A memória para a ordem dos eventos em uma sequência está relacionada com muitos domínios cognitivos, como direcionar o comportamento a um objetivo, reconhecer uma ação e prever eventos do ambiente. A codificação da ordem serial tem sido, portanto, um tema polêmico a ser explicado pelos modelos de memória de trabalho visuoespacial. Neste estudo investigamos a codificação incidental da ordem serial de eventos em tarefas de reconhecimento de sequências, nas quais a dimensão relevante para a resposta poderia ser a aparência visual, a localização espacial ou a conjunção visuoespacial dos eventos. A tarefa exigia que os participantes (n=60) detectassem uma mudança em um dos estímulos da sequência e ignorassem mudanças na dimensão irrelevante: a ordem na qual os eventos eram apresentados. De maneira geral, o desempenho foi mais prejudicado nas sequências em que a ordem dos itens mudava. A comparação das três condições de memória (aparência visual, localização espacial e conjunção visuoespacial) revelou que houve melhor desempenho na tarefa espacial. Nesta condição, ocorreu uma interação entre os fatores mudança na dimensão relevante (localização espacial) e mudança na dimensão irrelevante (ordem serial). Estes resultados revelam que a ordem foi codificada de forma incidental com as informações relevantes para a tarefa. A diferença do efeito da mudança da dimensão irrelevante para os três tipos de sequências sugere que a ordem foi codificada em um estágio inicial do processamento de informações e, por isto, incluída na comparação de características, gerando diferentes padrões de respostas conforme a modalidade do estímulo. A interação entre localização e ordem serial indica que a informação espacial foi registrada de maneira integrada à ordem dos eventos na sequência, em uma representação espaço-temporal unitária. Supõe-se que um mecanismo de manutenção da informação espacial tenha operado recitando os eventos na ordem em que foram apresentados na sequência. Considera-se, também, a possibilidade de a apresentação sequencial dos estímulos ter gerado uma representação visuoespacial baseada em uma organização temporal das informações. Neste caso, é provável que um mecanismo de integração de informações tenha operado para realizar a interface entre uma estrutura temporal previamente armazenada na memória de longo prazo e o conteúdo da memória de trabalho. Estes achados sugerem a existência de um sistema responsável pela conjunção de informações de diferentes dimensões e integração de conteúdos da memória de trabalho e memória de longo prazo. As evidências obtidas neste estudo têm implicações em diferentes áreas do conhecimento. Na perspectiva da psicologia cognitiva experimental são discutidos os modelos atuais de memória de trabalho. No âmbito da psicologia cognitiva aplicada são fornecidos subsídios teóricos para o desenvolvimento de ferramentas diagnósticas para caracterização de déficits de aprendizagem e lesões neurológicas relacionados com o processamento de sequências de informações visuoespaciais. Além disso, é possível estabelecer uma relação entre os processos de memória e os mecanismos de organização do comportamento em contextos clínicos. / The memory for the events order in a sequence is related to many cognitive domains, such as managing behavior to a goal, to recognize an action and anticipate events in the real world. The encoding of serial order has been a controversial topic to be explained by the models of visuospatial working memory. We investigated the incidental encoding of events serial order in recognition tasks sequences, in which a relevant dimension to the response could be the visual appearance, the spatial location or visuospatial conjunction of events. The task required that participants (n = 60) to detect a change in a sequence of stimuli and ignore changes in irrelevant dimension: the order in which events were presented. In general, performance was more impaired in the sequences where the order of items changed. The comparison of the three memory conditions (visual appearance, spatial location and visuospatial conjunction) revealed that there was better performance in spatial task. In this condition, there was an interaction between change in the relevant dimension (spatial location) and change in the irrelevant dimension (serial order). These results show that the order was codified indirectly with relevant information to the task. The difference in the effect of changing the dimension irrelevant to the three types of sequences suggests that the order was codified in an early stage of information processing and, therefore, included in feature comparison, generating different patterns of responses depending on the modality of the stimulus. The interaction between location and serial order indicates that the spatial information was registered in an integrated manner to the order of events following in a unitary space-time representation. It is assumed that a mechanism for maintenance of spatial information has operated reciting the events in the order they were presented in sequence. It is considered also the possibility that the sequential presentation of stimuli have generated a visuospatial representation based on information temporal organization. In this case, it is likely that a mechanism of information integration has operated to achieve the interface between a temporal structure previously stored in long-term memory and the contents of working memory. These findings suggest the existence of a system responsible for the combination of information from different dimensions and integration of working memory contents and long-term memory. Data obtained in this study have implications in different areas of knowledge. In view of experimental cognitive psychology current models of working memory are discussed. Within the cognitive psychology applied theoretical support are provided for the development of diagnostic tools for characterizing learning deficits and neurological injuries related to the processing of visuospatial information sequences. Furthermore, it is possible to establish a relationship between memory processes and the mechanisms of organization of behavior in clinical settings.

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The current thesis has two aims to further the understanding of the cognitive underpinnings that are involved in word-learning and language processing. One aim is to understand how individuals are able to make temporary phonological and serial order representations of new words in language and non-language domains. The second aim is to investigate whether the mechanisms involved in maintaining temporary nonverbal and serial order representations are related to verbal short-term abilities. We created four behavioural tasks to determine the processing of phonological short-term memory information, nonverbal short-term memory information, serial order short-term memory information and rhythmic short-term memory. We used 30 adult Spanish-English bilinguals as the target population to also investigate whether individual language abilities in two spoken languages affect the learning of words in a foreign language with distinct prosody and phonology. The first correlational analysis revealed that performance on a serially ordered verbal short-term memory task that involved a language of unfamiliar prosody and phonology was strongly predicted by performance on two serially ordered verbal short-term memory tasks that involved languages of familiar prosody and phonology. A second correlational analysis showed that tasks that tapped into individuals’ memory for serial order in the verbal, nonverbal and rhythmic domains were weakly associated with one another. In a third correlational analysis, it was shown that individuals’ lexical knowledge of Spanish was not a predictor of their performance on a measure of their serially ordered verbal short-term memory abilities. Multiple linear regression analyses found that none of the tasks that were used to measure individuals’ abilities for processing serial order information in the verbal, nonverbal and rhythmic domain were strong predictors for foreign-word learning. Overall, the results show promising findings for the tasks that tapped into serial order short-term memory for verbal information. However, they also suggest that the nonverbal and rhythm tasks may not be reliable measures of the constructs we were hoping to study. Future work should adjust the tasks to ensure we are properly tapping into individuals’ serial order abilities in the nonverbal and rhythm domains. / Thesis / Master of Science (MSc)

No modelo dos multicomponentes da memória de trabalho o problema do armazenamento da ordem serial de eventos visuais e espaciais ainda é muito discutido. A literatura sugere que recursos do executivo central (o sistema de controle atencional da memória de trabalho) são utilizados para manter a representação da posição serial dos estímulos visuais e espaciais na memória. Mais precisamente, é proposto que a função executiva de atualização de informações esteja envolvida com este processo. Esta função promoveria a modificação contínua da representação mental conforme a entrada de novas informações no sistema cognitivo. Entretanto, não está esclarecido se ocorre uma dissociação visual e espacial no uso de recursos da função executiva de atualização de informações para o registro da ordem serial. O objetivo do presente estudo foi verificar o envolvimento da função executiva de atualização da informação na memória para a ordem de eventos visuais e espaciais. Os participantes foram estudantes universitários (n = 71) que realizaram as tarefas de memória delineadas segundo o paradigma de tarefas duplas. Neste procedimento as tarefas primárias de memória visual e espacial foram combinadas a tarefas secundárias executivas de tempo de reação de escolha (CRT) e tarefas que exigiam recursos de atualização da informação (tarefa de tempo de reação de escolha para um item anterior CRT-1). Na tarefa CRT o participante deveria julgar dois tons auditivos como sendo de alta ou baixa frequência. Na tarefa CRT-1 esta resposta deveria ser atrasada em um item, ou seja, a resposta ao estímulo n só deveria ser dada quando o estímulo n + 1 fosse apresentado. As tarefas secundárias eram realizadas durante a apresentação dos estímulos e no intervalo de retenção das tarefas primárias. No primeiro experimento a capacidade máxima de armazenamento espacial e visual (span) de cada participante foi estabelecida em sessão pré-teste, e no segundo experimento o participante memorizou sequências de três a sete itens. Os resultados mostraram que, de modo geral, o desempenho dos participantes nas tarefas primárias foi prejudicado mediante a interferência na função de atualização de informações. As semelhanças entre a memória serial visual e a memória serial espacial foram: curvas de posição serial caracterizadas por primazia e recência; predominância de erros de transposição de deslocamento em um item da posição correta; efeito prejudicial do aumento do tamanho da sequência; queda do desempenho quando recursos executivos são reduzidos, principalmente os designados a sustentar a função executiva de atualização da informação. As diferenças entre os dois tipos de representação serial em geral foram: menor capacidade e precisão na representação de itens na memória visual em comparação à espacial; a memória visual é mais susceptível ao aumento da quantidade de itens para retenção e para este tipo de armazenamento não há uma diferenciação clara entre os efeitos dos dois tipos de interferência executiva (CRT e CRT-1), como pôde ser determinado para a tarefa espacial. Conclui-se que recursos executivos de atualização da informação participam dos mecanismos envolvidos com o registro da ordem serial dos eventos visuais e espaciais de maneira integrada aos recursos específicos do armazenador visuoespacial. Sugere-se que a memória visual conta com um mecanismo de registro da ordem serial semelhante à memória espacial, sendo que as diferenças entre os dois padrões de desempenho são atribuídas às especificidades no registro da identidade dos itens, e não na manutenção da ordem serial dos mesmos. Implicações para a compreensão da interação funcional entre recursos de armazenamento e processamento da informação na memória de trabalho são discutidos. / In the multicomponent model of working memory is still unclear how the serial order of visual and spatial events is retained in memory. The literature suggests that the central executive resources (the attentional control system of working memory) are used to maintain the representation of serial position. More precisely, it is proposed that the executive function of updating information is involved with this process. This function makes continuous modification of mental representation to accommodate new information in the cognitive system. However, until now had not yet been determined whether there is a visual-spatial dissociation in use of executive function of updating information for the registration of serial order. The aim of this study was to investigate the involvement of the executive function of updating information in memory for the order of visual and spatial events. Participants were undergraduate students (n = 71) who performed memory tasks designed under the paradigm of dual-tasks. In this procedure the primary tasks of visual and spatial memory were combined with secondary executive tasks of choice reaction time (CRT) and tasks that occupied resources required to update the information (one-back choice reaction time CRT-1). In the CRT task the participant should judge two auditory tones as high or low frequency. In CRT-1 task this response should be delayed in one item, that is, the response to the n stimulus should only be given when the n + 1 stimulus was presented. The secondary tasks were performed during the presentation of the stimuli and the retention interval of the primary tasks. In the first experiment the capacity (span) to retain spatial and visual information was established in pre-test session, and in the second experiment the participants memorized sequences of three to seven items. The results showed that, overall, participants\' performance on primary tasks was impaired by interference on the updating information. The similarities between visual and spatial serial memory were: primacy and recency in serial position curves; most frequent serial position error of transposition in one item; detrimental effect of increasing the size of the sequence, performance impaired by the interference in the executive resources, especially those designed to support the executive function of updating information. The differences between the two types of serial representation, in general, were: smaller capacity and precision in the representation of visual items as compared to the spatial characteristics; the vulnerability of visual memory to the increasing the amount of items is bigger than in spatial memory, and for visual memory there is not a clear differentiation between the effects of two types of executive interference (CRT and CRT-1) as could be determined for the spatial task. We conclude that executive resources of updating information are part of the mechanisms involved in the registration of the serial order of visual and spatial events, and they work in an integrated manner to specific visuospatial resources. The data suggests that visual memory has a mechanism for registration of serial order like spatial memory, and the differences between the two patterns of performance are attributed to the maintenance of identity of the items, and not the maintenance of serial order. Implications for understanding the functional interaction between storage resources and processing of information in working memory are discussed.

Denna avhandling i datalogi föreslår modeller för hur vissa beräkningsmässiga uppgifter kan utföras av hjärnbarken. Utgångspunkten är dels kända fakta om hur en area i hjärnbarken är uppbyggd och fungerar, dels etablerade modellklasser inom beräkningsneurobiologi, såsom attraktorminnen och system för gles kodning. Ett neuralt nätverk som producerar en effektiv gles kod i binär mening för sensoriska, särskilt visuella, intryck presenteras. Jag visar att detta nätverk, när det har tränats med naturliga bilder, reproducerar vissa egenskaper (receptiva fält) hos nervceller i lager IV i den primära synbarken och att de koder som det producerar är lämpliga för lagring i associativa minnesmodeller. Vidare visar jag hur ett enkelt autoassociativt minne kan modifieras till att fungera som ett generellt sekvenslärande system genom att utrustas med synapsdynamik. Jag undersöker hur ett abstrakt attraktorminnessystem kan implementeras i en detaljerad modell baserad på data om hjärnbarken. Denna modell kan sedan analyseras med verktyg som simulerar experiment som kan utföras på en riktig hjärnbark. Hypotesen att hjärnbarken till avsevärd del fungerar som ett attraktorminne undersöks och visar sig leda till prediktioner för dess kopplingsstruktur. Jag diskuterar också metodologiska aspekter på beräkningsneurobiologin idag. / In this thesis I take a modular approach to cortical function. I investigate how the cerebral cortex may realise a number of basic computational tasks, within the framework of its generic architecture. I present novel mechanisms for certain assumed computational capabilities of the cerebral cortex, building on the established notions of attractor memory and sparse coding. A sparse binary coding network for generating efficient representations of sensory input is presented. It is demonstrated that this network model well reproduces the simple cell receptive field shapes seen in the primary visual cortex and that its representations are efficient with respect to storage in associative memory. I show how an autoassociative memory, augmented with dynamical synapses, can function as a general sequence learning network. I demonstrate how an abstract attractor memory system may be realised on the microcircuit level -- and how it may be analysed using tools similar to those used experimentally. I outline some predictions from the hypothesis that the macroscopic connectivity of the cortex is optimised for attractor memory function. I also discuss methodological aspects of modelling in computational neuroscience. / QC 20100916

No modelo dos multicomponentes da memória de trabalho o problema do armazenamento da ordem serial de eventos visuais e espaciais ainda é muito discutido. A literatura sugere que recursos do executivo central (o sistema de controle atencional da memória de trabalho) são utilizados para manter a representação da posição serial dos estímulos visuais e espaciais na memória. Mais precisamente, é proposto que a função executiva de atualização de informações esteja envolvida com este processo. Esta função promoveria a modificação contínua da representação mental conforme a entrada de novas informações no sistema cognitivo. Entretanto, não está esclarecido se ocorre uma dissociação visual e espacial no uso de recursos da função executiva de atualização de informações para o registro da ordem serial. O objetivo do presente estudo foi verificar o envolvimento da função executiva de atualização da informação na memória para a ordem de eventos visuais e espaciais. Os participantes foram estudantes universitários (n = 71) que realizaram as tarefas de memória delineadas segundo o paradigma de tarefas duplas. Neste procedimento as tarefas primárias de memória visual e espacial foram combinadas a tarefas secundárias executivas de tempo de reação de escolha (CRT) e tarefas que exigiam recursos de atualização da informação (tarefa de tempo de reação de escolha para um item anterior CRT-1). Na tarefa CRT o participante deveria julgar dois tons auditivos como sendo de alta ou baixa frequência. Na tarefa CRT-1 esta resposta deveria ser atrasada em um item, ou seja, a resposta ao estímulo n só deveria ser dada quando o estímulo n + 1 fosse apresentado. As tarefas secundárias eram realizadas durante a apresentação dos estímulos e no intervalo de retenção das tarefas primárias. No primeiro experimento a capacidade máxima de armazenamento espacial e visual (span) de cada participante foi estabelecida em sessão pré-teste, e no segundo experimento o participante memorizou sequências de três a sete itens. Os resultados mostraram que, de modo geral, o desempenho dos participantes nas tarefas primárias foi prejudicado mediante a interferência na função de atualização de informações. As semelhanças entre a memória serial visual e a memória serial espacial foram: curvas de posição serial caracterizadas por primazia e recência; predominância de erros de transposição de deslocamento em um item da posição correta; efeito prejudicial do aumento do tamanho da sequência; queda do desempenho quando recursos executivos são reduzidos, principalmente os designados a sustentar a função executiva de atualização da informação. As diferenças entre os dois tipos de representação serial em geral foram: menor capacidade e precisão na representação de itens na memória visual em comparação à espacial; a memória visual é mais susceptível ao aumento da quantidade de itens para retenção e para este tipo de armazenamento não há uma diferenciação clara entre os efeitos dos dois tipos de interferência executiva (CRT e CRT-1), como pôde ser determinado para a tarefa espacial. Conclui-se que recursos executivos de atualização da informação participam dos mecanismos envolvidos com o registro da ordem serial dos eventos visuais e espaciais de maneira integrada aos recursos específicos do armazenador visuoespacial. Sugere-se que a memória visual conta com um mecanismo de registro da ordem serial semelhante à memória espacial, sendo que as diferenças entre os dois padrões de desempenho são atribuídas às especificidades no registro da identidade dos itens, e não na manutenção da ordem serial dos mesmos. Implicações para a compreensão da interação funcional entre recursos de armazenamento e processamento da informação na memória de trabalho são discutidos. / In the multicomponent model of working memory is still unclear how the serial order of visual and spatial events is retained in memory. The literature suggests that the central executive resources (the attentional control system of working memory) are used to maintain the representation of serial position. More precisely, it is proposed that the executive function of updating information is involved with this process. This function makes continuous modification of mental representation to accommodate new information in the cognitive system. However, until now had not yet been determined whether there is a visual-spatial dissociation in use of executive function of updating information for the registration of serial order. The aim of this study was to investigate the involvement of the executive function of updating information in memory for the order of visual and spatial events. Participants were undergraduate students (n = 71) who performed memory tasks designed under the paradigm of dual-tasks. In this procedure the primary tasks of visual and spatial memory were combined with secondary executive tasks of choice reaction time (CRT) and tasks that occupied resources required to update the information (one-back choice reaction time CRT-1). In the CRT task the participant should judge two auditory tones as high or low frequency. In CRT-1 task this response should be delayed in one item, that is, the response to the n stimulus should only be given when the n + 1 stimulus was presented. The secondary tasks were performed during the presentation of the stimuli and the retention interval of the primary tasks. In the first experiment the capacity (span) to retain spatial and visual information was established in pre-test session, and in the second experiment the participants memorized sequences of three to seven items. The results showed that, overall, participants\' performance on primary tasks was impaired by interference on the updating information. The similarities between visual and spatial serial memory were: primacy and recency in serial position curves; most frequent serial position error of transposition in one item; detrimental effect of increasing the size of the sequence, performance impaired by the interference in the executive resources, especially those designed to support the executive function of updating information. The differences between the two types of serial representation, in general, were: smaller capacity and precision in the representation of visual items as compared to the spatial characteristics; the vulnerability of visual memory to the increasing the amount of items is bigger than in spatial memory, and for visual memory there is not a clear differentiation between the effects of two types of executive interference (CRT and CRT-1) as could be determined for the spatial task. We conclude that executive resources of updating information are part of the mechanisms involved in the registration of the serial order of visual and spatial events, and they work in an integrated manner to specific visuospatial resources. The data suggests that visual memory has a mechanism for registration of serial order like spatial memory, and the differences between the two patterns of performance are attributed to the maintenance of identity of the items, and not the maintenance of serial order. Implications for understanding the functional interaction between storage resources and processing of information in working memory are discussed.