Hogyan alakítja a viselkedés az agyat és az agy a viselkedést: betekintések a memória fejlesztéséből

További információért:ali.ma@wecistanche.com

Forrás memóriagyermekkorban jelentősen javul. Úgy gondolják, hogy ez a javulás szorosan összefügg a hippokampusz érésével. A korábbi tanulmányokhoz hasonlóan elsősorban keresztmetszeti terveket használtak a közötti kapcsolatok értékeléséreforrásmemóriaés a hippocampális funkció, továbbra sem ismert, hogy az agyban bekövetkezett változások megelőzik-e a javulástmemóriaVagy fordítva. Ennek a hiányosságnak a megszüntetésére a jelenlegi tanulmány egy gyorsított longitudinális elrendezést (n=200, 100 férfi) használt 4- és 6-éves embergyerekek követésére 3 éven keresztül. Fejlődési változásokat követtünk nyomonforrásmemóriaés a hippokampusz belső funkcionális összekapcsolódása, valamint a 4- és a 6-éves korosztály közötti különbségek a prediktív kapcsolatokbanforrásmemóriaváltozásokat és belső hippocampális funkcionális kapcsolódást igénylő feladat hiányában. A korábbi tanulmányokkal összhangban az életkorral összefüggő növekedések voltakforrásmemóriavalamint a hippokampusz és a kortikális régiók közötti belső funkcionális kapcsolat, amelyről ismert, hogy részt vesznek a memóriakódolás során. Az új eredmények azt mutatták, hogy a memóriaképességben bekövetkezett változások az élet korai szakaszában előre jelezték a hippokampusz és a kérgi régiók közötti későbbi kapcsolódást, és hogy a hippokampusz belső funkcionális kapcsolata a forrásmemória későbbi változásait jelezte előre. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a viselkedési tapasztalat és az agy fejlődése interaktív, kétirányú folyamatok, amelyek révén a tapasztalat alakítja az agy jövőbeni változásait, és az agy alakítja a viselkedés jövőbeni változásait. Az eredmények azt is sugallják, hogy mind az időzítés, mind a hely számít, mivel a megfigyelt hatások a gyermekek életkorától és az agy specifikus ROI-jától is függtek. Ezek az eredmények együttesen kritikus betekintést adnak a kognitív folyamatok és a mögöttes neurológiai alapok közötti interaktív kapcsolatokba a fejlődés során.

Kulcsszavak: gyorsított longitudinális tervezés; agy fejlődése;epizodikus memória;hippocampalis funkcionális összeköttetés;memória fejlesztése; forrásmemória

Fengji Geng,1,3 Morgan Botdorf,2 és Tracy Riggins2

1 Tantervi és Tanulástudományi Tanszék, Zhejiang Egyetem, Zijingang Campus, Hangzhou, 310058, 2 Pszichológiai Tanszék,

A University of Maryland, College Park, Maryland 20742, és 3Children's Hospital, Zhejiang University School of Medicine, National Clinical

Gyermekegészségügyi Kutatóközpont, Hangzhou, 310052

Jelentőségi nyilatkozat

Keresztmetszeti tanulmányok kimutatták, hogy képes emlékezni a korábbi tapasztalatok kontextuális részleteire (pl.forrásmemória) a hippocampális gyermekkori fejlődéshez kapcsolódik. Nem ismert, hogy a hippocampalis funkcionális változásai megelőzik-e a javulástmemóriaVagy fordítva. Gyorsított longitudinális tervezést alkalmazva azt találtuk, hogy koránforrásmemóriaA változások előre jelezték a későbbi belső hippocampális funkcionális kapcsolódást, és ez a kapcsolat a későbbi forrásmemória változásait jósolta. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a viselkedési tapasztalat és az agy fejlődése interaktív, kétirányú folyamatok, amelyek révén a tapasztalat alakítja az agy jövőbeni változásait, és az agy alakítja a jövőbeli viselkedési változásokat. Ezenkívül ezek az interakciók a gyermekek életkorától és agyi régiójától függően változtak, rávilágítva a fejlődési perspektíva fontosságára az agy-viselkedés interakcióinak vizsgálatakor.

Kattintson a Cistanche vitaminbolthoz és a Cistanche-hoz a memóriaért

Bevezetés

A forrásmemória gyermekkorban jelentősen javul (pl. Riggins, 2014). Pontosabban, az életkor előrehaladtával a gyerekek egyre jobban képesek beszámolni és megőrizni az élettapasztalatok kontextuális részleteit (Bauer, 2007). Ez a fejlődés szorosan összefügg a hippokampusz érésével, amint azt a hippocampusz szerkezetében és működésében az életkorral és a memóriával összefüggő fejlődési különbségek igazolják (lásd Ghetti és Bunge, 2012 áttekintést; Sastre et al., 2016; Tang et al., 2018; Riggins et al., 2020). A korábbi tanulmányok főként keresztmetszeti terveket használtak az agy és a memória fejlődése közötti összefüggések felmérésére, amelyek nem teszik lehetővé a valódi fejlődési változások vizsgálatát, és zavaró tényezők, például kohorszhatások befolyásolhatják. Ezért továbbra sem ismert, hogy az agyban bekövetkezett változások megelőzik-e a memória javulását, vagy fordítva. Ezenkívül a korábbi tanulmányok akár kisgyermekekre, akár iskoláskorú gyermekekre összpontosítottak, ami megnehezíti a különböző fejlődési időszakok összehasonlítását. E hiányosságok orvoslására a jelenlegi tanulmány egy gyorsított longitudinális elrendezést használt a 4- és 6-éves gyermekek követésére 3 éven keresztül. Ez a terv lehetővé tette számunkra, hogy feltárjuk az intrinsic hippocampus funkcionális összeköttetés (iHFC) fejlődési változásait, és felmérjük a 4- és 6-éves kohorszok közötti különbségeket a forrásmemória és a funkcionális kapcsolódás közötti prediktív összefüggésekben (lásd 1. . 1).

Felnőtteknél a belső funkcionális kapcsolódásról azt gondolják, hogy az agy funkcionális felépítését tükrözi, amely az agyi régiók közötti feladat által kiváltott koaktiváció eredményeként jön létre (Fox és Raichle, 2007). A gyermekek belső funkcionális kapcsolódási mintái valószínűleg hasonló módon épülnek fel; a hosszú távú formálási hipotézis azonban azt sugallja, hogy ezek a kapcsolódási minták az érés és a tapasztalat eredményeként idővel alakulnak (Gabard-Durnam et al., 2016). Például a 4- és a 18-2 évesnél idősebb gyermekek követésével a prospektív elemzések azt mutatták, hogy a feladat által kiváltott amygdala funkcionális kapcsolat 2 évvel később előre jelezte a nyugalmi állapotú funkcionális kapcsolatot, de nem egyidejűleg (Gabard-Durnam et al., 2016). Ezek az eredmények összefüggésekre utalnak a feladatalapú agyi aktiválás és a belső funkcionális kapcsolódás között mind a gyermekek, mind a felnőttek esetében; az ilyen társulások azonban fejlődésenként eltérőek lehetnek.

Az empirikus adatok alátámasztják az agy és a viselkedés közötti kétirányú hatásokat is. Először is, korábbi tanulmányok alátámasztják azt az elképzelést, hogy a viselkedésbeli változások alakítják a feladatalapú és belső funkcionális kapcsolódást (pl. Jolles és mtsai, 2016; Clark és mtsai, 2017; Rosenberg-Lee és mtsai, 2018). Például 8-–9- éves gyermekeknél a 8 hetes matematika-oktatás megerősítette az iHFC-t az intraparietális barázdákig (Jolles et al., 2016). Másodszor, empirikus tanulmányok kimutatták, hogy a belső funkcionális kapcsolódás előrejelezheti a kognitív képességek növekedését a későbbi fejlődés során (pl. Hoeft és mtsai, 2011; Supekar et al., 2013; Evans és mtsai, 2015). Például Supekar et al. (2013) azt találták, hogy a matematika korrepetálás előtt mért iHFC teljesítményjavulást jelez előre a középső gyermekkori korrepetálás után.

E vizsgálatok alapján feltártuk, hogy van-e kétirányú hatás a forrásmemória változásai és a hippokampusz és az agyi régiók belső funkcionális kapcsolata között, amelyekről számoltak be, hogy támogatják a kontextuális információk kódolását (Geng et al., 2019). Gyorsított longitudinális tervezést alkalmaztunk a következők értékelésére: (a) az életkorral összefüggő változások a forrásmemória és az iHFC közötti egyidejű kapcsolatokban; (b) prediktív kapcsolatok a korai forrásmemória-változások és a későbbi iHFC között; és (c) prediktív kapcsolatok a korai iHFC és a későbbi forrásmemória-változások között (1. ábra).

Feltételeztük, hogy a korai forrásmemória-gyarapodás előrejelzi a későbbi iHFC-t, mivel a tapasztalatok hatása idővel felhalmozódik (Gabard-Durnam et al., 2016). A mindennapi memóriatevékenységekkel kapcsolatos tapasztalatok felhalmozódásától azt várták, hogy az iHFC fejlődési változásait a gyermekkorban befolyásolják. Ezen túlmenően a fejlesztés korai szakaszában tapasztalható nagyobb plaszticitás miatt (pl. Tottenham és Sheridan, 2010) arra számítottunk, hogy a memóriaváltozások erőteljesebben előrejelzik a későbbi kapcsolódást a fiatalabb, mint az idősebb korosztályban.

Mivel az agyi konnektivitásról azt feltételezték, hogy alakítja a későbbi viselkedést (pl. Evans et al., 2015), feltételeztük, hogy az iHFC előrejelzi a forrásmemória képességeinek növekedését. Ezen túlmenően, mivel a hippocampális funkció érettebb a középső, mint a korai gyermekkorban (Geng és mtsai, 2019), feltételeztük, hogy a 6 éves konnektivitás robusztusabban jósolja meg a jövőbeli memóriát, mint a 4 éves korban.

Anyagok és metódusok

Résztvevők A gyerekek részt vettek egy nagy tanulmányban, amelyben a memória és az agy fejlődését vizsgálták kora gyermekkorban, és amely gyorsított longitudinális elrendezést használt (N=200, 100 férfi) (Riggins et al., 2018; Geng és mtsai, 2019). A vizsgálat első hulláma (W1) 4-–8- éves gyermekeket vont be. A 4- és 6-éves gyerekeket két egymást követő vizsgálati hullámra hívták vissza (W2 és W3; 2. ábra). Összesen három hullám volt, és mindegyik hullámban fiatal és idős kohorsz volt (fiatal kohorsz: W1=4 év, W2=5 év, W3=6 év; régi kohorsz: W{{ 17}} év, W2=7 év, W{19}} év). Az 1. táblázat mutatja azoknak a gyerekeknek a számát, akik 3, 2 vagy 1 adathullámot szolgáltattak a végső elemzéshez az egyes kohorszokban. A neuroimaging adatok elvesztésének fő oka az volt, hogy a gyerekek túl sokat mozogtak, elaludtak a vizsgálat alatt, nem voltak hajlandók belépni a szkennerbe, vagy a családok nem tudtak követni.

A gyermekek IQ-ját az 1-es korban a Wechsler Intelligence Scale for Children (4. szerk.) (Wechsler, 2003) vagy a Wechsler Preschool and Primary Scale for Intelligence (Wechsler, 2012) szókincs és blokktervezési résztesztjei segítségével mértük. ). Az elemzésekbe bevont összes gyermek átlagos vagy az átlag feletti becsült IQ-val rendelkezett. Nem találtunk különbséget a fiatal és az idős kohorsz között a szókincs skálázott pontszámaiban (fiatal: átlag=11.07, SD=2.96; öreg: átlag=11.66, SD { {11}}.55; p=0.33) vagy blokktervezési altesztek (fiatal: átlagos=12.96, SD=2.73; régi: átlagos=13). 03, SD=3.00; p=0.92). A szülők arról számoltak be, hogy minden résztvevő egészséges, és nincs idegrendszeri fejlődési rendellenessége, neurológiai állapota vagy pszichiátriai állapota. Ezenkívül a szülők a gyerekek 88,5 százalékát jobbkezesnek, 6,8 százalékát balkezesnek, 3,7 százalékát kétkezesnek, 1 százalékát pedig nem határozhatónak meg.

Kísérleti tervezés Kódolás. Az első látogatás során a gyerekek új tényeket tanultak meg (pl. "Egy orrszarvúcsoportot balesetnek neveznek") két különböző forrás egyikétől, egy női felnőtttől ("Abby") és egy férfi hangú bábtól ("Henry") keresztül. digitális videók (Drummey és Newcombe, 2002; Riggins, 2014). Minden forrás 6 tényt közölt, összesen 12 tényt. A tények bemutatását forrásonként blokkolták, ahol a gyerekek először 6 tényt tanultak meg az egyik forrásból, majd 6 tényt a másik forrásból, és a blokkok sorrendjét véletlenszerűen osztották ki a résztvevők között. Három ténylista volt; minden lista egyedi tényekből állt, amelyek hasonlóak voltak a listákon (pl. "A kenguruk egy csoportját csőcseléknek nevezik" vagy "A kecskék csoportját törzsnek nevezik"). Ezeket a listákat véletlenszerűen osztották ki a résztvevők között. A gyerekeket arra kérték, hogy figyeljenek a tényekre, mivel a következő héten a tények alapján tesztelik őket, de nem mondták nekik, hogy a tények forrása alapján tesztelik őket. A gyerekeket megkérdezték, hogy a kísérlet előtt ismerték-e a tényeket. Az ismert tényeket kizárták, és további újszerű tényekkel helyettesítették ugyanazon forrás listáján (de ez ritkán fordult elő). Mindegyik forrás 8 lehetséges tényt tartalmazott annak érdekében, hogy a gyerekek 1 vagy 2 tényt ismerjenek. Ha egy gyermek 3 vagy több tényt tudott egy forrásból, csökkent a tények teljes száma, amelyek alapján a gyermeket tesztelték (de ez ritka volt, n=4).

Visszakeresés. A második látogatás alkalmával a gyerekek memóriájukon tesztelték az első látogatás tényeit és forrásait. A gyerekeket arra kérték, hogy válaszoljanak 22 triviális kérdésre, és mondják el a kísérletezőnek, hogy hol tanulták meg a választ ezekre a triviális kérdésekre. Azt mondták nekik, hogy a kérdések egy részét az előző héten „Abby”-tól vagy „Henrytől” tanulták meg, néhányat a laboratóriumon kívül tanulhattak meg (pl. tanártól vagy szülőtől), és néhányat nem is tudtak. A gyerekek a bemutatott 22 tényből 6-ot "Abby"-tól, 6-ot "Henrytől" tanultak meg, 5 olyan tény volt, amelyet a gyerekek általában ismertek (pl. "Milyen színű az ég?"), és 5 olyan tény, amelyet a gyerekek általában nem tudtak (pl. "Hogy hívják a szemed színes részét?"). Minden 22 tényből álló listán két véletlenszerű bemutatási sorrend volt, és ezek a sorrendek ellensúlyozva voltak a résztvevők között. Ha a gyerekek nem tudták felidézni egy adott kérdés forrását, öt feleletválasztós lehetőséget adtak: szülők, tanár, lány a videóban, báb a videóban, vagy csak tudta/kitalálta.

A forrásmemóriát úgy számoltuk ki, hogy a gyerekek az összes tanult tényhez viszonyítva pontosan felidézték vagy felismerték a tényt és a forrást is (lásd az alábbi képletet). Úgy gondolják, hogy a forrásmemória e mértéke a tények és a források összekapcsolását tükrözi, ami az epizodikus emlékezet egyik fontos aspektusa (Miller és mtsai, 2013; Cooper és Ritchey, 2020).

A feladat nélküli szkennelés során a résztvevő fejmozgását valós időben figyelték. Ha egy résztvevő túlzott fejmozgást mutatott (0,2 mm bármely irányban) bármely futás első felében, a vizsgálatot újraindították, és emlékeztették a résztvevőt, hogy a lehető legmozdulatlanabb maradjon.

Képalkotó adatok előfeldolgozása Az elemzésekbe mind a 210 gyűjtött nyugalmi állapotú fMRI-képet bevonták, mivel az első négy kötetet az adatgyűjtés előtt kidobták a kezdeti MR-jel instabilitása és a résztvevők adaptációja miatt. Az előfeldolgozás a következő lépéseket tartalmazza. Először a szeletidő-korrekciót, a fejmozgás-korrekciót és a simítást végezték el DPABI 1.3 segítségével (Yan et al., 2016). Ezután egy független komponenselemzést futtattak simított adatokon a MELODIC, egy FSL eszköztár segítségével, hogy eltávolítsák a műtermékekhez kapcsolódó összetevőket (Geng et al., 2019). Az összes műtermékhez kapcsolódó komponens eltávolítása után agyi extrakciót, normalizálást és szűrést végeztünk. A Tillman és munkatársai által javasolt eljárást követve. (2018) szerint a T1-súlyozott kép agykinyerését hat eszköztárban külön-külön végezték el: az Advanced Normalization Tools, az AFNI, az FSL, a BSE, a ROBEX és az SPM8 segítségével a jó minőségű adatok biztosítása érdekében. A legalább négy eszköztár által kinyert voxelek szerepeltek az agymaszkban. Speciális normalizálási eszközöket használtak a koregisztráció és a normalizálás végrehajtására. A statisztikai elemzéseket az AFNI-ben végezték (Cox, 1996). Az AFNI-ben normalizált adatokon 5 mm-es FWHM Gauss kernellel időbeli sávszűrőt (0.{14}}.1 Hz) és térbeli simítást végeztünk.

Az egyes magrégiókat (kétoldali elülső és hátsó hippokampusz) a Freesurfer 5.1 (Fischl, 2012) segítségével végzett szerkezeti vizsgálatból származtattuk, és az Automatic Segmentation Adapter Tool eszközzel (Wang et al., 20) szerkesztettük. 11). A hippokampuszt elülső és hátsó szegmensekre osztották a standard anatómiai tereptárgyak kézi azonosításával. A nagybácsi csúcsa az elülső és a hátsó hippocampus határaként szolgált (Duvernoy, 2005; Weiss et al., 2005). Az értékelők vakok voltak a résztvevők korára és nemére. Ezen tereptárgyak azonosításának megbízhatósága 1 szeleten belül 94,60 százalékos, 2 szeleten belül pedig 99,99 százalékos egyezést mutatott. Az osztályon belüli korrelációs együtthatók magasak voltak, és 0,897 és 0,985 között mozogtak. Ha az értékelők között nézeteltérés támadt a szelet helyes helyét illetően, a tapasztaltabb értékelő szeletét használták.

Az egyes magrégiók (kétoldali elülső és hátsó hippokampusz) és a teljes agy idősorai közötti összefüggéseket kiszámítottuk, hogy egyedi nyugalmi állapotú funkcionális kapcsolódási térképeket kapjunk. Ezt követően a Fisher-féle r-z transzformációt használták az r térképek z-térképekké való átalakítására, hogy megkapjuk a kapcsolódási térképek normális eloszlású értékeit. A z értékeket 6 ROI-ból nyertük ki: inferior/superior parietalis lebeny (IPL/SPL), inferior occipitalis gyrus (IOG), bal alsó gyrus temporális gyrus (ITG), bal oldali gyrus inferior frontális (IFG), fusiform gyrus és orbitális frontális gyrus (OFG) (3. ábra). Ezeket az agyi régiókat korábbi kutatások szerint határozták meg, amelyek azt mutatták, hogy a 4--tól 8- éves gyermekek ezekben a régiókban nagyobb aktivációt mutattak a később megemlékezett tárgyak (azaz állatokról és tárgyakról készült képek) kódolása során. helyes források, mint a helytelen forrásúak (azaz rajzfilmfigurák képei) (a részletekért lásd: Geng et al., 2019). Az aktiválási különbségek arra utalnak, hogy ez a hat agyi régió kritikus fontosságú a kontextuális információk kódolásához. Ezért a jelenlegi tanulmányban ezeket a régiókat választottuk ROI-ként.

Statisztikai elemzések Lineáris vegyes modelleket alkalmaztunk, mivel képesek voltak kezelni a kiegyensúlyozatlan és hiányos longitudinális adatokat. Pontosabban, egy sor fix hatású modellt futtattak az SPSS 20.0-ban, hogy teszteljék az életkor, a forrásmemória és az iHFC közötti összefüggéseket. Először a forrásmemória életkorral összefüggő változásait értékelték. Ezután az életkor, a forrásmemória és az iHFC közötti kapcsolatokat elemezték az egyes ROI-khoz, hogy felmérjék az egyidejű kapcsolatok változásait. Ezután a modelleket annak megvizsgálására használták, hogy a forrásmemória korábbi változásai előre jelezték-e az egyes ROI-k későbbi iHFC-jét, és hogy az egyes ROI-kkal való korábbi funkcionális kapcsolódás előrejelezte-e a forrásmemória későbbi változásait.

Amint azt a Bevezetés is javasolja, időbe telik, amíg a viselkedési és az agyi változások egymásra formálódnak. Ezért elemeztük a W1 és W2 közötti memóriaváltozások és a W3 funkcionális kapcsolódási viszonyait (1. ábra). Ezen túlmenően kiszámítottuk a W1 funkcionális kapcsolódási viszonyait a W1 és W3 közötti memóriaváltozásokhoz (1. ábra). Egy másik gyakorlati ok, amiért a memóriaváltási intervallumok különböztek a két predikciós elemzés között, az volt, hogy a régi kohorszban nem volt jelentős változás a forrásmemóriában a W2 és a W3 között. [A másik érdekes kérdés az lenne, hogy a forrásmemória változásai hogyan kapcsolódnak az iHFC változásaihoz; azonban a jelenlegi mintában túl sok adatvesztés történt a mozgás miatt ahhoz, hogy megvizsgáljuk az iHFC változásait a két kohorszban. Ezért a funkcionális kapcsolódási elemzésekhez egyetlen időpontra vonatkozó adatokat használnak.]

Ezekben a modellekben a folyamatos kovariánsokat (életkor, átlagos FD, forrásmemória változás és iHFC) a teljes mintán standardizáltuk. Az Akaike információs kritériumát a fő effektusok modelljeinek összehasonlítására használták olyan modellekkel, amelyek fő és interaktív hatásokat is tartalmaztak. A legalacsonyabb Akaike Information Criterion értékkel rendelkező modelleket választották a legjobban illeszkedő modellnek. Tekintettel a mérsékelt mintanagyságra (lásd az 1. táblázatot) és a korlátozott számú ROI-ra, a többszörös összehasonlításhoz nem alkalmaztunk korrekciókat. Ha a kohorsz (fiatal és idős) közötti interakciókat figyelték meg, a forrásmemória mértékei és az iHFC közötti kapcsolatot minden kohorszban újra megbecsülték az egyes csoportok kovariánsainak külön standardizálásával és a modellparaméterek újrabecslésével.

Eredmények

Viselkedési eredmények

194 gyermek szolgáltatott adatokat viselkedési elemzésekhez (1. táblázat). A forrásmemória teljesítményének előrejelzéséhez a fix hatásmodellek, beleértve az életkort, a kohortot (fiatal és az idős korosztályt) és az életkori kohorsz interakcióját, jobban illeszkedtek, mint az a modell, amely csak a fő hatásokat tartalmazza. Az életkor pozitívan összefügg a forrásmemória teljesítményével (b=0.051, SE=0.023, t(353)= 2.281, p=0.023), és jelentős kölcsönhatás volt az életkor és a kohorsz között (b=–0,075, SE=0.031, t(353) {{17) }} 2,423,=0.016). Amikor ezt az interakciót megvizsgáltuk, az eredmények azt mutatták, hogy a forrásmemória életkorral összefüggő változásai nagyobbak voltak a fiatal, mint az idős kohorszban (p, 0,001 vs p=0,028; 4. ábra). Nem figyeltek meg különbséget a fiatal kohorsz 6- éves gyermekei között, akiket a 3. héten teszteltek, és a régi kohorsz 6- éves gyermekei között, akiket az 1. héten teszteltek (0,90 p.). Ezenkívül megvizsgáltuk, hogy vannak-e különbségek a forrásmemóriában az egyes kohorsz korcsoportjai között. A korcsoportok közötti összes összehasonlítás szignifikáns volt, kivéve a 7 és 8 év közötti különbséget (p=0,24).

Életkorral összefüggő változások a forrásmemória és a funkcionális kapcsolódás egyidejű kapcsolatában A lineáris vegyes modellek rögzített hatásai között szerepelt az alrégió, az életkor és a forrásmemória, mint független változó, az iHFC pedig a függő változó. Az átlagos FD is szerepelt a modellben, mivel az életkor és az átlagos FD között marginálisan szignifikáns kapcsolat van, amint azt fentebb közöltük. A fő hatásmodellek jobban illeszkedtek, mint a korforrás-memória interakciós modellek. Az életkor szignifikáns főbb hatásai voltak a hippocampus és a bal oldali IPL/SPL, IOG, bal oldali ITG, bal oldali IFG, fusiform gyrus és OFG közötti kapcsolat előrejelzésében. Pontosabban, az életkor növekedésével az iHFC is növekedett (5. ábra). A forrásmemória fő hatása nem volt szignifikáns a hippocampus és bármely ROI közötti kapcsolat szempontjából.

Ezenkívül különbségek voltak az anterior és a posterior hippocampus és a fusiform, a bal oldali ITG, az IOG, az OFG és a bal oldali IPL/SPL kapcsolatában (3. táblázat). Az OFG kivételével minden régióban a kapcsolat nagyobb volt a hátsó hippocampushoz képest, mint az elülső hippocampusban. Az IFG-ben trendi különbség volt a hippocampális funkcionális kapcsolódásban (anterior, posterior; 3. táblázat).

A forrásmemória W1-ről W2-re történő változása és a W3 funkcionális csatlakoztathatósága közötti prediktív kapcsolatok

A lineáris vegyes modellek fix hatásai közé tartozott az alrégió (elülső és hátsó), a kohorsz (fiatal vs. öreg) és a forrásmemória változása (a W1 és a W2 közötti forrásmemória különbségeként definiálva). Az átlagos FD nem szerepelt a modellekben, mert nem volt különbség a mozgási paraméterek (átlagos FD, abszolút mozgás és adathossz) között a fiatal és idős kohorszok között (p . 0,60). A kohorsz-forrás memóriaváltozási interakcióját tartalmazó modellek jobb modell illeszkedést eredményeztek a bal oldali IFG-hez és OFG-hez. Ezzel szemben a fő hatásmodellek jobban illeszkedtek a másik négy ROI-hoz. A W1 és W2 közötti forrásmemória-változások pozitív kapcsolatban voltak a W3 hippocampális funkcionális kapcsolatával a bal oldali IPL/SPL, IOG, bal ITG és fusiform gyrus esetében (4. táblázat; 6. ábra).

Szignifikáns kölcsönhatások voltak a kohorsz és a forrásmemória változása között, ami előre jelezte a belső funkcionális kapcsolatot a hippocampustól a bal oldali IFG-ig és OFG-ig (4. táblázat). Ezen kölcsönhatások vizsgálatához a rögzített hatások modelljeit használtuk az egyes kohorszok külön-külön történő értékelésére. A fiatal kohorszban a forrásmemória változásai szignifikánsan összefüggtek az iHFC-vel bal oldali IFG és OFG esetén (b=0.109, SE=0.025, t( 73)=4.341, p , 0,001; b=0.068, SE=0.022, t(73)=3.117, p=0 .003). A régi kohorszban azonban ezek az összefüggések nem voltak nyilvánvalóak (p=0,20). Ezért csak a fiatal kohorszban a forrásmemória viselkedésbeli javulása alakította ki a későbbi belső funkcionális kapcsolatot a hippocampus és ezen kérgi régiók között (7. ábra). Sőt, a fenti elemzéseket újrafuttattuk a modellben szereplő W1 és W2 forrásmemóriával, hogy teszteljük a forrásmemória változásai és a későbbi hippocampális funkcionális kapcsolat közötti összefüggéseket. Minden eredmény ugyanaz maradt, kivéve, hogy a forrásmemória változásainak fő hatása a bal oldali IPL/SPL-ben és IOG-ban nem szignifikáns (p=0.18; p=0.11). Ezenkívül a hátsó hippocampus nagyobb kapcsolatot mutatott a fusiformhoz, elhagyta az ITG-t, az IOG-t és a bal oldali IPL/SPL-t, mint az elülső hippocampus. Az OFG és a bal oldali IFG különbsége nem érte el a szignifikanciát (3. táblázat).

A W1 funkcionális összeköttetése és a forrásmemória közötti prediktív kapcsolatok W1-ről W3-ra változnak

A rögzített effektusmodellek között szerepelt az iHFC a W1-ben és a kohorsz (fiatal vs. öreg) független változóként, és a forrásmemória W1-ről W3-ra változott, mint függő változó. Az átlagos FD nem szerepelt a modellben, mivel nem különbözött szignifikánsan a kohorszok között (p . 0,70). A bal oldali ITG és a fusiform esetében az interakciós modellek jobban illeszkedtek. A többi ROI esetében a fő hatásmodellek jobban illeszkedtek, de nem generáltak jelentős eredményeket.

A kohorsz és az iHFC közötti kölcsönhatások a bal oldali ITG-ben és a fusiform gyrusban szignifikánsan előre jelezték a forrásmemória változását (5. táblázat). Az interakciók vizsgálatára fix hatású modelleket használtunk, hogy minden kohorszban külön-külön teszteljük a kapcsolatokat. A régebbi kohorszban a bal oldali ITG-vel és fusiform gyrus-szal rendelkező iHFC a forrásmemória változásához kapcsolódott (b=–0.{{10}}90, SE=0 .024, t(60)=3.76, p , 0.001; b=0.086, SE=0.029, t(60)= 2.998, p=0.004). Ezt az összefüggést azonban nem figyelték meg a fiatal kohorszban (0,80 p.). Ezért csak a régi kohorszban jelezte előre a hippocampus és a bal oldali ITG és a fusiform gyrus közötti funkcionális kapcsolat a forrásmemória későbbi javulását (7. ábra).

Vita

Ez a tanulmány egy gyorsított longitudinális tervezést használt a forrásmemória változásai és az iHFC közötti prediktív összefüggések vizsgálatára a gyermekkorban. Először is, az életkorral összefüggő növekedést tapasztaltunk a forrásmemória teljesítményében, ami alátámasztja a korábbi tanulmányokat, amelyek kiemelik az életkorral összefüggő különbségeket a forrásmemóriában ebben a korcsoportban (Drummey és Newcombe, 2002; Riggins, 2014). Másodszor, az eredmények azt mutatták, hogy az iHFC a memóriahálózaton belül a gyermekkorban növekedett, ami összhangban van a korábbi keresztmetszeti tanulmányokkal, amelyek hasonló összefüggéseket mutattak az életkor és a hippocampális funkcionális kapcsolat között (Blankenship et al., 2017; Geng et al., 2019). Végül az eredmények azt mutatták, hogy a memória teljesítményének változásai a későbbi funkcionális kapcsolódást, a korai funkcionális kapcsolódás pedig a forrásmemória későbbi változásait jelezte előre.

A forrásmemória változásai a későbbi hippocampális funkcionális kapcsolódást jósolták

A forrásmemória korai életkori változásai a hippokampusz és a kérgi régiók közötti későbbi belső kapcsolódást jósolták, feladat hiányában, ami arra utal, hogy a viselkedés alakította a későbbi funkcionális kapcsolatot. Pontosabban, az összes gyermeknél a memória változásai előre jelezték a belső kapcsolódást a hippocampustól a fusiformig, elhagyták az ITG-t, az IOG-t, és egy évvel később elhagyták az IPL/SPL-t. Ezenkívül a fiatalabb kohorszban a korai memóriaváltozások a hippocampális funkcionális kapcsolódást is előre jelezték a bal oldali IFG-vel és OFG-vel. Az egyidejű kapcsolatok életkorral összefüggő változásait értékelő elemzésekben azonban a memóriaképesség nem volt összefüggésben az iHFC-vel. Ezek az eredmények alátámasztják azt az elképzelést, hogy az élettapasztalat alakítja az agyat a fejlődés során, és ez az elképzelés más megállapításokból is alátámasztott (Fox és Raichle, 2007; Gabard-Durnam et al., 2016). Például kimutatták, hogy a feladat által kiváltott funkcionális kapcsolat két évvel később előrejelzi a nyugalmi állapotú funkcionális kapcsolatot, de nem egyidejűleg (Gabard-Durnam et al., 2016). Ezenkívül, amint azt az interaktív szakosodási keretrendszer is sugallja, az eredményeket úgy értelmeztük, hogy megmutassák, hogy az élet korai szakaszában a memóriában bekövetkezett változások előmozdíthatják a funkcionális integrációt a hippocampalis memóriahálózaton belül, és ennek a folyamatnak időbe telik, amíg kibontakozik (Johnson, 2011; Poppenk et al., 2013). Más szavakkal, a korai memórianövekedés tükrözheti a hippocampalis memóriahálózat fokozatos finomodását az idő múlásával, ami végső soron fokozott iHFC-hez vezet még konkrét feladat hiányában is. Ez összhangban van a más kognitív területeken végzett korábbi kutatásokkal, amelyek azt mutatják, hogy az aritmetikai képzés által kiváltott változások a hippocampális-parietális kapcsolatokban a középső gyermekkorban (Rosenberg-Lee és mtsai, 2018).

A hippocampális funkcionális kapcsolat a későbbi forrásmemória változásait jósolta

A hippokampusz és a fusiform közötti kapcsolat és az ITG memóriaváltozásokat jósolt 2 évvel később. Ez azonban csak a régebbi kohorszra volt igaz, így az iHFC a fusiform és a bal ITF 6 éves korában memóriaváltozásokat jósolt 2 évvel később. Ezek az eredmények alátámasztják azt az állítást, hogy az agyi aktivitás a viselkedést is alakíthatja, és azt sugallják, hogy a hippocampális memóriahálózaton belüli funkcionális integráció előre jelezheti a memória képességének jövőbeni fejlődését már 6 éves korban. Ez a megállapítás összhangban van azokkal a korábbi tanulmányokkal, amelyek azt sugallják, hogy a korábbi iHFC előre jelezheti a beavatkozás által kiváltott viselkedésbeli változásokat tipikus és atipikus fejlődésű populációkban (Hoeft és mtsai, 2011; Supekar és mtsai, 2013). Ezért tanulmányunk azt sugallja, hogy az élet korai szakaszában az agy és a viselkedésfejlődés közötti kölcsönhatás nem egyirányú, hanem kölcsönös folyamat: a viselkedésbeli változások alakítják a jövőbeli agyi aktivitást, az agyi tevékenység pedig a jövőbeli viselkedésbeli változásokat.

Időzítési hatások a viselkedés és az agy fejlődése közötti kölcsönhatásban

Eredményeink arra utalnak, hogy az időzítés számít az agy és a viselkedésfejlődés közötti kölcsönhatások szempontjából. Pontosabban, bár a korábbi memóriaváltozások előre jelezték a hippokampusz egyes kortikális régióival való későbbi összekapcsolódását mind a fiatal, mind az idős kohorszokban, csak a fiatalabb kohorszban voltak a korai memóriaváltozások a hippocampustól a bal oldali IFG-ig és OFG-ig tartó funkcionális kapcsolódáshoz kapcsolódóak. Ezzel szemben a korai funkcionális kapcsolódás a fusiform és a bal ITG-vel szignifikánsan előre jelezte a későbbi memóriaváltozásokat csak az idősebb kohorszban. Két lehetséges magyarázatot javasolunk ezeknek az időbeli különbségeknek. Először is, ezek a megállapítások a gyermekkori forrásmemória fejlődésében az életkorral összefüggő változások nagyságrendjének ismert különbségeiből származhatnak. Összhangban azokkal a korábbi viselkedési tanulmányokkal, amelyek a forrásmemória változásának gyorsuló ütemét sugallják a hatodik életév előtt (Riggins, 2014), a jelenlegi tanulmány azt jelzi, hogy a memóriaváltozások a 4-–-6- éves korosztálynál nagyobbak voltak. jelentősebb, mint a 6-–-8-éves kohorsz esetében. A nagyobb memóriaváltozások nagyobb változásokat idézhetnek elő az agyban. Ez segíthet megmagyarázni, hogy a fiatalabb kohorsz korábbi memóriaváltozásai miért jósolták a hippocampus és az IFG és az OFG közötti kapcsolatot.

Alternatív megoldásként az időbeli különbség a hippocampusban a gyermekkorban bekövetkezett fejlődési változások ismert különbségeiből adódhat. Az embereken és állatokon végzett vizsgálatok következetesen azt mutatják, hogy a hippocampális memóriahálózat jelentős fejlődésen megy keresztül a hatodik életév körül (Serres, 2001; Lavenex és Lavenex, 2013). Ezért a 4-6 év érzékeny időszak lehet a hippocampális fejlődés szempontjából, amelyet nagyobb plaszticitás jellemez (Tottenham és Sheridan, 2010). Ez az állítás összhangban van azzal az érvvel, hogy a funkcionális architektúra alakítása különösen hangsúlyos lehet azokban a fejlődési periódusokban, amikor a neurális rendszerek a leginkább képlékenyek és alkalmazkodnak a környezeti bemenetekhez (Bick és Nelson, 2017). A szenzitív periódus lejárta után az érettebb hippocampális memóriahálózat megkezdheti a memóriaképesség fejlődési változásait. Ez megmagyarázhatja, hogy az iHFC miért csak az idősebb kohorszban jósolta meg a viselkedésbeli változásokat. Ezért azt feltételezzük, hogy működése csak akkor tudja megbízhatóan és következetesen előre jelezni a viselkedést, ha az agy elér egy bizonyos érési küszöböt. Az időzítési hatások attól is függhetnek, hogy mely agyi régiók funkcionálisan kapcsolódnak a hippocampushoz. A korai memóriaváltozások 4-ről 5 évre a hippocampus és a prefrontális régiók (IFG és OFG) közötti funkcionális összeköttetést 6 évre jósolták. Az idősebb kohorszban azonban a funkcionális kapcsolódást 8 éves korban nem jelezték előre a 6 és 7 év közötti viselkedési változások. Ezzel szemben csak az idősebb kohorszban jelezte előre az iHFC memóriaváltozásokat 2 évvel később, és ez a fusiformra és az ITG-re volt jellemző. Ezek az eredmények valószínűleg az idegi régiók eltérő fejlődési pályáinak tudhatók be. Korábbi kutatások kimutatták, hogy az agy fejlődése hierarchikus sorrendben halad az érzékszervi kéregtől az asszociációs kéregig a kognitív funkciók szempontjából fontos régiókig (Gogtay et al., 2004; Shaw et al., 2008). Az IFG és az OFG magasabb rendű kognícióhoz kapcsolódó régiók, amelyek később érnek, mint az érzékszervi vagy asszociációs régiók. Így a jelenlegi tanulmány eredményei összhangban vannak azzal az elképzeléssel, hogy a prefrontális régiók, mint például az IFG és az OFG, kevésbé érettek, és ezért plasztikusabbak a fiatalabb, mint az idősebb kohorszban. Ez összhangban van azokkal a korábbi tanulmányokkal is, amelyek azt mutatják, hogy a hippokampusz fokozott funkcionális kapcsolódása a PFC-vel összefügg a memóriaképességek fejlődésével (Qin et al., 2014). A jelenlegi eredmények kiterjesztik ezt a munkát, és arra utalnak, hogy 4-6 év érzékeny időszak lehet a hippocampus és a frontális régiók közötti funkcionális integráció szempontjából. Ezzel szemben a fusiform és az ITG a vizuális feldolgozáshoz kapcsolódnak, és korábban érnek, mint a prefrontális régiók. Az ilyen korai érés hátterében állhat a fusiform és az ITG viselkedési változások előrejelzésére való képessége.

Erősségek és korlátok

A jelenlegi tanulmánynak több erőssége is van. Gyorsított longitudinális tervezéssel nyomon követtük a forrásmemória, az iHFC és a köztük lévő kapcsolatok fejlődési változásait. Ez a kialakítás lehetővé tette számunkra az időbeli különbségek tesztelését is két gyermekcsoport összehasonlításával. A forrásmemória fejlesztésének javasolt érzékeny időszakára összpontosítva meg tudtuk vizsgálni, hogyan finomodik a hippocampális memóriahálózat ezen a fontos fejlődési ablakon belül, és hogyan kapcsolódik a memória fejlesztéséhez.

Ennek a tanulmánynak is vannak korlátai. A korlátozott mintaméret miatt nem tudtuk megvizsgálni, hogy a funkcionális kapcsolatok időbeli változásai hogyan kapcsolódnak a memóriához. Ezenkívül a minta nagysága miatt úgy döntöttünk, hogy nem végezünk teljes agyi elemzéseket, és ehelyett egy feladatalapú vizsgálatból származó ROI-kra hagyatkoztunk, amelyekben ugyanazon longitudinális vizsgálatban részt vett gyerekek vettek részt. Így további agyi régiókat tartalmazó leletek is létezhetnek, amelyek nem szerepelnek a jelenlegi ROI-készletben. Ezenkívül a ROI-kat egy feladatban csak képi anyagok felhasználásával határoztuk meg. Ezzel szemben ebben a tanulmányban a forrásmemóriát egy képi és verbális anyagot egyaránt tartalmazó feladatban mérték. Nem ismert, hogy különböző agyi régiók aktiválódnának-e a kontextuális információ kódolására, a vizuális versus verbális modalitások megérintésével. Végül, bár a mintában szereplő gyerekek egy része feladatalapú fMRI-adatokat szolgáltatott a ROI-k meghatározásához, nem rendelkeztünk elegendő feladatalapú MRI-adattal a feladatalapú hippocampalis funkcionális kapcsolat és a nehéz feladat nélkül mért kapcsolat közötti fejlődési összefüggések felméréséhez. kiszabott.

Összefoglalva, tanulmányunk a forrásmemória és a mögöttes hippocampális hálózat fejlődési változásaival kapcsolatos mechanizmusokra összpontosított 4 és 8 éves kor között. Az eredmények azt mutatják, hogy a viselkedési tapasztalat és az agyi változások interaktív folyamatok, így a tapasztalat alakítja az agy változásait, az agy pedig a viselkedés változásait. Ezen túlmenően, eredményeink alátámasztják és kiterjesztik az agyfejlődés korábbi tanulmányait azáltal, hogy kimutatják, hogy az időzítés számít az agyi kapcsolódást befolyásoló viselkedési változások szempontjából, és az időbeli különbségek attól is függnek, hogy mely agyi régiók érintettek. Ezek az eredmények együttesen kritikus betekintést adnak a forrásmemória korai gyermekkori fejlődésébe, és hozzájárulnak a fejlődő agyban a kognitív folyamatok és neurológiai alapjaik közötti interaktív és bonyolult kapcsolatokat dokumentáló irodalom növekvő tömegéhez.