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 emlékezet; hippocampalis funkcionális összeköttetés;memória fejlesztése;forrásmemória

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 vizsgálatok kimutatták, hogy a korábbi tapasztalatok kontextuális részleteire való emlékezés képessége (azaz a forrásmemória) összefügg a hippocampális gyermekkori fejlődéssel. Nem ismert, hogy a hippokampusz funkcionális változásai megelőzik-e a memória javulását, vagy fordítva. Gyorsított longitudinális tervezéssel azt találtuk, hogy a korai forrásmemória-változások előre jelezték a későbbi belső hippocampális funkcionális kapcsolódást, és ez a kapcsolat a későbbi forrásmemória-változásokat. 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 tubulosa por és a Cistanche 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 tanulmányok 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) a korfüggő 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 le 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 külön-külön végezték el hat eszköztárban: az Advanced Normalization Tools, az AFNI, az FSL, a BSE, a ROBEX és az SPM8 segítségével a kiváló 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.

Egyedi magrégiók (kétoldalú