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il concetto di
memoria di lavoroe il suo ruolo negli apprendimenti
Sergio MorraUniversità di Genova
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motivi teorici :
Perché studiare la memoria di lavoro?
• Implicata nelle più diverse forme di ragionamento e di soluzione di problemi.
• Implicata in importanti acquisizioni nello sviluppo cognitivo.• Spiega in buona parte le differenze individuali nell’ intelligenza fluida.
• Probabilmente coinvolta nei disturbi dell’apprendimento e in aspetti dell’interazione fra cognizione ed emozione.
• Componente essenziale dell’architettura della mente, fondamentale per comprendere l’uomo come elaboratore di informazioni
motivi pratici :
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struttura della relazione
1. WM e intelligenza2. Terminologia3. Storia e stato attuale dei modelli della WM4. WM e apprendimento lessicale5. WM e comprensione di testi6. WM e strutture concettuali centrali
(narrativa, spaziale, quantitativa….)
7. WM, EF, disturbi di apprendimento8. Si può addestrare la WM?
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memoria di lavoro e intelligenza
- Kyllonen : forte correlazione fra capacità dellaWM e intelligenza fluida
- Engle : le differenze individuali nell’intelligenzafluida sono in buona parte spiegate dalledifferenze individuali nella capacità della WM(non STM e non risorse dominio-specifiche)
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(Engle, Kane & Tuholski, 1999)
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terminologia
- STM (memoria a breve termine): mantenerealcune informazioni per un breve tempo (secondi)
- WM (memoria di lavoro): mantenere alcuneinformazioni elaborandole, selezionandole, integrandole o trasformandole.
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terminologia
- compiti di STM / WM : distinzione descrittiva, checomporta solo minime assunzioni teoriche.
- funzioni di STM / WM : ci si chiede come la mente mantenga le informazioni e/o le elabori, senzanecessariamente presupporre che esistano componentispecifiche dedicate a questo scopo.
- strutture di STM / WM : si postula che esistanocomponenti specifiche (p. es. uno o più magazzini a breve termine) il cui ruolo è mantenere una quantitàlimitata di informazioni (ed eventualmente elaborarle)
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DUE METAFOREImmagazzinamento vs. Attivazione
Magazzini di memoria di breve durata, di capacità limitata, “contengono” le rappresentazioni delle informazioni utili al compito attuale.
Le rappresentazioni sono immagazzinate solo in memoria a lungo termine; risorse attentive di capacitàlimitata le mantengono “attivate” finché utili al compito attuale.
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- Prima della nascita della psicologia cognitiva la memoriaera concepita come un unico sistema. Le misure di span erano ampiamente usate e studiate, ma spiegate coi concetti allora disponibili (associazioni, interferenza…)
Preistoria
- Negli anni sessanta emergono modelli in cui vi è un magazzino di memoria a breve termine, che svolgerebbe anche la funzione di memoria di lavoro.
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* codifica, ripetizione, decisione, strategie di recupero
registri sensoriali
memoria a breve
termineoperazioni
di controllo*
memoria a lungo termine
input
risposte (output)
↓
→→
←
↓
Modello Modale(Atkinson & Shiffrin, 1968)
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- Ma anche nella preistoria della psicologia cognitiva l’immagazzinamento non era l’unica metafora. Miller (1956) si riferiva a una capacità di canale: quanta informazione viene trasmessa (e non immagazzinata).
Preistoria
- Negli anni settanta lo stesso Shiffrininizia a parlare della memoria a breve termine comeporzione attiva della memoria a lungo termine.
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- L’ipotesi di un singolo magazzino di memoria a breve termine viene criticata.
- Al suo posto si ipotizza una pluralità di magazzini a breve termine, distinti per modalità o tipo di informazioni conservate.
- Questi magazzini sono integrati in un sistema più complesso, che comprende anche una componente di controllo esecutivo (Baddeley & Hitch, 1974).
Storia antiqua
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Modello di Baddeley
Articulatoryloop
CENTRAL EXECUTIVE
Visuo-spatialsketch pad
→ →
←←
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registri sensoriali
memoria a breve
termineoperazioni
di controllo*
memoria a lungo termine
input
risposte (output)
↓
→→
←
↓
Il modello di Atkinson & Shiffrin…
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registri sensoriali
memoria a lungo termine
input
risposte (output)
↓
↓
…può essere aggiornato inserendoviquello di Baddeley
→→
←
Articulatoryloop
CENTRAL EXECUTIVE
Visuo-spatial
sketch pad
→ →←←
→
→
←
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Vantaggi del modello di Baddeley
- Adatto a spiegare le dissociazioni fra deficit neuro-psicologici acquisiti
- Adatto a spiegare la performance in esperimenti di doppio compito
→→
←
Articulatoryloop
CENTRAL EXECUTIVE
Visuo-spatial
sketch pad
→ →←←
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Revisione “anni ottanta”
Rehearsalprocess CENTRAL
EXECUTIVE
Visual→ →
←←
Phonological loop
Phonologi-cal store
Visuo-spatialsketch pad
Spatial
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Revisione “terzo millennio”
Rehearsalprocess CENTRAL
EXECUTIVE
Visual→ →
←←
Phonological loop
Phonologi-cal store
Visuo-spatialsketch pad
Spatial
Episodic Buffer
↓ ↑
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Svantaggi del modello di Baddeley
CENTRAL EXECUTIVE
Visual→ →
←←
Rehearsalprocess
Phonological loop
Phonologi-cal store
VSSP
Spatial
Episodic Buffer
↓ ↑
- Come si connette il central executive(di natura attentiva) coi vari magazzini?
- La capacitàdel meccanismo di rehearsal, determinata come “quanto è possibile ripetere in 1.5 - 2 secondi”, è stata falsificata.
- La capacità dei vari magazzini(tranne la componente di rehearsaldel loop fonologico) non èmai stata determinata.
modello obsoleto, anche se di grande importanza storica
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Baddeley, Thomson & Buchanan (1975):Word Length Effect (WLE)
Span = 0.17 + 1.87 Vel.Pron.
n. parole n. parole secondi parole/sec
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Come è stato falsificatoil modello del loop fonologico?
- Evidenze che il Word Length Effect esiste ma lo spannon è proporzionale alla velocità di articolazione (p.es. Hulme et al., 1991)
- Non la durata temporale ma la complessità fonologica spiega il WLE (p.es. Service, 1998; Tolan e Tehan, 2005)
- Una delle cause del WLE è l’interferenza dell’output (p.es. Cowan et al., 1992)
- Lo span è influenzato anche da variabili semantiche e grammaticali che non risentono della velocità di articolazione (p.es. Tehan e Humphreys, 1988).
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65432102,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
Exp. 1Exp. 2Exp. 3
Art. Rate
Sp
an
Span = 3.76 + 0.21 Art.RateSpan = 3.96 + 0.19 Art.RateSpan = 2.24 + 0.42 Art.Rate
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Brown & Hulme (1995). Modeling item lengtheffects in memory span: No rehearsal needed?
“ Il WLE rappresenta una correlazione fra durata dell’articolazione e prestazione di memoria, e la durata dell’articolazione inevitabilmente si confonde con altre caratteristiche delle parole. Le ricerche recenti hanno confermato che tale confusione èresponsabile per gran parte, forse per intero, del WLE” (Lewandowsky & Oberauer, 2008)
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se abbandoniamo i modelli componenziali,
a magazzini specifici, qual’è l’alternativa?
modelli in cui la WM è concepita come la
parte attivata della memoria a lungo termine
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Modello di Cowan
Memoria a Lungo Termine
Parte Attivata della MLT
Focus of Attention
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Cowan (1988)
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Modello di EngleWorking Memory =STM (activated portion of LTM) ++ Controlled Attention
- Una componente attentiva, domain-free, a capacitàlimitata , implicata nei processi controllati.
- Una memoria primaria o a breve termine, costituita dall’insieme degli elementi della MLT attualmente attivati.
- Strategiedi codifica, di raggruppamento e procedureutili a mantenere attivate tali rappresentazioni.
Componenti del modello
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Componenti del modello di Engle
La memoria a breve termine è costituita da elementi attivati della MLT. Diverse cause di attivazione, fra cui input recenti. Si possono richiamare automaticamente due o tre elementi presentati recentemente, ma se ve ne sono di più occorre attenzione controllata.
Le strategiedi codifica/raggruppamento e le proceduredi mantenimento sono dominio-specifiche.La loro messa in atto può richiedere risorse attentive in misura più o meno ampia, secondo il compito o il soggetto. AL e VSSP potrebbero essere due esempi di tali strategie o procedure.
La componente attentivasvolge funzioni di attivazione, retrieval, blocco dell’interferenza. Indicizzata talvolta da misure di span complessi, talvolta da compiti cognitivamente piùsemplici (anti-saccade, stroop). Le differenze individuali negli span complessi spiegano in gran parte le differenze individuali nell’intelligenza fluida.
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Modello di Pascual-LeoneE = executive schemes M = mental energyI = interruption
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e+ 715 - 16 anni
e+ 613 - 14 anni
e+ 511 - 12 anni
e+ 49 - 10 anni
e+ 37 - 8 anni
e+ 25 - 6 anni
e+ 1 3 - 4 anni
M capacityetà
Sviluppo della M capacity con l’età(Pascual-Leone, 1970)
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Sviluppo della M capacity con l’età
e+ 715 - 16 anni
e+ 613 - 14 anni
e+ 511 - 12 anni
e+ 49 - 10 anni
e+ 37 - 8 anni
e+ 25 - 6 anni
e+ 1 73 - 4 anni
626-36 mesi
518-26 mesi
412-18 mesi
38-12 mesi
24-8 mesi
11-4 mesi
schemi di livellosimbolico
schemisensomotorietà
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Altri modelli basati sull’attivazione
e sul controllo attentivo
- Anderson(Active Control of Thought)
- Barrouillet (Time-Based Resource Sharing)
…
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se accettiamo i modelli dell’attivazione, come
si spiegano le dissociazioni tra “magazzini”?
- le dissociazioni (fra conoscenze, strategie etc) esistono già in memoria a lungo termine
- in particolare il rehearsal non è un magazzinoa capacità limitata, ma una strategia o procedura
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Modello di Cornoldi
Co
ntin
uu
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ert
icale
(gra
do
di c
on
tro
llo d
ella
WM
)
Continuum orizzontale
(specificità di dominio)
verbale
visivo
spaziale
Immagazzinamentopassivo
Processi dicontrollo esecutivo
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Evidenze neuropsicologiche
- Negli anni settanta-ottantale dissociazioni fra deficitin pazienti con lesioni sono state interpretate a favore di una pluralità di magazzini specifici.
- Dagli anni novanta, però, le ricerche di brain imagingevidenziano l’impossibilità di dissociarei magazzini a breve termine dalla struttura della MLT e il ruolo dei processi attentivinel mantenimento a breve termine.
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Evidenze neuropsicologiche
- Ruchkin et al. (2003) “Working memory retentionsystems: A state of activated long-term memory”
I sistemi di memoria a lungo termine associati ai processori della corteccia posteriore forniscono le basi di rappresentazione necessarie alla WM. Non c’èragione di postulare sistemi neurali specializzati la cui funzione sia limitata a quella di magazzini a breve termine. La corteccia prefrontale fornisce il sistema di “ puntatori ” attentivi per mantenere l’attivazionenegli appropriati sistemi posteriori di elaborazione. La capacità di memoria a breve termine è determinata dai limiti al numero di “ puntatori ” che il sistema prefrontale di controllo riesce a sostenere.
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Evidenze neuropsicologiche
- Jonides et al. (2005) “Processes of working memoryin mind and brain”
Il mantenimento è mediato da quelle stesse strutture del cervello che elaborano l’informazione percettiva. Il rehearsal impegna una rete di aree del cervello che controllano anche l’attenzione a stimoli esterni.
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I modelli “a magazzini” sono storicamente
importanti, ma alla luce delle ricerche degli
ultimi 25 anni è preferibile focalizzarsi sull’uso
di risorse attentive e processi di controllo per
attivare o dis-attivare unità di rappresentazione
(schemi, chunk, procedure…)
CONCLUSIONE TEORICA
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WM e apprendimento lessicale
spiegazione “classica”(Baddeley, Gathercole & Papagno, 1998)
La capacità del loop fonologico,
indicizzata da compiti come la ripetizione di non-parole e il digit span,
spiega:
- l’apprendimento delle parole della propria madrelinguada parte deibambini piccoli
- l’apprendimento delle parole di lingue stranieredaparte di bambini più grandi e adulti
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- La ripetizione di non-parole misura davvero la capacitàdel loop fonologico? (Bowey, 1997)
- Perchènon usare la velocità di articolazione?
- Esiste davveroun loop fonologico di capacità limitata?
- Come spiegarel’effetto della conoscenza del vocabolariosull’acquisizione di nuovi vocaboli? (Gathercole et al, 1997)
e infine:
- Può un singolo meccanismo(il loop fonologico) fornireuna spiegazione adeguata?
problemi per la spiegazione “classica”
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- Bambini di 8-11 anni (III-V elem, n=161)
- Apprendimento di diversi tipi di non-parole associate a figure (apprendere nomi in una “lingua straniera”)
- brevi (2 sillabe) versus lunghe (4 sillabe)- fonologicamente legaliversus con 1 fonema russo
- Misure di diversi predittori potenziali:- M capacity (4 test)- Vocabolario (PMA)- Velocità di articolazione- Sensibilità fonologica(5 test)- Matrici di Raven- Digit Span
Esperimento (Morra & Camba, 2009)
Analisi preliminari:la ripetizione di non-parolesi raggruppa coi test di sensibilità fonologica, non col digit span o con la velocità di articolazione
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- La sensibilità fonologicaspiega l’apprendimento di tutti i tipi di non-parole, tranne quelle “italiane” brevi
- La conoscenza del vocabolario, viceversa, spiega solo l’apprendimento delle “italiane” brevi
- La M capacity spiega l’apprendimento delle non-parole brevi, ma non di quelle lunghe
- La spiegazione “classica” (in termini di capacitàdel loop fonologico) non è in grado di spiegare i risultati
- L’apprendimento lessicale è un terreno su cui sievidenzia la superiorità dei modelli di attivazionerispetto a quelli a magazzini
Conclusioni sull’apprendimento lessicale
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WM e comprensione di testi
- La comprensione di testi non correla con misure di STM, ma con misure di WM , siadominio-specifiche(reading span, listening span), siainerenti ad altri domini (operation span): Daneman & Carpenter (1980), Daneman & Hannon (2001).
- La correlazione tra WM e comprensione dei testi è positivaanche nei bambini, a partire dalla III classe(Seigneuric & Ehrlich, 2005)
Comprendere un testo comporta tenere presenti e integrarefra loro parecchie informazioni.
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- La comprensione di testi correla con misure di efficienzanell’inibire informazioni irrilevanti , con materiale siaverbale sia non verbale(Gernsbacher & Faust, 1991).
- I cattivi lettori in compiti di WM compiono più errori di intrusione di informazioni non rilevanti e hanno maggioredifficoltà ad aggiornare il contenuto della WM (De Beni et al, 1998; Palladino et al, 2001)
Comprendere un testo comporta selezionare le informazionirilevanti e scartare quelle irrilevanti dalla WM.
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- Anche in questo campo la rilevanza di ipotetici magazzinia breve termine è stata ben presto esclusa.
- Vi sono risultati che indicano un ruolo di risorse a capacità limitata per l’attivazione di informazioni ril evanti.
- Vi sono risultati che indicano un ruolo di processi di conrollo per l’ inibizione di informazioni irrilevanti e l’ aggiornamentodella WM.
- Le due ipotesi non sono necessariamente incompatibili.
- Possiamo attenderci sviluppi delle ricerche sulladialettica dei processi di attivazione e inibizionenella comprensione di testi di differenti tipi a diverse età.
Conclusioni sulla comprensione di testi
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WM e strutture concettuali centraliTeoria di Case (1992, 1998; Case & Okamoto, 1996)
Strutture concettuali centrali (SCC) = reti di rappresentazioni mentali, sia verbali che analogiche, siadichiarative che procedurali, che hanno un ruolo crucialenell’organizzare la comprensione di domini di conoscenzapiuttosto vasti ed eterogenei.
Esempi: SCC quantitativa, SCC narrativa, SCC spaziale.
Lo sviluppo di ogni SCC è legato allo sviluppo della WM, che permette il formarsi di SCC via via più complesse.
WM concepita come risorsa generale; il modello dellosviluppo della WM è simile a quello di Pascual-Leone.
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WM e sviluppo della SCC narrativa(Case & Mc Keough, 1990; Mc Keough, 1992)
3-4 anni (WM = 1) la struttura della storia si riduce a un semplicescript
5-6 anni (WM = 2) l’organizzazione tipica della storiainclude una situazione-problemae unaconclusione
7-8 anni (WM = 3) l’organizzazione tipica della storiainclude una situazione-problema, uno o piùeventiintermedi(p.es. tentativi di soluzione) e la conclusione
9-10 anni (WM = 4)iniziano a emergere storie con tramapiù strutturata (p.es. uno dei tentativi di soluzione sisviluppa in modo autonomo come una storia a sé)
In adolescenza, sviluppo della SCC narrativa rispetto allapsicologia dei personaggi(Mc Keough & Genereux, 2003)
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Le misure per l’età evolutiva della WM costruite in base ai modelli di Pascual-Leone e/o di Case predicono anche:
- la comprensione della falsa credenza(Keenan, Olson & Marini, 1998)
- lo sviluppo della comprensione delle emozioni(Morra, Parrella & Camba, 2010)
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la SCC spaziale nel disegno infantile(Dennis, 1992; Case et al, 1996)
(WM = 1) emergono i primi schemi grafici, ma la composizione non ha ancora una organizzazione spazialed’insieme
(WM = 2) l’organizzazione tipica della composizionesegue un asse(di solito quello orizzontale)
(WM = 3) l’organizzazione tipica della composizione èbiassiale(l’asseverticalepuò rappresentare l’altezza o la distanza)
(WM = 4) ulteriore elaborazione dell’uso dell’asseverticale (ad es. lontano = superiore→ piccolo)
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WM e assi spaziali nel disegno infantile(Morra, 2008)
Astrazione dell’asse orizzontale : 2 schemifig. obj.op. dir.
Astrazione degli assi ortogonali : 3 schemi
fig. obj.
op. dir.1
op. d
ir.2
fig.Obj. B
fig.Obj. A
op. dir.2
op. d
ir.1 op
. dir.
3
Astrazione dell’asse diagonale : 5 schemi
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WM e altri aspetti del disegno infantile(Morra, 2008a, 2008b)
Le misure per l’età evolutiva della WM costruite in base ai modelli di Pascual-Leone e/o di Case predicono anche:
- la progettazione del disegno di una scena e della collocazione dei suoi elementi nello spazio grafico
- la rappresentazione grafica di determinate relazioni spaziali (p.es. l’occlusione parziale)
- l’abilità di modificare uno schema grafico abituale allo scopo di rappresentare un particolare significato
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- La crescita della capacità della WM permette di costituire strutture concettuali successivamentepiù complesse in molteplici e fondamentali dominidi conoscenza.
Conclusioni su WM e strutture concettuali centrali
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WM, EF e disturbi di apprendimento
- Concezione tradizionale: I disturbi specifici di apprendimentodipendono dadeficit dominio-specifici.
- Conseguente abbondanza di ricerche sui deficit in compiti di WM con specifici materiali (spesso interpretate come deficit di uno specifico magazzino) (ma il deficit mnestico specifico è causao conseguenza dei deficit nei processi dominio-specifici?)
- Evidenza crescente che i bambini con disturbi specificidi apprendimento possono presentaredeficit anche in qualcherisorsa generale: executive functions, misure non dominio-specifiche di WM (p.es. Passolunghi & Siegel, 2001).
Problema: come integrare deficit specifici e generalinellaspiegazione dei deficit specifici di apprendimento?.
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bambini (7-12 anni) con disturbi specifici del linguaggio (SLI)(Im-Bolter & al, 2006)
- M capacitye Inhibition come capacità di base
- Updatinge Shiftingcome executive functions
- Influenza di M capacity sulle competenze linguistiche sia direttamente, sia attraverso la mediazione dell’updating
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Si può migliorare la funzionalità della WM?
- Filone di ricerca piuttosto recente, motivato anche dallescoperte su WM e intelligenza. È possibile migliorarel’intelligenza attraverso un lavoro di training della WM?
- Risposte non definitive, ma risultati promettenti:- negli adulti (Jäggi et al, 2008)- negli anziani (Borrella et al, in press)- in bambini con ADHD (Klingberg et al, 2002)- in bambini con deficit di WM (Holmes et al, 2009)
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sintesi teorica :Conclusioni
• Badare a non utilizzare, per l’apprendimento, compiti che eccedano le capacità di WM.
• Nella diagnosi non trascurare di misurare lacapacità di WM.• Usare strategie d’intervento mirate (cfr. Case)per facilitare l’apprendimento in bambini con deficit di WM.
• Eventualmente, introdurre training per stimolare la funzionalità della WM.
• I modelli della WM basati su concetti di attivazionee di risorse attentive, oltre a spiegare i risultati di esperimenti di laboratorio sulla memoria, spiegano bene anche il ruolo della WM in numerosi ambiti di apprendimento.
implicazioni pratiche :
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The EndSnæfellsjökull (Islanda)