Ferreira, Hugo AlexandreHusain, MasudMaio, Maria Raquel Hermenegildo2018-02-062020-10-2620172017http://hdl.handle.net/10451/31533Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica , apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2017O cérebro é um órgão de incomensurável complexidade e uma das suas múltiplas funções é a de apreender estímulos presentes no meio ambiente e extrair informações importantes do mundo visual, com o propósito de lembrar os elementos-chave. Este processo é influenciado pela natureza da informação sensorial, que é transitória, temporária e potencialmente colossal. A memória é o rótulo atribuído às estruturas e processos envolvidos no armazenamento e posterior recuperação de informações. A working memory (memória funcional) é o meio pelo qual a informação é mantida e manipulada, na ordem dos segundos, estando a sua capacidade fortemente relacionada à faculdade intelectual e desempenho cognitivo. Défices associados à memória funcional são um problema significativo em doentes com demência, independentemente da sua etiologia, sendo que, com o aumento da esperança de vida, prevê-se que o número de pessoas com demência atinja globalmente 131 milhões em 20502. A crescente prevalência de doenças neurodegenerativas tem sido frequentemente descrita como uma epidemia de rápido crescimento, não apenas com impacto económico (devido aos custos elevados associados a assistência médica), mas também com uma pesada carga social, e especialmente com um impacto profundo na vida dos doentes e das suas famílias. Uma compreensão clara dos componentes cognitivos da short-term memory (memória a curto prazo), bem como os mecanismos subjacentes à memória funcional, poderão revelar-se inestimáveis no esforço para melhorar a qualidade de vida de doentes com demência. Antes de podermos desenvolver novos tratamentos para estas condições, é essencial compreender quais os processos cognitivos subjacentes à memória funcional, em indivíduos saudáveis. Só assim será possível compreender quais os componentes cognitivos que estão especificamente afetados na condição patológica. O objetivo do presente estudo consistiu em contribuir para a compreensão dos mecanismos implícitos na memória funcional, através do estudo da natureza das representações de memória de curto prazo. Nesse sentido, foi desenvolvido um teste neuropsicológico capaz de testar a forma como recuperamos a informação, abordando questões que são fundamentais para interpretar temáticas como o esquecimento e a capacidade de armazenamento. No presente trabalho de investigação, recorremos a três testes cognitivos com o intuito de examinar os efeitos de manipular encoding (codificação) e retrieval (recuperação) de informação na fidelidade da representação mental. Um objetivo adicional foi a exploração do efeito de manipulações de complexidade (número de características de um objeto) e competição (níveis de similaridade entre as características de um objeto) na robustez da memória funcional. A forma como os testes foram concebidos e implementados permitiu-nos explorar como as noções de identidade do objeto, localização e associações de objeto-localização são suscetíveis a manipulações de complexidade, competição e degradação ao longo do tempo. Os participantes foram testados com base em tarefas de memória visual de curto prazo sendo que os testes desenvolvidos para o presente estudo podem ser administrados online, a um grande número de pessoas. Estes testes têm ainda o potencial de ser introduzidos em contexto clínico com o propósito de auxiliarem na monitorização de doentes com défices cognitivos. Na primeira experiência implementada, experiência 1, seis condições distintas foram apresentadas aos participantes. As três primeiras condições variam na forma como a codificação é manipulada, mantendo a recuperação constante; nas restantes, a codificação foi mantida constante enquanto a recuperação foi manipulada em termos de complexidade e competição. Com esta experiência, pretendíamos avaliar os efeitos que a manipulação da codificação e recuperação da informação produzem na fidelidade da representação mental, bem como a sua variação em função do tempo decorrido. Pretendíamos ainda explorar se a quantidade de informação exerce efeitos prejudiciais no ato de recuperação devido a uma potencial interferência crescente entre os recursos da memória funcional. Por fim, investigámos os efeitos da semelhança dos memorandos na modulação do desempenho. Colocámos a hipótese de que informação mais complexa na fase de recuperação é vantajosa, visto que o aumento da complexidade dos memorandos poderá levar a uma maior separação de padrões ao funcionar como pistas de recuperação. Propusemos ainda que memorandos menos semelhantes partilham menos características tornando-os menos competitivos e como tal previmos que poderiam potencializem a memória funcional graças ao seu menor grau de interferência. Visto que na primeira experiência os resultados refletiram um efeito desproporcional da característica ‘forma’, no desempenho da memória, foi implementada uma segunda experiência. A experiência 2 teve como objetivo confirmar que os resultados obtidos na experiência 1 não foram corrompidos pelo facto dos participantes atribuírem mais peso à caraterística ‘cor’ em detrimento da característica ‘forma’, aquando da codificação da informação. Com a introdução de uma cue (pista) antes de cada codificação, impelimos que os participantes atribuíssem o mesmo peso a ambas as características. Foi ainda desenvolvida uma terceira experiência, visto que nos testes anteriores foram utilizadas ‘formas’ demasiado complexas como parte dos estímulos de codificação e recuperação. Embora tais estímulos sejam mais difíceis de verbalizar, é-lhes associada uma desvantagem inerente para o propósito do presente trabalho de investigação: a sua complexidade não é comparável à complexidade da característica ‘cor’. Por forma a ultrapassar este desequilíbrio entre estímulos visuais, nesta última experiência foram usados diferentes níveis de complexidade baseados na forma de um círculo. Na experiência 3 apenas a recuperação da memória funcional foi manipulada, mantendo-se a codificação constante. Quatro condições diferentes foram apresentadas a cada um dos participantes em blocos intermisturados. A primeira e terceira condições variaram em termos do número de características do objeto, enquanto que a segunda e quarta condições variaram em função da semelhança entre o alvo e o foil (objeto apresentado que não corresponde a nenhum dos objetos presentes no conjunto de codificação). Com este teste tencionámos avaliar se as informações visuais são armazenadas na memória funcional como características individuais ou como objetos integrados, formulando a hipótese de que o aumento da complexidade dos memorandos se traduz na alocação acrescida de recursos e subsequente melhoria de resolução. O papel da semelhança entre características na modulação do desempenho é igualmente explorado, ao conjeturar que uma maior semelhança entre recursos implica um maior grau de interferência, resultando numa perda de desempenho. Com base nas experiências realizadas, concluímos que a complexidade na recuperação é o principal fator no mapeamento do desempenho, com alguma variabilidade devido ao tempo decorrido. Adicionalmente, demonstrámos que mais informações na fase de recuperação (memorandos de elevada complexidade) aumentam a qualidade das representações mentais. Propomos que isto esteja relacionado com o facto de uma maior complexidade de um objeto estar associado a um maior número de características do mesmo. Estas características poderão corresponder a retro-cues (retro pistas) mais fidedignas, aumentando a acessibilidade às representações mentais e, consequentemente, melhorando a fidelidade da memória funcional. Futuramente, pretendemos implementar a experiência 3 em grupos de idosos saudáveis, assim como doentes com Alzheimer, por forma a fazer um estudo comparativo. Tencionamos perceber se as conclusões tiradas com base numa população jovem são as mesmas comparativamente a uma população com um envelhecimento saudável e outra comprometida em termos cognitivos, e potencialmente encontrar um marcador comportamental que explique possíveis diferenças identificadas. Planeamos ainda testar grupos de jovens adultos utilizando ressonância magnética funcional (fMRI) para avaliar se existem diferentes regiões de ativação neuronal associados ao desempenho e precisão da identificação de memorandos. Além disso, permitir-nos-á avaliar diferentes ativações neurais associadas à codificação e recuperação e a sua inter-relação.With life expectancy increasing worldwide, the number of people with dementia is estimated to reach 131 million by 20501. Dementia is a neurodegenerative condition that affects working memory the short-term storage and manipulation of sensory information lasting on the order of seconds and is characterized by memory loss and cognitive impairment. Before we can develop new treatments, it is essential to improve our understanding of the cognitive component processes underlying short-term memory in health. Only after will we be able to fully comprehend which specific cognitive components are disrupted by the disease. Working memory is a fundamental cognitive process, that can be decomposed into three components: encoding, maintenance and retrieval. Despite the fact that encoding and maintenance have been investigated intensively, we know very little about retrieval and how it affects memory quality. To address this question, sensitive cognitive tests were developed. Here, across three experiments, we have shown that the more information we have about an object the better we are able to remember it, irrespective of encoding. Since this only occurs when information exits working memory, this suggests retrieval might undergo a completely different process from encoding. We began by examining whether manipulating the retrieval of information produces a greater effect on working memory recall than manipulating the process of information encoding in young healthy adults (n = 20, experiment 1). We evaluated two contrasting hypotheses by questioning if the increased complexity of memoranda (objects with additional features) enhances working memory or, conversely, impairs recall by demanding augmented cognitive processing in identifying and comparing items with similar characteristics (increased feature interference). This first experiment revealed an unbalanced contribution of features during encoding, possibly due to disproportionately weighing feature ‘colour’ as opposed to feature ‘shape’. Therefore, the second experiment (experiment 2, n = 20) was conducted by presenting a cue before each trial to induce strategic encoding. We found no effect of manipulating encoding but a clear influence of the nature of retrieval on memory performance. We then asked how changing the amount of information of each item at retrieval– and the similarity between these memoranda– can affect the quality of mental representations (experiment 3, n = 21). The results suggest that more complex information at probing increases working memory performance. Increasing similarity between objects at retrieval also appears to enhance working memory resolution. The cognitive test we developed could potentially be administered online to a large number of people and used as a behavioural marker in different clinical populations to diagnose and differentiate problems with short-term memory.engMemória funcionalMemória de curto prazoRecuperação de informaçãoComplexidadeSimilaridadeTeses de mestrado - 2017master thesis201853558