et al., 2018). In ähnlicher Weise verbesserte sich die Gedächtnispräzision von Kindern bei der Wiedergabe der Ausrichtung von einem oder drei Balken mit zunehmendem Alter, wobei sowohl Querschnittsdaten (Burnett Heyes et al., 2012) als auch Längsschnittdaten (Heyes, Zokaei & Husain, 2016) verwendet wurden. Dieser Altersvorteil war bei einer Drei-Stab-Bedingung deutlich größer als bei einer Ein-Stab-Bedingung, was möglicherweise darauf zurückzuführen ist, dass die Anzahl der hochpräzisen Schlitze mit dem Alter zunahm. Wir haben die Präzision nicht untersucht und wissen nicht, ob die Präzision eines Merkmals bei der Entwicklung eine vergleichbare Rolle spielt wie das, was wir untersuchen, nämlich die Anzahl der Merkmale pro Objekt.

Schließlich könnten Kinder und junge Erwachsene theoretisch die gleichen Objekte und den gleichen Detaillierungsgrad behalten. Diese allgemeine Nullhypothese ist angesichts der bisherigen Forschung unwahrscheinlich, da junge Erwachsene in der Regel Kinder und Jugendliche bei visuellen WM-Aufgaben übertreffen (z. B. Brockmole & Logie, 2013; Cowan et al., 2005, 2006; Gathercole et al., 2004; Isbell et al., 2015; Riggs et al., 2006).

Methode

Vorgeschlagene Probeneigenschaften

Wir planten die Rekrutierung von 40 Kindern (6–7 Jahre alt), 40 frühen Jugendlichen (11–13 Jahre alt) und 40 Erwachsenen im College-Alter (18–25 Jahre alt). Diese Stichprobengröße wurde nach Simulationen der Bayes-Faktor-Designanalyse und der Simulation von Bayes'schen Seitenzähnen ausgewählt (Details siehe unten). Wenn darüber hinaus die Beweise für Altersunterschiede in k zwischen Altersgruppen (Hypothese H1A, Analyse 1) nicht schlüssig wären (definiert als ein Bayes-Faktor zwischen 0,33 und 3), würden wir 10 weitere Teilnehmer pro Altersgruppe rekrutieren und maximal zweimal erneut analysieren ( siehe Schönbrodt & Wagenmakers, 2018). Berechtigte Teilnehmer gaben an, über normales oder korrigiertes Sehvermögen und normales Farbsehen zu verfügen und fließend Englisch zu sprechen. Die Studie wurde von der örtlichen Forschungsethikkommission (Institutional ReviewBoard) der University of Missouri genehmigt. Alle Teilnehmer (oder bei minderjährigen Teilnehmern ihre Erziehungsberechtigten) gaben vor der Teilnahme eine Einverständniserklärung ab. In den ergänzenden Materialien (siehe Abschnitt 1) ​​beschreiben wir detaillierte Ausschluss- (und Ersetzungs-)Kriterien, basierend auf der Leistung in Bodennähe (unter 0,55 korrektes Verhältnis), in Deckennähe (über 0,97) und in der Leistung unter 90 % bei der Wahrnehmungsanpassungsaufgabe sowie das Scheitern der Aufgabe.

Zu sammelnde demografische Informationen

Die Teilnehmer und ihre Eltern oder Erziehungsberechtigten gaben ihr Alter (gemessen in Monaten) und ihr Geschlecht (weiblich, männlich, andere/ich möchte es nicht sagen) an, und wir werden das Durchschnittsalter und das Geschlechterverhältnis nach Altersgruppe angeben. Optionale demografische Informationen über die Rasse und die ethnische Gruppe der Teilnehmer wurden zum Zweck der Überwachung der Forschungsbeteiligung und für Bundesfinanzierungsanforderungen gesammelt, in dieser Studie jedoch nicht gemeldet oder analysiert.

Versuchsdurchführung

Überblick: Unser ursprünglicher Plan bestand darin, die Daten persönlich zu sammeln. Aufgrund der COVID-{0}}-Pandemie wurden die Daten jedoch online über einen Online-Videoanruf mit dem Experimentator erfasst. Daher erhielten die Teilnehmer nicht wie ursprünglich geplant Bücher und Aufkleber. Während der schriftlichen und mündlichen Einwilligungsverfahren erfuhren die Teilnehmer von der Barzahlung. Die Phasen des Experiments umfassten der Reihe nach Anweisungen und Engagement der Teilnehmer, eine Wahrnehmungsanpassungsaufgabe, die Titration von Satzgrößen, um den Schwierigkeitsgrad anzupassen, um individuelle Unterschiede im Fähigkeitsniveau zu berücksichtigen, und das eigentliche Experiment. Das Titrationsverfahren basierte auf einer Reihe von Katzen mit mehreren Merkmalen, gefolgt von einer Sondenposition, an der eine Katze platziert wurde oder nicht, wobei die Erkennung dieser Position getestet wurde. Das eigentliche Experiment umfasste Versuche mit Satzgrößen, die dem Titrationsergebnis entsprachen und um eins darüber lagen, unterteilt in Versuchsblöcke, wobei jeder Versuch eine Sonde (Testort), zwei Sonden (Testort und Farbe) und drei Sonden (Testort, Farbe und Ausrichtung) enthielt ) in dieser oder umgekehrten Reihenfolge. Abschließend absolviert jeder Teilnehmer einen Block, in dem bei jedem Versuch ein beliebiges Merkmal (Standort, Farbe oder Ausrichtung) untersucht wird. Wir gehen davon aus, dass die gesamte Testzeit einschließlich aller Prozeduren zwischen 45 und 55 Minuten dauern wird.

Anweisungen und Engagement der Teilnehmer: Vor Beginn des Experiments verwendet der Experimentator eine Titelgeschichte, um das Verständnis der Aufgabe und das Engagement zu verbessern. Sie werden den Teilnehmern sagen, dass wir Hilfe brauchen, um herauszufinden, welche Katzen auf einer Geburtstagsfeier Spaß hatten (war zum Beispiel eine Katze mit einem Hut dieser Farbe auf der Party?). Wenn die Sonde mit einem Element im Speicherarray übereinstimmt („die Katzen auf der Party“), sollten die Teilnehmer „JA“ drücken. Wenn sie sich von allen solchen Elementen unterscheidet, sollten sie „NEIN“ drücken.

Alle Teilnehmer sehen vor Beginn des Experiments Aufgabenanweisungen auf dem Bildschirm, während der Experimentator sie laut vorliest. Vor jedem neuen Versuchsblock werden außerdem schriftliche Anweisungen auf dem Bildschirm angezeigt (Einzelheiten zu den Teilnehmeranweisungen finden Sie in den ergänzenden Materialien, Abschnitt 8). Die Teilnehmer erhalten nach jedem Versuch Feedback; Ein grünes Häkchen ( ✓) zeigt richtige und ein hellrotes Kreuz (✗) falsche Antworten an. Außerdem sehen die Teilnehmer am Ende jedes Blocks zahlreiche grüne Häkchen auf dem Bildschirm, die alle richtig beantworteten Versuche darstellen, sowie einen beweglichen Fortschrittsbalken, der angibt, wie viel von der Studie sie abgeschlossen haben. Jüngere Teilnehmer erhalten zur weiteren Ermutigung Aufkleber. Ein Experimentator stand online über eine virtuelle Kommunikationssoftware für Fragen und Anregungen zur Verfügung.

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