Neural correlates of proactive interference and attentional control over working memory in healthy aging

Tese de Doutoramento em Psicologia Básica
Teorias do envelhecimento cognitivo sugerem que o declínio de funções cognitivas no envelhecimento saudável está associado a um controlo inibitório reduzido. Na presente dissertação, estudou-se como a
resolução da interferência proativa (PI) se altera no envelhecimento saudável, usando-se uma
abordagem multimodal. Desta forma, analisamos efeitos da PI no sinal do eletroencefalograma (EEG) e
imagens de ressonância magnética funcional (IRMf) durante uma tarefa de 'Recent Probes' em grupos
saudáveis de adultos jovens (18-39 anos) e adultos mais velhos (53-76 anos). Os estudos apresentados
nos capítulos III, IV e V mostraram que os adultos jovens exibiram maiores efeitos de PI do que os adultos
mais velhos, o que provavelmente se deve à dificuldade geral que os adultos mais velhos demonstraram
na tarefa. No capítulo III, foi realizada uma análise de componentes principais dos dados de EEG obtidos
durante a tarefa, que mostraram alterações ligadas à idade no processamento da familiaridade e um
aumento da monitorização do desempenho no grupo de adultos mais velhos. Além disso, os resultados
sugerem que o recrutamento de recursos neurais para a recuperação de informação contextual se
encontra preservado no envelhecimento saudável. No capítulo IV é apresentada a análise de dados de
EEG no domínio tempo-frequência. Os resultados evidenciaram maior potência na frequência theta (4-8
Hz) na condição de alta-PI do que na de baixa-PI nos adultos jovens, sugerindo um papel do controlo
inibitório na resolução da PI. Adicionalmente encontramos evidência de uma modulação reduzida de
potência de theta em adultos mais velhos, devido a ineficiência dos mecanismos oscilatórios que apoiam
o controlo cognitivo. A análise ao nível das fontes da atividade de EEG documentou que os adultos mais
velhos recrutaram áreas cerebrais adicionais para compensar a dificuldade que experimentaram na
tarefa. No capítulo V apresentam-se os principais resultados derivados da análise de dados de IRMf
durante a tarefa, onde se evidenciou uma maior ativação na condição de alta-PI nas regiões cerebrais
frontais e parietais, sugerindo diferenças relacionadas com a idade na seleção de respostas e na
monitorização de erros durante a resolução da PI. Também encontramos evidências que sugerem que,
dependendo da capacidade da memória de trabalho, o envelhecimento afeita a recuperação de
informação visual durante a resolução da PI. Com esta dissertação, pretendemos ampliar o
conhecimento sobre a atividade neural necessária para compensar a diminuição da eficiência neural
que se observa no envelhecimento, e desta forma contribuir para as teorias de envelhecimento cognitivo.
Theories of cognitive aging suggest that declines in cognitive functions such as working memory (WM) in healthy aging are due to decreased inhibitory control. The present thesis used a multimodal approach to
study how the resolution of proactive interference (PI) changes in healthy aging. To carry out this aim,
we analysed PI effects with electroencephalogram (EEG) and functional magnetic resonance imaging
(fMRI) during a Recent Probes task in groups of young (18-39 years) and old (53-76 years) healthy adults.
The studies presented in chapters III, IV and V found young adults to show greater PI effects than old
adults in reaction time and accuracy, which was likely due to a general difficulty that old adults had
performing the task. Chapter III presents temporo-spatial principal component analysis of EEG data
recorded during the Recent Probes task and found age differences in PI effects that suggest alterations
of the neural correlates of familiarity processing and performance monitoring in old adults, while the
neural correlates of retrieving contextual information was preserved in old adults. Chapter IV describes
analyses of EEG data in the time-frequency domain. The results showed young adults to produce greater
power in the theta frequency band (4-8 Hz) in conditions of high-PI compared to low-PI, suggesting the
possible role of inhibitory control in PI resolution. We also found evidence of reduced modulation of theta
power activity in old adults, suggesting reduced efficiency of the oscillatory mechanisms supporting
cognitive control. Source level analysis of the EEG time-frequency data found evidence to suggest old
adults recruited additional brain areas to attempt to compensate for the difficulty observed during the
task. Chapter V portrays an analysis of fMRI data during the Recent Probes task, which showed a network
of frontal and parietal brain regions to be sensitive to PI, all of which showed greater activation in
conditions of high-PI compared to low-PI. Age differences in PI effects at the neural level suggested age
differences in biasing response selection and error monitoring when overcoming PI, and that these effects
were not due to WM ability. We also found evidence to suggest that, depending on WM ability, aging
affects the retrieval of visual information during PI resolution. With this dissertation, we aimed to improve
our understanding on the recruitment of neural activity as compensation for reduced cognitive control
and neural efficiency in healthy aging, in order to contribute to theories of cognitive aging.
Thank you to my family and friends for your presence, thank you to Prof. Dr. Adriana Sampaio and Dr.
Diego Pinal and the Psychological Neuroscience Lab for your time and patience, thank you to Prof. Dr.
Mercedes Atienza and Prof. Dr. Jose Luis Cantero and the Functional Neuroscience Lab at the University
Pablo de Olavide for hosting me, thank you to the Centre of Investigation in Psychology (CIPsi) at the
University of Minho and the Foundation for Science and Technology (FCT; funding reference:
PD/BD/114367/2016) for giving me the opportunity to work and live in Portugal, it has been a privilege.