"Action without meaning?" - action relationships as bottom-up unitization approach and its influence on the age-related associative memory deficit - behavioral and electrophysiological evidence

Abstract

Dual-process theories of recognition propose that two independent processes, familiarity and recollection, contribute to successful recognition memory. During the process of healthy aging, recollection is attenuated while familiarity is preserved, resulting in the age-related associative memory deficit, which is characterized by a greater age-related decline in associative memory as compared to item memory. Critically, associations are thought to require recollection whilst items can be recognized via familiarity. However, unitization represents one exception to this rule and describes the processing of integrating to-be-associated components into one single entity, enabling enhanced familiarity-based remembering of the associations. Thus, unitization provides a promising approach to alleviate the age-related associative memory deficit given that older adults could rely more on the intact familiarity process during associative recognition memory and thus, compensate the attenuated recollection. This dissertation had the goal to investigate the influence of bottom-up unitization induced by action relationships on the age-related associative memory deficit. In an event-related potential (ERP) study with younger and older adults, we manipulated the presence of action relationships as a bottom-up unitization approach. Participants had to learn pictures consisting of semantically unrelated object pairs that were arranged in a way that an action could be imagined and thus unitized (e.g., a body lotion above a sports shoe so that body lotion could be poured into the sports shoe) or not (e.g., a punch below a towel so that the action of punching the towel could not be imagined). In a subsequent associative recognition memory test, participants had to distinguish between intact, recombined and new object pairs. We found the age-related associative memory deficit in that there were larger age-related differences for associative as compared to item memory. However, both age groups’ associative memory performance benefitted from the presence of action relationships. Regarding the ERP results in the test phase, the late parietal old/new effect (i.e., intact vs. new) was smaller in older age, reflecting the attenuated recollection process. Furthermore, there was an early associative familiarity effect (i.e., intact vs. recombined) for action-related intact object pairs in older adults only. For the late recollection time window, there was a significant larger difference between intact and recombined for action-related object pairs, regardless of age group, indicating associative memory processes for action-related intact object pairs. In sum, these results suggest that the observed associative memory benefit due to the presence of action relationships is a result of different mechanisms depending on the age group: While older adults seemed to rely more on familiarity for the association of intact action-related object pairs, younger adults show rather more reliance on recollection. We found supporting evidence for this interpretation in an additional behavioral ABAC cued-recall study with younger adults, in which we investigated the representational characteristics of action-related object pairs. It is assumed that unitized representations (i.e., action-related object pairs), which should be familiarity-based remembered, are characterized by less flexibility as compared to non-unitized representations (i.e., action-unrelated object pairs). Therefore, the included components can be harder to decouple so that the learning of novel, but overlapping, associations is hindered. The participants had to learn and recall AB object pairs with and without action relationships. Afterwards, they were instructed to learn and remember AC object pairs corresponding to previously action-related and action-unrelated AB object pairs, respectively. Contrary to our expectations, we did not find more intrusions of previously action-related object pairs (i.e., AB+ object pairs) relative to action-unrelated object pairs (i.e., AB- object pairs), when the novel but overlapping associations (i.e., AC object pairs) had to be recalled. Furthermore, there was no difference in the memory performance for AC object pairs (i.e., hit rates) between both previous AB action relationship conditions. In conclusion, these results patterns did not support the assumption that the representations underlying action-related object pairs are characterized by enhanced familiarity-based remembering and less flexibility as expected for unitized representations. To sum up, the experiments presented in this dissertation showed that younger and older adults’ associative memory could benefit from the presence of action relationships as bottom-up unitization approach. However, the underlying mechanisms of this memory boost seem to differ between both age groups: Older adults seem to rely more on familiarity for the associations in action-related intact object pairs. The younger adults, instead, seem to rely more on recollection for associations instead of benefitting from enhanced familiarity-based remembering, which is also observed when underlying representations of action-related object pairs are investigated. Thus, the results suggest that the presence of action relationships acted as bottom-up unitization approach especially for older adults, who could not rely on recollection as younger adults.

Zwei-Prozess Theorien der Rekognition nehmen an, dass zwei unabhängige Prozesse, Vertrautheit und Rekollektion, zu erfolgreichem Rekognitionsgdeächtnis beitragen. Der Prozess des gesunden Alterns ist durch eine Abnahme der Rekollektion charakterisiert, während der Vertrautheitsprozess intakt bleibt, wodurch das altersbedingten Assoziationsgedächtnisdefizit beobachtet werden kann. Dieses ist durch eine größere altersbedingte Abnahme im Assoziationsgedächtnis im Vergleich zum Itemgedächtnis gekennzeichnet. Entscheidend ist, dass angenommen wird, dass das Erinneren von Assoziationen Rekollektion erfordert, wohingegen einzelne Items basierend auf Vertrautheit erinnert werden können. Unitarisierung stellt allerdings eine Ausnahme dieser Regel dar und beschreibt den Prozess der Integration von zu assoziierenden Komponenten in eine einzelne Einheit. Dies ermöglicht ein verstärkt vertrautheitsbasiertes Erinnern der Assoziationen. Somit stellt Unitarisierung einen vielversprechenden Ansatz dar, um das altersbedingte Assoziationsgedächtnisdefizit zu minimieren, da sich ältere Erwachsene stärker auf den intakten Vertrautheitsprozess beim Erinnern an Assoziationen verlassen und somit die abgeschwächte Rekollektion kompensieren könnten. Ziel dieser Dissertation war es, den Einfluss von Handlungszusammenhängen als Bottom-up Unitarisierungsansatz auf das altersbedingte Assoziationsgedächtnisdefizit zu untersuchen. In einer Studie mit ereigniskorrelierten Potentialen (EKP) mit jüngeren und älteren Probanden wurde die Anwesenheit eines Handlungszusammenhangs als Bottom-up Unitarisierungsansatz manipuliert. Die Teilnehmenden mussten Bilder semantisch unrelatierter Objektpaare lernen, die so angeordnet waren, dass man sich eine Handlung zwischen den beiden Objekten vorstellen konnte und diese unitarisiert werden konnten (z.B., eine Bodylotion über einem Turnschuh, sodass die Bodylotion in den Turnschuh gegossen werden könnte) oder nicht (z.B., ein Locher unter deinem Handtuch, sodass die Handlung des Lochens des Handtuchs nicht vorgestellt werden konnte). In einem darauffolgenden assoziativem Rekognitionsgedächtnistest mussten die Teilnehmenden zwischen intakten, rekombinierten und neuen Objektpaaren differenzieren. Wir fanden das altersbedingte Assoziationsgedächtnisdefizit, welches sich in größeren altersbedingten Unterschieden im Assoziationsgedächtnis im Vergleich zum Itemgedächtnis zeigte. Allerdings profitierten beide Altersgruppen von der Anwesenheit der Handlungszusammenhänge in ihrer Assoziationsgedächtnisleistung. Die EKP-Ergebnisse der Testphase zeigten, dass der späte parietale alt/neu Effekt (intakt vs. Neu) für die älteren Teilnehmenden kleiner war und somit den beeinträchtigten Rekollektionsprozess widerspiegelte. Darüber hinaus fand sich ein früher assoziativer Vertrautheitseffekt (intakt vs. Rekombiniert) für die intakten Objektpaare mit Handlungszusammenhang in der Gruppe der älteren Teilnehmenden. Im späten Zeitfenster der Rekollektion fand sich ein signifikant größerer Unterschied zwischen intakten und rekombinierten Objektpaaren mit Handlungszusammenhang, welcher unabhängig von der Altersgruppe war und assoziative Gedächtnisprozesse für die intakten Objektpaare mit Handlungszusammenhang anzeigt. Zusammengefasst legen diese Ergebnisse nahe, dass der Gedächtnisvorteil im Assoziationsgedächtnis, welcher für die Objektpaare mit Handlungszusammenhang beobachtet wurde, je nach Altersgruppe auf unterschiedlichen zugrundeliegenden Mechanismen basierte: Die älteren Teilnehmenden scheinen sich verstärkt auf den Vertrautheitsprozess für die Assoziationen in intakten Objektpaaren mit Handlungszusammenhängen zu stützen, während die jüngeren Teilnehmenden sich eher auf Rekollektion für die Assoziationen stützen. Stützende Evidenz für diese Interpretation fand sich in einer behavioralen ABAC cuedrecall Studie mit jüngeren Probanden, in der wir Charakteristika der Repräsentationen von handlungsbezogenen Objektpaaren untersuchten. Es wird angenommen, dass unitarisierte Repräsentationen (d.h., Repräsentationen von handlungsbezogenen Objektpaaren), welche verstärkt vertrautheitsbasiert erinnert werden sollten, weniger flexibel sind als nicht unitarisierte Repräsentationen (d.h., Repräsentationen von Objektpaaren ohne Handlungszusammenhang). Das hat zur Folge, dass die enthaltenen Komponenten schwieriger entkoppelt und neu verknüpft werden können, wodurch das Lernen neuer Assoziationen, die mit den bestehenden Assoziationen überlappen, erschwert wird. Die Teilnehmenden hatten die Aufgabe, zunächst AB Objektpaare mit und ohne Handlungszusammenhang zu lernen und abzurufen. Danach mussten AC Objektpaare gelernt und abgerufen werden, welche eine identische Komponente (das A-Objekt) zu den vorherigen Objektpaaren mit und ohne Handlungszusammenhang besaßen. Entgegen unseren Erwartungen fanden wir weder einen größeren Anteil an Intrusionen für zuvor handlungsbezogene Objektpaare (AB+) im Vergleich zu Objektpaaren ohne Handlungszusammenhänge (AB-) während der AC Testphase, noch einen signifikanten Unterschied zwischen den Handlungszusammenhangsbedingungen in der Gedächtnisleistung für die AC Objektpaare. Zusammengefasst sprachen die Ergebnisse nicht für eine geringere Flexibilität der zugrundeliegenden Repräsentationen von handlungsbezogenen Objektpaaren wie es für unitarisierte Repräsentationen erwartet wurde. Abschließend lässt sich sagen, dass die in dieser Dissertation präsentierten Ergebnisse zeigten, dass junge und ältere Teilnehmende in ihrer Assoziationsgedächtnisleistung von der Anwesenheit von Handlungszusammenhängen als Bottom-up Unitarisierungsansatz profitieren konnten. Allerdings scheinen sich die zugrundeliegenden Prozesse dieses Gedächtnisvorteils zwischen den Altersgruppen zu unterscheiden: Die älteren Teilnehmenden scheinen sich verstärkt auf vertrautheitsbasiertes Erinnern der Assoziationen in handlungsbezogenen Objektpaaren zu stützen. Im Gegensatz dazu scheinen sich die jüngeren Teilnehmenden eher auf Rekollektion für die Assoziationen zu stützen, was auch zu beobachten ist, wenn die zugrundeliegenden Repräsentationen handlungsbezogener Objektpaare untersucht werden. Somit legen die Ergebnisse nahe, dass die Anwesenheit von Handlungszusammenhängen besonders für die älteren Teilnehmenden, welche sich nicht in gleicher Art und Weise auf Rekollektion stützen können wie die jüngeren Teilnehmenden, als Bottom-up Unitarisierungsansatz gewirkt hat.