Working memory and neuroplasticity in older people: a behavioural and neurofunctional approach

Tese de doutoramento em Psicologia Básica
Working memory training (WMT) has been used to promote neuroplasticity in older people and
tDCS has been proposed to boost WMT effects. Nevertheless, there is not robust evidence of WMT
effectiveness and the few studies assessing the combination of tDCS with WMT used cognitive tasks as
endpoints. However, the use of different markers, as the event-related potentials (ERPs), can be useful
to better understand the combined or individual effects of these interventions. Thus, the studies
presented in this dissertation aimed to assess WMT effects, as well as, the add-on effects of tDCS. Given
the need to use different endpoints to measures WMT-induced neuroplasticity, an additional aim was to
assess if the ERPs can be used as indexes of fluid intelligence (Gf), a commonly assessed constructed
to infer generalization of WMT.
In the first study, we presented a meta-analysis on the effects of WMT in healthy elderly. Small
significant and long-lasting gains were observed in working memory (WM), but not in short-term memory
(STM) and Gf tasks. Type of training tasks, the adopted outcome measures, the training duration, and
the total number of training hours moderated WMT effects. In the second study, we performed a
systematic review on the uses of tDCS to boost WM in healthy older adults. The studies suggest that
tDCS may modulate WM in this population, improving the accuracy and shortening the reaction time. In
the third study, we performed a randomized double-blind controlled experiment to evaluate the effects
of 5-day WMT coupled with tDCS in healthy older adults. Fifty-four participants were assigned to one of
three groups: 1) WMT (dual n-back task)+active tDCS (atDCS); 2) WMT+sham tDCS (stDCS); or 3) sham
task + sham tDCS. During the training, both groups that performed the dual n-back task (WMT+atDCS;
WMT+stDCS) improved throughout sessions, with no significant differences between them. However,
the “WMT+atDCS” was the only group that presented gains in Gf and verbal STM after training (i.e., next
day after the intervention) and at follow-up (i.e., 15 days follow-up). Finally, in the fourth study, we
explored whether ERP components (i.e., P2, P3b and the LPC - late positive complex) are associated
with Gf in the elderly. Fifty-seven participants performed a continuous performance task and a visual
oddball paradigm while EEG was recorded. They were divided into high-performance (HP) and low performance (LP) groups according to their performance in the Raven’s Advanced Progressive Matrices
test (RAPM). HP group presented significant higher LPC amplitudes in the CPT and shorter P3b latencies
in the oddball task when compared to the LP group.
O treino da memória de trabalho (WMT) tem sido usado para promover neuroplasticidade em
idosos e a ETCC tem sido adotada para potencializar seus efeitos. No entanto, não há evidências
robustas da eficácia do WMT e os poucos estudos que avaliaram a combinação da ETCC com o WMT
usaram tarefas cognitivas como medidas. O uso de diferentes marcadores, como os potenciais
evocados (ERPs), pode ser útil para entender melhor os efeitos dessas intervenções. Assim, os estudos
desta dissertação objetivaram avaliar os efeitos do WMT, bem como, os efeitos adicionais da ETCC.
Dada a necessidade de usar diferentes parâmetros para mensurar a neuroplasticidade induzida pelo
WMT, um objetivo adicional foi avaliar se os ERPs procedem como índices de inteligência fluida (Gf),
um construto comumente avaliado para inferir generalização do WMT.
No primeiro estudo, apresentamos uma meta-análise sobre os efeitos do WMT em idosos. Foram
observados pequenos e duradouros ganhos na memória de trabalho (WM), mas não na memória a
curto prazo (STM) e Gf. O tipo de tarefas treinadas, as medidas adotadas e a duração/número total de
horas de treino moderaram os efeitos. No segundo estudo, realizamos uma revisão sistemática sobre
o uso de ETCC para melhorar a WM em idosos saudáveis. Os estudos sugerem que a ETCC pode
modular a WM nessa população, aumentando a precisão e reduzindo o tempo de reação. No terceiro
estudo, foi realizado um experimento aleatório duplo-cego para avaliar os efeitos do WMT associados à
ETCC. Cinquenta e quatro idosos foram designados para um de três grupos: 1) WMT (tarefa dual n-back) + ETCC ativa (aETCC); 2) WMT + sham ETCC (sETCC); ou 3) tarefa placebo + sham ETCC.
Durante o treino, os dois grupos que realizaram a tarefa dual n-back (WMT+aETCC; WMT+sETCC)
melhoram ao longo das sessões, sem diferenças significativas entre eles. No entanto, o "WMT + aETCC"
foi o único grupo que apresentou ganhos na Gf e STM após o treino e no seguimento de 15 dias. Por
fim, no quarto estudo, exploramos se os componentes dos ERPs (P2, P3b e LPC – late positive complex)
estão associados à Gf. Cinquenta e sete idosos realizaram uma tarefa de desempenho contínuo (CPT)
e um oddbball visual enquanto o EEG era gravado. Participantes foram divididos em grupos de alto
desempenho (HP) e baixo desempenho (LP) de acordo com seu desempenho na Matrizes Progressivas
Avançadas de Raven (RAPM). O grupo HP apresentou amplitudes superiores no LPC evocado pela tarefa
CPT e latências mais curtas na P3b evocada pela oddball quando comparado com o grupo LP.
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