Einführung

Das Kurzzeitgedächtnis (STM), auch als Kurzzeitspeicher oder primärer oder aktiver Speicher bezeichnet, weist auf verschiedene Speichersysteme hin, die an der Speicherung von Informationen (Speicherblöcken) für eine relativ kurze Zeit (normalerweise bis zu 30 Sekunden) beteiligt sind. Im Gegensatz dazu kann das Langzeitgedächtnis (LTM) eine unbestimmte Menge an Informationen enthalten. Der Unterschied zwischen den beiden Speichern liegt jedoch nicht nur in der Variablen ‚Zeit‘, sondern vor allem in der Funktion. Dennoch sind die beiden Systeme eng miteinander verbunden. Praktisch fungiert STM als eine Art „Scratchpad“ für den vorübergehenden Abruf einer begrenzten Anzahl von Daten (im verbalen Bereich ungefähr die „magische“ Zahl von George Miller 7 +/- 2 b. Gegenstände), die aus dem sensorischen Register stammen und bereit sind, durch Aufmerksamkeit und Erkennung verarbeitet zu werden. Auf der anderen Seite bestehen die im LTM-Speicher gesammelten Informationen aus Erinnerungen für die Ausführung von Aktionen oder Fähigkeiten (d. H. prozedurale Erinnerungen, „Wissen wie“) und Erinnerungen an Fakten, Regeln, Konzepte und Ereignisse (d. H., deklarative Erinnerungen, „das wissen“). Das deklarative Gedächtnis umfasst das semantische und episodische Gedächtnis. Ersteres betrifft ein breites Wissen über Fakten, Regeln, Konzepte und Sätze (‚Allgemeinwissen‘), letzteres bezieht sich auf persönliche und erlebte Ereignisse und die Kontexte, in denen sie aufgetreten sind (‚persönliche Erinnerung‘).

Obwohl STM eng mit dem Konzept des Arbeitsgedächtnisses (WM) verwandt ist, stellen STM und WM zwei verschiedene Einheiten dar. STM ist in der Tat eine Reihe von Speichersystemen, während WM die kognitiven Operationen und exekutiven Funktionen angibt, die mit der Organisation und Manipulation gespeicherter Informationen verbunden sind. Dennoch hört man die Begriffe STM und WM oft synonym verwendet.Darüber hinaus muss man STM vom ’sensorischen Gedächtnis‘ (SM) wie den akustischen echoischen und ikonischen visuellen Erinnerungen unterscheiden, die kürzer sind (Bruchteil einer Sekunde) als STM und die ursprüngliche Empfindung oder Wahrnehmung des Reizes widerspiegeln. Mit anderen Worten, SM ist spezifisch für die Darstellungsmodalität des Stimulus. Diese ‚rohe‘ sensorische Information wird verarbeitet, und wenn sie STM wird, wird sie in einem Format ausgedrückt, das sich von dem ursprünglich wahrgenommenen unterscheidet.Das berühmte Atkinson- und Shiffrin-Modell (oder Multi-Store-Modell), das Ende der 1960er Jahre vorgeschlagen wurde, erklärt die funktionalen Korrelationen zwischen STM, LTM, SM und WM. Später, Eine beträchtliche Anzahl von Studien demonstrierte die anatomische und funktionelle Unterscheidung zwischen Gedächtnisprozessen sowie neuronalen Korrelaten und der Funktionsweise von STM- und LTM-Subsystemen. Angesichts dieser Ergebnisse wurden mehrere Speichermodelle postuliert. Während bestimmte Autoren die Existenz eines einzigen Speichersystems vorschlugen, das sowohl Kurz- als auch Langzeitspeicher umfasst, bleibt das Atkinson- und Shiffrin-Modell nach 50 Jahren ein gültiger Ansatz für eine Erklärung der Speicherdynamik. Im Lichte neuerer Forschungen weist das Modell jedoch mehrere Probleme auf, die hauptsächlich die Eigenschaften von STM, die Beziehung zwischen STM und WM sowie den Übergang von STM zu LTM betreffen.

Kurzzeitgedächtnis: Bedeutung und System(e)

Es ist ein Speichersystem, das mehrere Subsysteme mit begrenzter Kapazität umfasst. Diese Einschränkung ist keine Einschränkung, sondern ein evolutionärer Überlebensvorteil, da sie es ermöglicht, auf begrenzte, aber wesentliche Informationen zu achten, ohne Störfaktoren auszuschließen. Es ist das klassische Beispiel für die Beute, die sich auf die feindliche Umgebung konzentrieren muss, um einen möglichen Angriff des Raubtiers zu erkennen. Angesichts der funktionellen Besonderheiten des STM (Sammlung sensorischer Informationen) sind die Subsysteme eng mit den Modalitäten des sensorischen Gedächtnisses verbunden. Infolgedessen wurden mehrere sensorisch assoziierte Subsysteme postuliert, einschließlich der visuell-räumlichen, phonologischen (auditiv-verbalen), taktilen und olfaktorischen Domänen. Diese Subsysteme beinhalten unterschiedliche Muster und funktionelle Verbindungen mit den entsprechenden kortikalen und subkortikalen Bereichen und Zentren.

Das Konzept des Arbeitsgedächtnisses

1974 entwickelten Baddeley und Hitch ein alternatives Modell von STM, das sie als Arbeitsgedächtnis bezeichneten. In der Tat schließt das WM-Modell das modale Modell nicht aus, sondern bereichert seinen Inhalt. Auf der anderen Seite kann der Kurzzeitspeicher verwendet werden, um die Funktionsweise des WM zu charakterisieren. WM bezieht sich eher auf den gesamten theoretischen Rahmen der Strukturen und Prozesse zur Speicherung und vorübergehenden Manipulation von Informationen, von denen STM nur eine Komponente ist. Mit anderen Worten, STM ist ein funktionales Speicherelement, während WM eine Reihe von Prozessen ist, die auch Speicherphasen beinhalten. WM Es ist das Gedächtnis, das wir ständig nutzen, das immer „online“ ist, wenn wir etwas verstehen oder ein Problem lösen oder ein Argument vorbringen müssen, die kognitiven Strategien zur Erreichung kurzfristiger Ziele. Der Beweis für die Bedeutung dieser Art von ‚Betriebssystem‘ des Gedächtnisses zeigt durch den Nachweis, dass WM-Defizite mit mehreren Entwicklungsstörungen des Lernens verbunden sind, einschließlich Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS), Legasthenie und spezifische Sprachstörungen (SLI).

Kurzzeit- und Langzeitgedächtnis

Diese Speichertypen können klassisch nach Speicherkapazität und -dauer unterschieden werden. Die Kapazität des STM hat in der Tat Einschränkungen in Bezug auf die Menge und Dauer der Informationen, die es verwalten kann. Im Gegensatz dazu verfügt LTM über eine scheinbar unbegrenzte Kapazität, die Jahre dauern kann. Die funktionalen Unterschiede zwischen Speichersystemen und die genauen Mechanismen für die Übertragung von Speichern von ST zu LTM bleiben ein umstrittenes Thema. Repräsentieren STM und LTM ein oder mehrere Systeme mit bestimmten Subsystemen? Obwohl das STM wahrscheinlich eine Unterstruktur des LTM darstellt, bei der es sich um eine Art aktivierten Langzeitspeicher handelt, anstatt nach einer ‚physischen‘ Aufteilung zu suchen, scheint es angebracht, die Mechanismen des Übergangs von einem Speicher, der nur ein Übergang zu einem dauerhaften Speicher ist, zu überprüfen. Obwohl das klassische multimodale Modell vorschlug, dass die Speicherung von ST-Speichern automatisch und ohne Manipulation erfolgt, scheint die Angelegenheit komplizierter zu sein. Das Phänomen betrifft quantitative (Anzahl der Speicher) und qualitative (Qualität des Speichers) Merkmale.

In Bezug auf quantitative Daten, obwohl die Anzahl der 7 +/- 2 die Gruppierung von Speicherbits in größere Blöcke (Chunking) könnte es ermöglichen, viel mehr Informationen größerer Größe zu speichern und die magische Zahl beizubehalten. Das qualitative Problem oder die Speichermodulation innerhalb der Verarbeitung ist ein faszinierendes Phänomen. Es scheint, dass die Elemente von STM einer Verarbeitung unterzogen werden, die eine Art Bearbeitung ermöglicht, bei der jedes Element fragmentiert wird (Chunking) und neu ausgearbeitet und neu ausgearbeitet wird. Diese Phase der Speicherverarbeitung wird als Codierung bezeichnet und kann die nachfolgende Verarbeitung, einschließlich Speicherung und Abruf, konditionieren. Der Kodierungsprozess umfasst automatische (ohne bewusstes Bewusstsein) und mühsame Verarbeitung (durch Aufmerksamkeit, Übung und Denken) und ermöglicht es uns, Informationen abzurufen, um Entscheidungen zu treffen, Fragen zu beantworten und so weiter. Während des Codierungsschritts werden drei Pfade verfolgt: die visuelle (als Bild dargestellte Information), akustische (als Ton dargestellte Information) und semantische Codierung (die Bedeutung der Information). Die Prozesse sind miteinander verbunden, so dass Informationen in verschiedene Komponenten zerlegt werden. Während der Wiederherstellung erleichtert der Weg, der die Kodierung erzeugt hat, die Wiederherstellung der anderen Komponenten durch eine einzigartige Kettenreaktion. Ein bestimmtes Parfüm lässt uns beispielsweise an eine bestimmte Episode oder ein bestimmtes Bild erinnern. Es ist zu beachten, dass der Codierungsprozess die Wiederherstellung beeinflusst, aber die Wiederherstellung selbst unterliegt einer Reihe potenzieller Änderungen, die den ursprünglichen Inhalt ändern können.

In neurofunktioneller Hinsicht ist der Unterschied zwischen STM und LTM das Auftreten einer Reihe von Ereignissen im LTM, die das / die Engramm (e) endgültig fixieren müssen. Dieser Effekt tritt durch den Aufbau neuronaler Netze auf und drückt sich als neurofunktionelle Phänomene aus, einschließlich der Langzeitpotenzierung (LTP), bei der die Stärke der neuronalen Übertragung erhöht wird, die sich aus der Stärkung synaptischer Verbindungen ergibt. Dieser Prozess erfordert die Genexpression und die Synthese neuer Proteine und hängt mit lang anhaltenden strukturellen Veränderungen in den Synapsen (synaptische Konsolidierung) der beteiligten Gehirnareale wie dem Hippocampus bei deklarativen Erinnerungen zusammen.

Die Rolle des Hippocampus-Netzwerks

Bemerkenswert ist, dass die Hippocampus-Neurogenese die Aufrechterhaltung von LTP reguliert. Das Hippocampus-Netzwerk, einschließlich des Gyrus Parahippocampus, des Hippocampus und der neokortikalen Bereiche, ist jedoch nicht der Ort, an dem Erinnerungen gespeichert werden, sondern spielt eine entscheidende Rolle bei der Bildung neuer Erinnerungen und ihrer anschließenden Reaktivierung. Es scheint, dass der Hippocampus eine begrenzte Kapazität hat und Informationen schnell und automatisch erfasst, ohne sie lange aufzubewahren. Im Laufe der Zeit werden die ursprünglich verfügbaren Informationen unabhängig von der Aktivität des Hippocampus selbst in anderen Gehirnstrukturen (im Kortex) dauerhaft. Der entscheidende Mechanismus dieses Transfers ist die Reaktivierung („Replay“) der Konfigurationen neuronaler Aktivität. Mit anderen Worten, der Hippocampus und die damit verbundenen medialen zeitlichen Strukturen sind entscheidend für die Durchführung eines Ereignisses als Ganzes, da er auf organisierte Weise Gedächtnisspuren verteilt. Es ist ein Betriebssystem, das durch verschiedene Software Hardwaredateien speichern, organisieren, verarbeiten und wiederherstellen kann. Diese hippocampusgesteuerte Reaktivierung (Retrieval) führt zur Schaffung direkter Verbindungen zwischen den kortikalen Spuren und dann zur Bildung einer integrierten Repräsentation im Neokortex, einschließlich des visuellen Assoziationskortex für das visuelle Gedächtnis, des temporalen Kortex für das auditive Gedächtnis und des linken lateralen temporalen Kortex für die Kenntnis der Wortbedeutung. Darüber hinaus hat der Hippocampus andere spezifische Aufgaben, beispielsweise in der Organisation des räumlichen Gedächtnisses.

Andere Hirnareale sind an Gedächtnisprozessen beteiligt; zum Beispiel hat das Erlernen motorischer Fähigkeiten Verbindungen zur Aktivierung der Kleinhirnregionen und Hirnstammkerne. Darüber hinaus umfasst das Lernen von Wahrnehmungsaktivitäten (Verbesserungen bei der Verarbeitung von Wahrnehmungsreizen, die für alltägliche Aktivitäten wie das Verstehen von gesprochener und geschriebener Sprache unerlässlich sind) Basalganglien und sensorische und assoziative Kortizes, während das Erlernen kognitiver Fähigkeiten (im Zusammenhang mit der Problemlösung) zunächst die medialen Temporallappen umfasst.