A munkamemória rejtélye: Változó nézetek 2. rész

Rejtett neurális hálózatok feltárása a munkamemóriában

Sokkal nagyobb kihívást jelent annak a hipotézisnek a vizsgálata, amely szerint a munkamemória hátterében dinamikusan kapcsolt, elektromosan néma neurális hálózatok állnak, mivel az olyan fiziológiai technikák, mint az EEG, az fMRI és az elektrofiziológia, figyelik a neuronális aktivitást. Rose és mások (2016) TMS-tanulmányaira építve Wolff és mások (2017) egyedülálló megközelítést dolgoztak ki a felügyelet nélkül működő memóriát fenntartó, elektromosan csendes neurális hálózat jelenlétének tesztelésére (1A. ábra).

Az elmúlt években egyre több tanulmány kimutatta, hogy szoros kapcsolat van a dinamikus csatolás és a memória között. A dinamikus csatolás az emberi agy különböző területei közötti koordinációra és szinkronizálásra utal, míg a memória az emberi agy azon képessége, hogy információt tároljon, feldolgozzon és előhívjon.

Kutatások kimutatták, hogy a dinamikus csatolás elősegítheti az információátvitelt és az emberi agy neuronjai közötti integrációt, javítva az emberi megismerést és a végrehajtó funkciókat. Ugyanakkor a jó dinamikus csatolás elősegíti az emberek tanulási és memóriaképességét is. Például, amikor egy személy új ismereteket tanul, fokozatosan erősödik a koordináció és a szinkronizálás a különböző területek között, ami elősegíti az új ismeretek tárolását és feldolgozását, valamint megkönnyíti a memória megszilárdítását, fejlesztését.

Ezen túlmenően a kutatások azt találták, hogy a különböző típusú memóriák különböző dinamikus csatolásokkal járnak. Például a rövid távú memória szorosan összefügg az agy bizonyos területei közötti dinamikus kapcsolódás mértékével; a hosszú távú memória az agy területeinek szélesebb körét és a köztük lévő dinamikus kapcsolódást foglalja magában. Ezért a jó dinamikus csatolás fenntartása elősegíti az emberek különböző típusú memóriaképességeinek javulását.

Összességében pozitív kapcsolat van a dinamikus csatolás és a memória között. A dinamikus kapcsolódás erősítésével az emberek javíthatják a kognitív és végrehajtó funkciókat, valamint elősegíthetik a tanulási és memóriaképességeket. Ezért aktívan fel kell tárnunk és fenn kell tartanunk a jó dinamikus kapcsolódást, hogy javítsuk memóriánkat és tanulási képességeinket, valamint javítsuk életminőségünket. Látható, hogy javítanunk kell a memórián, és a Cistanche deserticola jelentősen javíthatja a memóriát, mert a Cistanche deserticola egy hagyományos kínai gyógyászati ​​anyag, amelynek számos egyedi hatása van, amelyek közül az egyik a memória javítása. A darált hús hatékonyságát a benne található különféle hatóanyagok jelentik, beleértve a savakat, poliszacharidokat, flavonoidokat stb. Ezek az összetevők különféle módon elősegíthetik az agy egészségét.

Kattintson a Ismerje meg a rövid távú memória javításának módját

A kutatók úgy ítélték meg, hogy ha elektromosan csendes neurális hálózat alakult ki, és a munkamemória idejére megmarad, akkor a hálózat válasza rendszerszinten különbözik attól, ha ez a csendes hálózat nem alakulna ki.

Ahelyett, hogy TMS-impulzust alkalmaznának, a kutatók nem kapcsolódó vizuális ingert (cél alakú köröket) adtak a vizuális munkamemória feladathoz kapcsolódó neurális hálózatok újraaktiválására. Ha a szinaptikus plaszticitás a munkamemória-feladatban a kapcsolódás dinamikus változásait idézte volna elő, akkor ezeknek a hálózatoknak más ingerrel történő vizsgálata más idegi választ eredményez, mint ha a hálózatot nem változtatták volna meg.

A szerzők ezt a neurális hálózatok "pingeléseként" említik, hogy értékeljék válaszukat. Ezenkívül a nem specifikus vizuális inger elméletileg újraaktiválhatja a memóriát kódoló szinaptikusan csatolt, csendes neurális hálózatok aktivitását, hasonlóan a TMS-hez. Ez az objektum memóriából való előhívásakor előhívott EEG-válaszok újraaktiválásaként jelenik meg.

A nem kapcsolódó cél alakú kép segítségével a neurális hálózatok „pingelésére” való vizsgálatok előkészítése során a résztvevők egy képernyőt néztek meg, amelyen két egymás melletti objektum látható, és arra utasították őket, hogy emlékezzenek mindkét elemre. Kis késleltetés után egy nyíl balra vagy jobbra mutatott. hogy a megfigyelőt megtudja, melyik tárgyra kell emlékezni egy következő teszt során.

Ezt az objektumot ezután a felügyelet nélküli munkamemória megtartja, míg a másik objektumot elfelejti, vagy a felügyelet nélküli (nem tudatos) memóriában tartja. Az emlékező tárgyak két csíkokkal teli kör volt, amelyeket úgy forgattak el, hogy a csíkok mindegyikén különböző tájolásúak legyenek. Késleltetés után egy csíkos kör jelent meg, és a résztvevőknek jelezniük kellett, hogy a „szonda” objektumot az óramutató járásával megegyező vagy azzal ellentétes irányban elforgatták-e a csíkos körtől, amelyet a munkamemóriában tartottak.

Az eredmények azt mutatták, hogy a vizuális munkamemóriában az objektumok megfelelő elektróda-rögzítési helyein megnövekedett az alfasáv aktivitása, ami megfelelt annak, hogy a szonda tárgya mennyiben tér el forgásában a memóriában lévő objektumtól. Ha elfelejtették volna az objektum orientációját a munkamemóriában, akkor ez a megkülönböztető EEG-reakció nem jelent volna meg, és az alanyok által közölt válaszok pontossága a véletlenre esett volna.

Másodszor, az EEG-válasz, amely a szonda képének a memóriában lévő képhez viszonyított elforgatásának mértékét jelzi, idővel csökkenne, mivel a munkamemória csak néhány másodpercig tart fenn. Az eredmények azt mutatták, hogy ez az EEG-aktivitás megnövekedett a nyíl jelzése után, és mindaddig fennmaradt, amíg a képet bemutatták a felidézésre, de az aktivitás lassan visszatért a kiindulási értékre a felügyelet nélküli memóriában lévő objektum idővel (1B. ábra). Ez alátámasztja azt a hipotézist, hogy különböző mechanizmusok tartják fenn a felügyelet nélküli és a látogatott munkamemóriákat, és a megfigyelt, de nem felügyelet nélküli emlékekhez állandó idegi aktivitás társul.

A kutatók ezután egy harmadik, független vizuális stimulust használtak, hogy megpingeljék a rendszert a neurális hálózati funkciókban a szinaptikus plaszticitás által vezérelt változások miatt, amelyek elméletileg rögzítik a munkamemóriát. A nem kapcsolódó inger fokozta a megfigyelt memóriában lévő objektum idegi aktivitását, de nem a felügyelet nélkül tárolt objektum esetében (1C. ábra). A szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy a látogatott munkamemóriákkal ellentétben a felügyelet nélküli munkamemóriákat a szinaptikus plaszticitás tárolja, dinamikusan kapcsolt, de elektromosan néma neurális hálózatokat képezve, anélkül, hogy szükség lenne az idegi aktivitás folyamatos növekedésére.

Az adatok újravizsgálata

Egy nemrégiben végzett tanulmány újra megvizsgálta Wolff és társai (2017) eredeti adatait, és megállapította, hogy a felügyelet nélküli memóriában lévő objektumra adott idegi válasz a visszahívás előtti teljes időtartamig fennmaradt, ha az adatokat eltérően elemezték. Az EEG feszültség monitorozása helyett Barbosa és mások (2021) az alfa sáv EEG aktivitásának erejét elemezték. Az EEG aktivitás megnövekedett ereje, amely mind a megfigyelt, mind a felügyelet nélküli munkamemóriában lévő objektumokra utalt, a visszahívás előtti ideig fennmaradt (1D. ábra).

Az alfa-teljesítményre adott válaszokat felerősítette a nem kapcsolódó vizuális inger, amely "pingelte" a rendszert, de az a tény, hogy az aktív válasz nyilvánvaló volt mind a látogatott, mind a felügyelet nélküli emlékek esetében, kissé megkérdőjelezi a vizuális pingre adott aktív válaszok kiváltásának hatásait, mint a rejtett pingálási módszert. memóriát tároló állapotok. Ezen túlmenően, a vizuális ping aktiválhatja az akciós potenciál tüzelés által fenntartott neurális hálózatok aktivitását, valamint a feltételezett elektromosan néma hálózatokat, így a vizuális ping technika nem tudja egyértelműen megkülönböztetni e két információtárolási mechanizmust.

Barbosa és mások (2021) úgy vélik, hogy a feszültségmérések nagyobb eltéréseknek vannak kitéve az alapvonal eltolódása és a fejbőr elektródák impedanciájának változása miatt, míg az oszcillációk frekvenciája és teljesítménye robusztusabb az ilyen technikai nehézségekre. Így Wolff és mások (2017) a jel-zaj korlátok miatt nem észlelték a felügyelet nélküli memóriával összefüggő idegi aktivitás folyamatos növekedését. Ezen túlmenően elemzésük kimutatta, hogy az eredeti adatok statisztikai elemzésének ereje gyenge volt, és hogy egy nagyobb mintaméret valószínűleg megnövekedett tartós aktivitást észlelt volna a felügyelet nélküli objektumok késleltetési időszakában.

Egy alaposabb elemzés azt is kimutatta, hogy az alanyok között nagy eltérések mutatkoznak a válaszokban, és hogy sok esetben az EEG-feszültség tartós emelkedése nyilvánvaló volt a felügyelet nélküli memória kíséretében, de más kísérleti alanyoknál ez nem volt nyilvánvaló. A megnövekedett szórás aláásta volna az elektromos aktivitás tartós növekedésének azonosítására irányuló erőfeszítéseket, amelyek fenntartják a felügyelet nélküli memóriát.

Következtetések

Az eredeti adatok újraelemzése megdönti Wolff és mások (2017) befolyásos tanulmányának következtetéseit, amelyek nem találták a munkamemória jelét a megnövekedett tartós EEG-aktivitás tekintetében, de nem érvényteleníti a kísérleteket, és nem szolgáltat bizonyítékot arra, hogy a szinaptikus plaszticitás igen. nem képeznek dinamikus együtteseket a munkamemória mögöttes neurális hálózatokból. Az újraelemzés csak azt a közhelyet mutatja, hogy "a bizonyíték hiánya nem bizonyíték a hiányra". Az eredeti kísérletek és az adatok érvényesek, de a következtetések eltérő elemzés esetén megváltoznak.

Fontos, hogy ez a két cikk demonstrálja a tudományos kutatásban való együttműködés erejét, mivel Wolff és munkatársai átadták nyers adataikat Barbosának és kollégáinak újraelemzés céljából, és hálásan köszönjük hasznos megbeszéléseikért. Mindkét csoport elismeri, hogy sokkal nehezebb kísérleti bizonyítékokat szerezni a munkamemória szinaptikus plaszticitási mechanizmusának alátámasztására, mivel az definíció szerint elektromosan csendes.

Ez különösen igaz, ha az ilyen csendes mechanizmusok párhuzamosan működnek olyan aktív mechanizmusokkal, amelyek megzavarják az észlelésüket. Így a „bizonyítékok hiányára vonatkozó axióma…” Még inkább vonatkozik a jelenlegi bizonyítékok hiányára alapozott néma neurális hálózat hipotézis elvetésére.

Valójában ez a két mechanizmus együtt is működhet. Trübutschek és mások (2017) tanulmányai azt mutatják, hogy a résztvevők vissza tudnak emlékezni olyan információkra, amelyekről nincs tudatosságuk, még akkor is, ha az EEG nem észlel aktív idegi választ, amely a vizsgálati felidézést megelőző késleltetési időszakban fennmaradna. Azt sugallják, hogy egy tranziens kódolási fázist követően az aktív neuronális tüzelés révén a nem tudatos ingerek a szinaptikus súlyok aktív, rövid távú változásaival tarthatók fenn, kimutatható idegi aktivitás nélkül, ami lehetővé teszi a visszakeresést néhány másodpercig.

Továbbra is rejtély, hogyan lehet felfedni egy esetleges elektromosan néma idegi folyamat létezését, de a szinaptikus kapcsolódásban bekövetkező lehetséges változások feltárása, amelyek a munkamemóriával együtt járhatnak, továbbra is erőteljes próbálkozás marad, amely kétségtelenül új együttműködéseket és új előrelépéseket fog kiváltani.

Összeférhetetlenségi nyilatkozat

A szerző nem nyilatkozott potenciális összeférhetetlenségről a cikk kutatásával, szerzőjével és/vagy publikálásával kapcsolatban.

Finanszírozás

A szerző(k) bejelentették, hogy e cikk kutatására, szerzőjére és/vagy publikálására a következő anyagi támogatást kapták: Ezt a munkát az NIH ZIAHD000713 számú intramurális pályázata támogatta.

Hivatkozások

1.Barak O, Tsodyks M, Romo R. 2010. Neuronális populáció kódolása a parametrikus munkamemóriáról. J Neurosci 30:9424–30.

2. Barbosa J, Lozano-Soldevilla D, Compte, A. 2021. Az agy vizuális impulzusokkal való pingelése elektromosan aktív, nem tevékenység-csendes működő emlékeket tár fel. PLoS Biol 19(10):e3001436.

3. Butters N, Pandya D. 1969. A sulcus principalis szelektív lézióinak késleltetett váltakozási hatásának megtartása. Tudomány165:1271–3.

4. Courtney SM, Ungerleider LG, Keil K, Haxby JV. 1997. Átmeneti és tartós tevékenység elosztott idegrendszerben a munkamemória számára. Nature 386:608–11.

5. Foster JJ, Sutterer DW, Serences JT, Vogel EK, Awh E. 2016.The topography of alfa-band activity tracks the content of spatial work memory. J Neurophysiol 115(1):168-77.

6. Fuster JM, Alexander GE. 1971. A rövid távú memóriával kapcsolatos neuronaktivitás. Science 173:652–4.

7. Goldman-Rakic ​​PS. 1995. A munkamemória sejtes alapjai.Neuron 14:447–85.

8. Lewis-Peacock JA, Drysdale AT, Oberauer K, Postle BR. 2012. Neurális bizonyítékok a rövid távú memória és a figyelem fókusza közötti különbségtételre. J Cogn Neurosci 24:61–79.

9. Linden DEJ. 2007. Az emberi agy munkamemória hálózatai. Neuroscientist 13(3):257–67.

10.Mongillo G, Barak O, Tsodyks M. 2008. Synaptic theory ofworking memory. Science 319:1543–6.

For more information:1950477648nn@gmail.com