Episodic and semantic memories in cognitive planning : evidence from a two-stage decision task

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Alves, Inês Alexandra Ribeiro Lopes
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/52579
Resumo: Tese de mestrado, Neurociências, Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2021
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spelling Episodic and semantic memories in cognitive planning : evidence from a two-stage decision taskCognitive planningEpisodic memorySemantic memoryReinforcement learningTwo-stage decision taskTeses de mestrado - 2021Domínio/Área Científica::Ciências MédicasTese de mestrado, Neurociências, Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2021Before a planned decision, we imagine what might happen. Such anticipation of actions’ consequences is cognitively demanding and its theoretical and neural substrates remain largely unknown. The dominant view is that when we plan “where am I going to eat tomorrow?” the decision is based on episodic memories, which are autobiographical and reliant on a specific time and place. Therefore, future simulation uses the past personal experience of “last month I’ve been to Setúbal and ate an amazing cuttlefish” to evaluate whether that option is a good possibility or not. However, neuropsychological evidence has been showing that patients with medial temporal lobe lesions, the region responsible for episodic memory, are still able to imagine certain non-personal future experiences despite their autobiographical impairments both on recollection and anticipation. On the other hand, recent theories emphasize a parallel contribution of semantic memory (reliant on the anterior temporal lobe) to prospective mental activities. Even without any personal experience, by knowing that “Setúbal is best known for its cuttlefish” we could plan to have lunch there tomorrow. However on the extant research data does not specify the particular relationship between semantic memory and planning. Through a reinforcement-learning framework, the present study tried to explore the role of semantic memory in cognitive planning in a quantitative way. We compared strategies employed by healthy adults, in two versions — episodic and semantic — of a multi trial two-stage decision task, considered the goal-standard in differentiating cognitive planning (model-based or goal-directed behavior) from habitual (or model- free) responses. On our episodic version, the task structure relies on the personal experience of a specific relationship, whereas on the semantic version choice behavior could benefit from a ‘semantic clue’. Our initial hypothesis was that such semantic knowledge could potentiate goal-directed behavior. However, contrary to our hypothesis, the balance between cognitive planning and habitual responses did not seem to be influenced by the presence of a ‘semantic clue’. The vigour of response (studied through reaction time analysis) also did not show significant differences between the episodic and semantic versions. Various limitations are discussed as possible explanations of such non-significant results, but the main issue might reside in the low sensitivity of the task. We hypothesized that the preserved episodic ability of our sample of healthy adults might be masking the eventual beneficial role of semantic content in planning. Future work may consider addressing this sensitivity issue by including in this study early-stage Alzheimer’s disease (AD) patients. The specific episodic impairment with relatively preserved semantic abilities typically observed in these patients will probably make them more reliant on the semantic association when planning their actions. If our assumption is right, this will demonstrate that semantic memory can be used as an alternative support to cognitive planning.É hoje bastante evidente que o cérebro possui vias distintas para o processamento de informação e regulação do comportamento. Umas mais automáticas, dedicadas a coisas que fazemos de forma habitual e rotineira, e outras vias mais controladas que exigem atenção, deliberação, e suportam processos cognitivos superiores como a tomada de decisão planeada. O planeamento cognitivo surge através do funcionamento coordenado de inúmeros sistemas, o que o torna um ‘processo’ extremamente complexo e uma área cuja investigação ainda tem muito por explorar. Planear geralmente implica um exercício de previsão, uma antecipação de consequências de possíveis ações que é feita com base na informação que cada um dispõe. Relatos de pacientes amnésicos com défices paralelos na imaginação de cenários futuros, e estudos de neuroimagem que mostram uma grande sobreposição da atividade cerebral durante a recordação de experiências passadas e a simulação de experiências futuras, demonstram bem a importância da memória em atividades mentais prospetivas como o planeamento cognitivo. A visão dominante é a de que, quando planeamos “onde irei almoçar amanhã?”, recorremos a informação relacionada com acontecimentos pessoais e associada a um contexto — memória episódica. Assim, a simulação do futuro usa a experiência de “eu estive no mês passado em Setúbal e comi uns chocos deliciosos” para incluir essa hipótese na sua pesquisa, e então avaliar se é ou não uma opção adequada. Contudo, o estudo desta relação memória/prospeção tem-se expandido a outros tipos de memória. Doentes com lesões no lobo temporal médio — região considerada responsável pela memória episódica — apesar dos défices em recordar e projetar conteúdos episódicos, apresentam por vezes capacidades preservadas no domínio semântico. A memória semântica corresponde ao conhecimento de conceitos e significados, informação culturalmente partilhada. Está associada à atividade do lobo temporal anterior e por sua vez, lesões nesta região resultam em défices específicos no domínio semântico mas com preservação de informação do tipo episódica. Estas dissociações no perfil neuropsicológico têm levado alguns autores a sugerir a memória semântica como um suporte alternativo e independente para a simulação. Assim, ainda que sem qualquer referência pessoal ou contexto, utilizar o conhecimento de que “Setúbal é conhecido por ter bons chocos” pode ser uma forma alternativa de planear o almoço do dia seguinte. Utilizando uma abordagem computacional dirigida à aprendizagem por reforço, o presente trabalho estudou a influência do conteúdo semântico no planeamento cognitivo, através de um método quantitativo. Comparámos a performance de adultos saudáveis em duas versões, episódica e semântica, de uma tarefa de dupla escolha, desenvolvida para distinguir decisões planeadas (model-based, MB) de outras mais automáticas e menos deliberadas (model-free, MF). Esta tarefa composta por diversos trials (ensaios) permite avaliar múltiplas decisões numa só experiência. Através da análise de que variáveis de um trial influenciam mais a escolha no seguinte, podemos perceber até que ponto essa ação foi ou não planeada. Cada trial é composto por duas etapas e em cada uma das quais uma de duas imagens deve ser escolhida. Entre as duas etapas existe uma estrutura de transição estocástica, i.e uma relação que é predominante mas que só acontece em 70% das vezes. Nesta tarefa, compreender qual a imagem da primeira etapa que maximiza a probabilidade de alcançar uma imagem pretendida na segunda, é fundamental para planear devidamente as escolhas e não agir apenas de forma automática. Quando as escolhas dos participantes se baseiam exclusivamente nas recompensas passadas, considera-se que existe uma predominância de comportamento MF. Por outro lado, se o que se verifica é um efeito significativo da interação entre a recompensa e a estrutura de transição considera-se que há uma atividade prospetiva deliberada: comportamento MB. O que distingue as nossas duas versões da tarefa é que, ao contrário da tarefa episódica, compreender a relação entre primeira e segunda escolhas na versão semântica é mais fácil, uma vez que se trata de uma associação comum e muito provavelmente previamente conhecida. Acreditamos que ter esta ‘pista’ semântica, ao invés de depender exclusivamente de informação adquirida durante a execução da tarefa, facilite compreensão da dinâmica da tarefa e promova escolhas mais deliberadas. Uma análise descritiva das escolhas realizadas pelos participantes revelou que, apesar da elevada variabilidade entre sujeitos, tanto a estrutura de transição (relevante para comportamento MB) como o histórico de recompensas (relevante para comportamento MF e MB) influenciaram significativamente as escolhas em ambas as versões da tarefa. Os participantes apresentaram, em média, uma maior probabilidade de repetir a escolha do trial anterior quando uma recompensa máxima era obtida através de uma transição comum, do que se fosse através de uma transição rara. O padrão oposto (maior probabilidade de repetir a escolha depois de uma transição rara) verificou-se para os dois níveis de recompensa média e mínima. A nossa análise estatística confirmou que em ambas as tarefas as escolhas basearam- se numa combinação das duas estratégias. Os resultados de uma regressão logística mostraram que tanto a recompensa como a interação da recompensa com a transição, foram bons preditores da escolha, contudo uma predominância de comportamento MB (planeado) também foi observada. Quando analisados os efeitos destas variáveis dos cinco trials antecedentes sobre a escolha, confirmámos resultados de estudos anteriores que demonstraram que os efeitos sobre as estratégias MF e MB permanecem ao longo do tempo, e decaem de uma forma exponencial. Ao contrário da nossa hipótese, de que a associação semântica iria facilitar a utilização da estrutura de transição nas escolhas, os nossos resultados não revelaram qualquer relação estatisticamente significativa entre a versão da tarefa (episódica ou semântica) e o balanço entre estratégias automáticas e planeadas. São discutidas várias limitações que poderão estar a influenciar a análise, mas uma possível explicação para estes resultados não significativos é a de uma baixa sensibilidade da tarefa para detetar o contributo do conteúdo semântico. O facto de a aquisição da estrutura de transição não ser muito exigente (associar duas imagens a dois conjuntos imagens), e a nossa amostra não possuir qualquer tipo de défice cognitivo diagnosticado, poderá tornar irrelevante a presença de uma relação conhecida. Ainda que a associação semântica possa facilitar numa fase inicial a aquisição do modelo, ao longo de quase duas dezenas de trials esse efeito acaba por ser mascarado e a nível do comportamento nas escolhas efetuadas, as nossas duas versões acabam por parecer uma só tarefa apenas com um conjunto de estímulos diferentes. A hipótese de que as capacidades de armazenamento episódico (preservadas nos nossos participantes) ‘camuflaram’ o possível efeito do conteúdo semântico para o planeamento poderá ser estudada aumentando a dificuldade da tarefa (como por exemplo diminuindo os tempos de reação limites) ou aplicando este estudo a populações clínicas com problemas mnésicos. Perspetivas futuras passam por realizar este estudo com pacientes em fases iniciais da doença de Alzheimer. O perfil neuropsicológico desta patologia, caracterizado por um defeito episódico específico e uma memória semântica preservada, irá eventualmente fazer com que os participantes dependam mais da associação semântica para corretamente estabelecerem a relação entre escolhas. Se estivermos corretos, ao contrário dos controlos, no caso de doentes de Alzheimer um aumento no comportamento MB será observado na tarefa semântica por comparação à episódica, o que irá suportar a nossa hipótese de que a memória semântica pode ser um suporte alternativo à memória episódica, no planeamento cognitivo. Além da análise das escolhas dos participantes, também os tempos de reação foram avaliados. O trade-off entre velocidade e precisão do comportamento MF e MB (sendo o último mais lento) previamente descrito não foi confirmado pelo nosso trabalho. Por outro lado, o facto de que, à medida que a tarefa progredia nos trials os participantes foram ficando mais rápidos, sem detrimento da sua performance (em relação à capacidade de agirem de forma planeada), suporta teorias de automatização que defendem que um comportamento planeado e estruturado com base num modelo, com a prática pode tornar-se automático (ou MF) mas que no entanto continua a ter em conta um modelo. Neste sentido, perspetivas futuras passam também por treinar os participantes nesta tarefa ao longo de várias sessões. Avaliar a evolução da performance permitirá estudar esta área e perceber melhor o paralelismo entre as dicotomias de comportamento MF/MB e automático/planeado.Miranda, Bruno André e SilvaRepositório da Universidade de LisboaAlves, Inês Alexandra Ribeiro Lopes2022-04-28T11:11:53Z2021-02-242021-02-24T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/52579TID:202699056enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:57:52Zoai:repositorio.ul.pt:10451/52579Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T22:03:39.787570Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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