La funzione esecutiva e il compito di smistamento delle carte di cambiamento dimensionale

Executive Function and the Dimensional Change Card Sort Task

JoVE Science Education
Developmental Psychology

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Executive Function and the Dimensional Change Card Sort Task

4.5: Mutual Exclusivity: How Children Learn the Meanings of Words

4.9: Categories and Inductive Inferences

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07:19 min

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April 30, 2023

Overview

Fonte: Laboratori di Nicholaus Noles e Judith Danovitch—Università di Louisville

I bambini nascono con incredibili risorse cognitive a loro disposizione, ma non sanno come usarle in modo efficace. Al fine di sfruttare il potere del loro cervello, gli esseri umani devono sviluppare processi cognitivi di alto livello che gestiscono le funzioni cerebrali di base. Questi processi costituiscono ciò che gli psicologi chiamano funzione esecutiva. La funzione esecutiva è un fattore chiave in molti comportamenti di autoregolamentazione, tra cui la formazione di piani per risolvere i problemi, la negoziazione tra desideri e azioni e la direzione dell’attenzione. Ad esempio, un bambino deve utilizzare diversi processi esecutivi per smettere di giocare con i giocattoli e iniziare a pulire la propria stanza. Questi processi includono l’inibizione (per fermare ciò che stanno facendo), la pianificazione (per determinare quali azioni devono essere eseguite per pulire la stanza) e il controllo dell’attenzione (per rimanere in attività fino al termine della pulizia). Una rottura della funzione esecutiva durante uno di questi passaggi porterebbe a far rimanere la stanza sporca.

Lo sviluppo della funzione esecutiva è una delle sfide chiave affrontate dai bambini man mano che maturano. Alcuni elementi della funzione esecutiva possono essere padroneggiati solo con la pratica, e le aree cerebrali legate alla funzione esecutiva, in particolare la corteccia prefrontale, si sviluppano lentamente durante lo sviluppo, continuando a crescere e organizzarsi fino a quando un individuo raggiunge i vent’anni. Le prime dimostrazioni della funzione esecutiva sono state collegate all’autocontrollo e ai risultati comportamentali nei bambini, nonché ai successi più tardi nella vita. In relazione a ciò, la funzione esecutiva è compromessa nei bambini con diagnosi di disturbo da deficit di attenzione e iperattività (ADHD) e disturbi dello spettro autistico.

Questo esperimento dimostra come valutare la funzione esecutiva nei bambini utilizzando il Dimensional Change Card Sort Task, sviluppato dal Dr. Philip Zelazo e colleghi. ¹

Procedure

Reclutare bambini di età compresa tra 3 e 5 anni senza disabilità visive, daltonismo o problemi di udito. Ai fini di questa dimostrazione, viene testato un solo bambino. Si raccomandano campioni di dimensioni maggiori quando si conducono esperimenti.

1. Raccolta dei dati

Apparecchio
1. Crea un set di 16 carte, tra cui 2 carte bersaglio e 14 carte di prova.
  1. Le carte bersaglio raffigurano una barca rossa e un coniglio blu su sfondo bianco.
  2. Le schede di prova sono divise equamente tra immagini di conigli rossi e barche blu.
2. Posizionare due piccoli vassoi su un tavolo e apporre una scheda di destinazione su ciascun vassoio.
3. Metti da parte una carta rossa del coniglio e una carta blu della barca. Mescolare le schede di prova rimanenti.
4. Esamina le carte e rimescolale se c’è una corsa di più di due carte dello stesso tipo(ad esempio,se ci sono tre o più barche blu di fila).
5. Una volta che le carte sono pseudo-randomizzate, posizionale a faccia in giù e aggiungi le due carte preselezionate in cima al mazzo.
Fase dimostrativa
1. Chiedi al bambino di sedersi in vista dei vassoi e delle carte di destinazione.
2. Etichetta le due carte bersaglio dicendo: “Ecco una barca rossa e qui c’è un coniglio blu”.
3. Introduci le regole di pre-commutazione dicendo: “Ora giocheremo a un gioco di carte. Nel gioco dei colori, tutti quelli blu vanno qui, e tutti quelli rossi vanno qui.” Lo sperimentatore indica le carte target pertinenti.
4. Lo sperimentatore disegna una scheda di prova, etichetta il suo colore ad alta voce(ad esempio,“Questo è un blu, quindi va qui”), e poi narra mentre lo posizionano a faccia in giù nel vassoio appropriato come dimostrazione al bambino.
5. Ripeti le regole del gioco a colori.
6. Disegna una seconda carta, etichettala e poi chiedi al bambino in quale vassoio dovrebbe entrare(ad esempio,“Eccone una rossa. Dove va questo?”).
7. Incoraggia il bambino a prendere la carta e posizionarla a faccia in giù nell’apposito vassoio.
  1. Se il bambino commette un errore nel posizionare la carta(ad esempio,la mette nel vassoio sbagliato o indica il vassoio sbagliato), lo sperimentatore dovrebbe correggerli e assicurarsi che la carta sia posizionata a faccia in giù nel vassoio corretto.
Fase di pre-commutazione
1. Dì al bambino che è il suo turno e presenta sei prove di pre-commutazione al bambino.
2. In ogni prova di pre-commutazione, lo sperimentatore indica le regole di pre-commutazione, seleziona una carta, etichetta la carta per il bambino e quindi chiede al bambino di ordinare la carta(ad esempio,“Ecco una rossa, dove va?”).
Fase post-switch
1. Dì al bambino: “Ora giocheremo un nuovo gioco. Non giocheremo più al gioco del colore. Giocheremo il gioco della forma. Nel gioco di forma, tutti i conigli vanno qui, e tutte le barche vanno qui. Ricorda, se è un coniglio, mettilo qui, ma se è una barca, mettilo qui”. Puntare al vassoio appropriato mentre si indicano le istruzioni.
2. Disegna le restanti sei carte, etichettale in modo da una dimensione pertinente(ad esempio,barca o coniglio) e chiedi: “Dove va questa?”
3. Si noti che le regole non vengono ripetute nella fase post-switch.

2. Analisi

I bambini di età superiore a 3 anni in genere ordinano correttamente tutte le carte durante la fase di pre-commutazione.
Utilizzare l’attività di ordinamento della scheda di modifica dimensionale per classificare i figli come passati o non riusciti.
Un bambino deve ordinare correttamente 5 delle 6 prove post-switch per superare questo compito. L’accuratezza media media negli studi post-switch può anche essere analizzata utilizzando un ANOVA per confrontare le prestazioni tra i gruppi di età.

Lo sviluppo della funzione esecutiva è una delle sfide chiave affrontate dai bambini con l’età.

Ad esempio, un bambino deve utilizzare diversi processi esecutivi per smettere di giocare con i giocattoli e iniziare a pulire la propria stanza. Tali processi includono: inibizione, fermare ciò che stanno facendo, pianificare, le azioni necessarie per pulire la stanza e il controllo dell’attenzione, rimanere in attività fino al termine della pulizia.

Una rottura della funzione esecutiva durante uno di questi passaggi porterebbe a rimanere la stanza disordinata.

È importante sottolineare che i processi decisionali migliorano durante lo sviluppo normale, poiché le regioni cerebrali associate, come la corteccia prefrontale, maturano lentamente, fino ai vent’anni di un individuo.

Questo video dimostra come valutare la funzione esecutiva nei bambini, dai 3 ai 5 anni, discutendo i passaggi necessari per impostare ed eseguire un esperimento che coinvolge l’attività di ordinamento della scheda di modifica dimensionale, nonché come analizzare i dati e interpretare i risultati.

Nell’attività di ordinamento delle schede di modifica dimensionale, i bambini passano dall’ordinamento delle schede in base a una funzionalità all’altra. In questo caso, due carte bersaglio sono costituite da una barca rossa e un coniglio blu e le 16 carte di prova sono divise equamente tra immagini di conigli rossi e barche blu.

Questo compito consiste di tre fasi. Durante la fase dimostrativa, ogni bambino viene introdotto alle carte bersaglio e alle regole del gioco. Ad esempio, nel gioco a colori, tutte le carte dello stesso colore vanno nel vassoio con lo stesso colore della carta di destinazione.

Dopo la fase dimostrativa, i bambini sono esposti alla fase di pre-commutazione, in cui i modelli di pensiero e attenzione vengono sviluppati imparando a prestare particolare attenzione a una caratteristica, come il colore, e a ignorare l’altra, la forma.

Una volta ordinate sei carte di prova, i bambini passano alla fase post-switch, in cui il gioco viene cambiato dall’ordinamento dei colori a quello delle forme.

Questa fase richiede ai bambini di spostare la loro attenzione su una nuova dimensione, che avevano attivamente ignorato, e di superare la loro tendenza a compiere le stesse azioni fisiche. Il numero di risposte corrette durante gli studi di fase post-switch è la variabile dipendente.

I bambini di tre anni in genere hanno un momento molto difficile per passare dal primo gioco a un nuovo gioco perché non riescono a inibire i loro schemi di pensiero e recitazione appresi di recente.

Al contrario, la maggior parte dei bambini di 5 anni non ha problemi a passare al nuovo gioco, il che suggerisce il loro sviluppo emergente della funzione esecutiva.

Prima dell’arrivo dei partecipanti, assicurarsi che una sedia e un tavolo siano allestiti con due vassoi e le schede target e di prova. Assicurati che le schede di prova siano pseudo-randomizzate in modo che due carte dello stesso tipo non siano di fila e che le prime due carte contengano un coniglio rosso e una barca blu.

Dopo aver salutato il bambino, chiedigli di sedersi in vista dei vassoi e delle carte bersaglio. Quindi, descrivi le due carte bersaglio: Ecco un coniglio blu e qui c’è una barca rossa.

Introduci le regole di pre-commutazione per il gioco a colori: Ora giocheremo a un gioco di carte. Nel gioco dei colori, tutti quelli blu vanno qui, e tutti quelli rossi vanno qui.

Disegna una scheda di prova per dimostrare le regole al bambino, etichetta il suo colore ad alta voce e poi posizionalo a faccia in giù nel vassoio appropriato.

Dopo aver ripetuto le regole, scegli un’altra carta ed etichettala. Quindi consegna la carta al bambino e incoraggialo a metterla a faccia in giù nel vassoio appropriato e, se necessario, aiuta.

Dopo la fase dimostrativa, introduci le regole di pre-commutazione: seleziona una carta, etichettala per il bambino e poi chiedigli di ordinarla.

Una volta che il bambino completa sei prove, passa alla fase post-switch. Spiega le regole ora in base alla forma: ora giocheremo un nuovo gioco. Giocheremo il gioco della forma. Nel gioco di forma, tutti i conigli vanno qui, e tutte le barche vanno qui.

Per le restanti sei carte, selezionane una, etichettala per forma e consegnala al bambino per il posizionamento.

Dopo che l’ultima carta è stata posizionata, ringrazia il bambino per la sua partecipazione.

Per analizzare i risultati, determinare il numero di risposte corrette durante gli studi post-switch per ogni bambino nello studio e rappresentare graficamente i risultati medio per fascia di età.

Si dice che un bambino che ottiene un punteggio pari o superiore all’80% nelle prove post-switch abbia superato la valutazione dimensionale della funzione esecutiva. Come previsto, in media, i bambini di 5 anni sono passati, mentre i più giovani di 3 anni no, il che evidenzia un’età critica per la progressione della funzione esecutiva.

Ora che hai familiarità con il Dimensional Change Card Sort Task per valutare la funzione esecutiva dei bambini, diamo un’occhiata ad altri modi in cui gli psicologi sperimentali lo usano.

I ricercatori usano le permutazioni di questo compito diagnosticamente per identificare i bambini con una funzione esecutiva particolarmente scarsa, che può essere indicativa di ritardo dello sviluppo o di un disturbo clinico, come l’ADHD o il disturbo dello spettro autistico.

Inoltre, i ricercatori esaminano il processo decisionale nella prima età adulta perché le regioni del cervello prefrontale sono ancora in via di sviluppo. Questo ritardo spiega in parte come anche le persone intelligenti prendono decisioni sbagliate, come scegliere i benefici a breve termine di andare a una festa rispetto ai benefici a lungo termine di studiare per un test.

Altri ricercatori hanno combinato il Dimensional Change Card Sort Task e la risonanza magnetica funzionale al fine di studiare il ruolo di varie regioni del cervello nella funzione esecutiva. I risultati che suggeriscono differenze legate all’età nella connettività all’interno delle aree, in particolare le cortecce cingolate laterali prefrontali e anteriori, forniscono approfondimenti sui meccanismi neurali coinvolti nelle prestazioni di ordinamento delle carte.

Hai appena visto l’introduzione di JoVE allo sviluppo della funzione esecutiva utilizzando l’attività di ordinamento della scheda di modifica dimensionale. Ora dovresti avere una buona comprensione di come impostare ed eseguire l’esperimento, oltre ad analizzare e valutare i risultati.

Grazie per l’attenzione!

Results

Nella fase di pre-commutazione del Compito di Ordinamento della Scheda di Cambiamento Dimensionale, i bambini stanno costruendo modelli di pensiero e attenzione, e quelle attività mentali guidano le loro risposte fisiche. Imparano a prestare particolare attenzione al colore, a ignorare la forma e a posizionare le carte nei vassoi pertinenti. La fase post-switch richiede ai bambini di spostare la loro attenzione su una nuova dimensione, che hanno dovuto ignorare attivamente nel compito precedente, e di superare la loro tendenza a compiere determinate azioni fisiche(ad esempio,mettendo la carta nella scatola a destra quando è blu) a favore di un’azione alternativa. Non riuscire a inibire né la messa a fuoco precedente della loro attenzione né l’azione appresa si traduce in una scarsa precisione di ordinamento durante la fase post-commutazione.

Dopo aver imparato a completare il gioco a colori pre-switch, le risposte dei bambini divergono in seconda dell’età (Figura 1). I bambini di tre anni in genere hanno un momento molto difficile per passare dal primo gioco a un nuovo gioco che utilizza gli stessi materiali ma regole diverse. Non riescono a inibire i loro modelli di pensiero e azione appresi di recente. Al contrario, la maggior parte dei bambini di cinque anni passa l’attività di ordinamento della scheda di modifica dimensionale. Questo successo è interpretato come prova del loro sviluppo emergente nel campo della funzione esecutiva.

Figura 1. La percentuale di prove di test corrette completate da ciascun bambino in media. I bambini con un punteggio pari o superiore all’80% “passano” l’attività di ordinamento della scheda di modifica dimensionale.

Applications and Summary

L’attività di ordinamento della scheda di modifica dimensionale è uno strumento progettato per valutare la funzione esecutiva dei bambini. La versione base qui descritta può essere utilizzata per valutare efficacemente la funzione esecutiva dei bambini dai 3 ai 5 anni. Tuttavia, ci sono permutazioni di questo compito che possono essere utilizzate per caratterizzare la funzione esecutiva nei bambini fino all’età di 7 anni. Questo compito può anche essere utilizzato diagnosticamente per identificare i bambini con una funzione esecutiva particolarmente scarsa, che può essere indicativa di ritardo dello sviluppo, ritardo mentale, alcuni tipi di danni cerebrali o un disturbo clinico, come l’ADHD o il disturbo dello spettro autistico. Generalmente, la funzione esecutiva è correlata alla risoluzione dei problemi e alla comprensione di sé e sociale.

Criticamente, ci sono molte situazioni in cui fattori importanti, come l’intelligenza, divergono da un buon processo decisionale. Ad esempio, scegliere di andare a una festa invece di studiare è una decisione che molti studenti universitari prendono, anche se il divertimento a breve termine di una festa è ovviamente meno prezioso del payoff a lungo termine dello studio. Tuttavia, la corteccia prefrontale, una parte del cervello correlata alla funzione esecutiva, si sta ancora sviluppando negli individui in età universitaria, quindi è molto più facile capire perché anche i giovani intelligenti a volte prendono decisioni sbagliate.

References

Zelazo, P.D. The dimensional change card sort (DCCS): A method of assessing executive function in children. Nature Protocols. 1, 297-301. (2006).

Transcript

Developing executive function is one of the key challenges faced by children as they age.

For example, a child must use several executive processes to stop playing with toys and start cleaning their room. Such processes include: inhibition—stopping what they’re doing, planning—the actions needed to clean the room, and attentional control—staying on task until the cleaning is done.

A breakdown of executive function during any of these steps would lead to the room remaining messy.

Importantly, decision-making processes improve across normal development, as associated brain regions—like the prefrontal cortex—mature slowly, well into an individual’s twenties.

This video demonstrates how to assess executive function in children—ages 3 to 5 years—by discussing the steps required to set-up and run an experiment involving the Dimensional Change Card Sort Task, as well as how to analyze the data and interpret the results.

In the Dimensional Change Card Sort Task, children switch from sorting cards by one feature to another. In this case, two target cards consist of a red boat and a blue rabbit and the 16 test cards are split evenly between pictures of red rabbits and blue boats.

This task consists of three phases. During the demonstration phase, each child is introduced to the target cards and the rules of the game. For example, in the color game, all cards of the same color go in the tray with the same color of target card.

Following the demonstration phase, children are exposed to the pre-switch phase—where patterns of thinking and attention are developed by learning to pay special attention to one feature, such as color, and to ignore the other, shape.

Once six test cards are sorted, children move on to the post-switch phase, where the game is changed from color- to shape-sorting.

This phase requires children to shift their attention to a new dimension, which they had been actively ignoring, and to overcome their tendency to perform the same physical actions. The number of correct responses during the post-switch phase trials is the dependent variable.

Three-year-olds typically have a very difficult time transitioning from the first game to a new game because they fail to inhibit their recently learned patterns of thinking and acting.

In contrast, most 5-year-olds do not have a problem transitioning to the new game, which suggests their emerging development of executive function.

Prior to the arrival of participants, make sure a chair and table are set-up with two trays and the target and test cards. Ensure the test cards are pseudo-randomized so that two cards of the same type are not in a row and that the first two cards contain a red rabbit and a blue boat.

After greeting the child, instruct him to sit within view of the trays and target cards. Next, describe the two target cards: Here is a blue rabbit and here is a red boat.

Introduce the pre-switch rules for the color game: Now, we’re going to play a card game. In the color game, all the blue ones go here, and all the red ones go here.

Draw a test card to demonstrate the rules to the child, label its color aloud, and then place it face down into the appropriate tray.

After repeating the rules, pick another card and label it. Then hand the card to the child and encourage him to place it face down in the appropriate tray, and help if necessary.

Following the demonstration phase, introduce the pre-switch rules: select a card, label it for the child, and then ask him to sort it.

Once the child completes six trials, transition to the post-switch phase. Explain the rules now based on shape: Now we’re going to play a new game. We’re going to play the shape game. In the shape game, all the rabbits go here, and all the boats go here.

For the remaining six cards, select one, label it by shape, and hand it to the child for placement.

After the last card has been placed, thank the child for their participation.

To analyze the results, determine the number of correct responses during the post-switch trials for each child in the study and graph the mean results by age group.

A child that scores 80% or more on post-switch trials is said to have passed the Dimensional Change Card Sort Task assessment of executive function. As predicted, on average, the 5-year-olds passed, while the younger 3-year-olds did not, which highlights a critical age for the progression of executive function.

Now that you are familiar with the Dimensional Change Card Sort Task to evaluate children’s executive function, let’s look at other ways that experimental psychologists use it.

Researchers use permutations of this task diagnostically to identify children with particularly poor executive function, which can be indicative of developmental delay or a clinical disorder, such as ADHD or Autism Spectrum Disorder.

In addition, researchers examine decision-making in early adulthood because the prefrontal brain regions are still developing. This lag partly explains how even smart individuals make poor decisions—like choosing the short-term benefits of going to a party over the long-term benefits of studying for a test.

Other researchers have combined the Dimensional Change Card Sort Task and functional magnetic resonance imaging in order to investigate the role of various brain regions in executive function. Findings that suggest age-related differences in connectivity within areas, especially the lateral prefrontal and anterior cingulate cortices, provide insights into the neural mechanisms involved in card sorting performance.

You’ve just watched JoVE’s introduction to the development of executive function using the Dimensional Change Card Sort Task. Now you should have a good understanding of how to setup and perform the experiment, as well as analyze and assess the results.

Thanks for watching!

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