Когнитивная гибкость: взаимосвязь семантической и исполнительной гибкости при переключении задач

Введение

Наша окружающая среда постоянно бомбардирует нас информацией, требуя от нас как сохранять фокус на relevant details, так и адаптировать наше поведение к изменяющимся условиям для эффективного достижения наших целей. Эта двойная способность crucial для повседневного функционирования, позволяя нам эффективно обрабатывать информацию, игнорировать отвлекающие факторы и принимать решения и предпринимать действия, которые наиболее beneficial в любой given ситуации. Эти процессы rely on когнитивному контролю (также referred to as исполнительному контролю или исполнительным функциям), family механизмов, которые organize мысли и действия для соответствия контексту и целям и generate appropriate responses, particularly в новых или complex ситуациях. Когнитивный контроль operates в нисходящем manner, направляя обработку информации и динамически balancing необходимость sustain task-relevant информацию при adjusting к новым demands.

Когнитивный контроль: стабильность и гибкость

Когнитивный контроль comprises два key компонента: когнитивная стабильность и когнитивная гибкость. Когнитивная стабильность actively maintains relevant task set в рабочей памяти, shielding его от distracting информации и supporting sustained focus. Гибкость, с другой стороны, enables rapid switching между task sets по мере изменения целей или environmental requirements, что становится increasingly critical в современном multitasking мире. Эти два компонента work in concert, чтобы позволить нам оставаться сфокусированными на relevant целях, одновременно seamlessly адаптируясь к varying обстоятельствам.

Парадигмы переключения задач

Исследователи typically investigate когнитивную гибкость using парадигмы переключения задач (task-switching paradigms), где participants должны выполнять две или более задач sequentially. Поскольку задача может change от одного trial к следующему, participants должны адаптироваться, switching между задачами по мере необходимости. Switching между задачами incurs performance costs из-за необходимости reconfiguring task set и/или resolving conflict от previous task set. Исследования с использованием парадигм переключения задач обычно измеряют эти costs, сравнивая performance в switch trials, где происходит изменение задачи, с repeat trials, где одна и та же задача выполняется consecutively. Этот эффект, termed стоимость переключения (switch cost), отражает способность к когнитивной гибкости: чем больше гибкость, тем меньше стоимость переключения.

Семантический контроль и гибкость

В то время как парадигма переключения задач хорошо established для исследования когнитивной гибкости, большинство версий typically rely on стимулам, которые lack семантической ценности или real-world meaning (т.е. простые геометрические фигуры, цифры и буквы). Это ограничение reduces экологическую валидность этих исследований, потому что они не fully capture, как мы гибко используем meaningful информацию в повседневной жизни. В reality мы frequently сталкиваемся с meaningful информацией, требующей гибкого использования семантических знаний на основе наших целей и контекста.

Например, слово «season» может иметь multiple значения в зависимости от контекста: добавление соли и перца в блюдо, создание антипригарного покрытия на сковороде при готовке или время года.

Гибкое interpretation таких значений involves семантический контроль (semantic control), который ensures, что только наиболее appropriate аспекты семантического representation dynamically accessed и prioritized в соответствии с текущим контекстом и целями.

Контролируемое семантическое познание (CSC)

Семантический контроль typically considered distinct от domain-general контроля (здесь и далее referred to as исполнительный контроль), поскольку он involves процессы, specifically tailored к управлению и manipulation семантической информации. Эта точка зрения relies на framework Контролируемого Семантического Познания (Controlled Semantic Cognition - CSC), который poses основу для нашего исследования. Согласно CSC, просто наличие системы, которая rigidly кодирует концептуальные знания как multimodal семантические representations, не является sufficient, когда эти representations need to be appropriately использованы.

Цели и методы исследования

В настоящем исследовании мы explore гибкость в both исполнительной и семантической domains. Для исполнительного контроля мы используем classical визуально-пространственную парадигму переключения задач, где participants switch между визуально-пространственными задачами, используя стимулы с minimal семантическим содержанием. Эти задачи rely on правила, основанные на визуальных и пространственных features. Для семантического контроля мы introduce новую семантическую парадигму переключения задач, где participants switch между задачами, involving семантические суждения, используя лингвистические стимулы, rich семантическим содержанием. Эти задачи rely on правила, которые engage различные семантические features стимулов.

Эксперимент 1

Участники выполнили две версии two-choice cued парадигмы переключения задач: исполнительную и семантическую версию. В обеих версиях две простые discrimination задачи были mixed, и participants должны были выполнять appropriate задачу на основе cue. Эти парадигмы переключения задач имеют identical структуру.

Исполнительное переключение задач

Чтобы исследовать исполнительную гибкость, мы выбрали использование парадигмы переключения задач цвет/форма, поскольку она frequently employed в предыдущих исследованиях investigating switching и mixing costs. Стимулами были либо red square, либо blue diamond, представленные в центре экрана.

Семантическое переключение задач

Мы также использовали семантическую парадигму переключения задач для tax семантического контроля. Эта парадигма имела identical структуру как исполнительная парадигма переключения задач, но varied в типе используемых стимулов, чтобы исследовать те же процессы контроля, но в семантической domain.

Результаты

Результаты revealed значительные costs переключения в обеих domains, с moderate-to-strong корреляцией между эффектами исполнительной и семантической гибкости, что suggests shared лежащие в основе mechanisms. Дополнительно, семантическая производительность была influenced лингвистическими и семантическими properties, highlighting сложность семантической processing.

Корреляция и надежность

Мы found moderatetostrong положительную корреляцию между effects стоимости переключения участников в двух domains, providing additional доказательства того, что, несмотря на apparent различия в magnitude, исполнительная и семантическая гибкость likely rely на shared лежащих в основе processes. Оценка internal reliability эффектов стоимости переключения была good для исполнительной domain и moderate для семантической domain.

Обсуждение

Адаптивное поведение relies на исполнительном контроле, traditionally viewed как domain-general способность. Однако недавние исследования suggest, что семантическая domain may engage specialized процессы контроля, termed семантический контроль, которые regulate извлечение и использование семантических знаний. Ключевой компонент контроля - это гибкость – способность switch между relevant task sets в рабочей памяти.

Наше исследование provides compelling доказательства для shared механизма когнитивной гибкости, operating across both исполнительной и семантической domains, одновременно highlighting domain-specific характеристики семантической гибкости. Это finding согласуется с нейровизуализационными результатами, показывающими involvement похожих областей мозга в обоих processes, с additional areas, specific для семантического контроля.

Заключение

В заключение, наше исследование provides убедительные доказательства общего механизма когнитивной гибкости, работающего в обеих областях - исполнительной и семантической, одновременно подчеркивая специфические характеристики семантической гибкости. Эта integrated perspective не только bridges разрыв между теориями исполнительного и семантического контроля, но также suggests более unified концепцию когнитивного контроля.