Greške u vizualno-prostornoj radnoj memoriji u prostoru i vremenu

Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Email:audrey.hu@wecistanche.com

Visuospatialradna memorija(VSWM) uključuje kortikalne regije duž dorzalnog vidnog puta, koje su topografski organizirane u odnosu na vizualni prostor. Međutim, ostaje nejasno kako takva funkcionalna organizacija može ograničiti VSWM ponašanje u prostoru i vremenu. Ovdje smo sistematski mapirali VSWM performanse u {{0}}dimenzionalnom (2D) prostoru u različitim intervalima zadržavanja kod ljudskih subjekata koristeći sakadne zadatke vođene memorijom i vizualno vođene u dva eksperimenta. U odnosu na vizuelno vođene sakada, sakada vođene memorijom pokazale su značajno povećanje nesistematskih grešaka, ili varijabilnosti odgovora, sa povećanjem ekscentričnosti cilja (3 stepena – 13 stepeni vidnog ugla). Nesistemske greške su se takođe povećavale sa povećanjem kašnjenja (1,5–3 s, Eksperiment 1; 0,5–5 s, Eksperiment 2), dok je bilo malo ili nimalo interakcije između kašnjenja i ekscentriciteta. Kontinuirano modeliranje bump atraktora sugerira neurofiziološke i funkcionalne organizacione faktore u rastućim nesistematskim greškama u VSWM-u u prostoru i vremenu. Ovi nalazi ukazuju da: (1) VSWM reprezentacija može biti ograničena funkcionalnom topologijom vizuelnog puta za 2D prostor; (2) Nesistematske greške mogu uticati na akumuliranu bukuodržavanje memorijedok sistematske greške mogu proizaći iz ne-mnemoničkih procesa kao što je bučna senzomotorna transformacija; (3) Mogu postojati nezavisni mehanizmi koji podržavaju prostornu i vremensku obradu VSWM-a.

EFEKTI DODATAKA CISTANCHE: POBOLJŠAVAJU MEMORIJUY

Vizuoprostorna radna memorija(VSWM) se odnosi na privremeno održavanje i manipulaciju vizualno-prostornim informacijama radi planiranja i usmjeravanja ponašanja. Uprkos svojoj centralnoj ulozi u spoznaji višeg reda1, VSWM pokazuje različite stepene preciznosti. Najnovije studije su istakle povećanje grešaka pri sjećanju u VSWM-u sa veličinom skupa 2–4, dok su efekti prostora i vremena na vjernost VSWM-a i osnovne neuronske mehanizme i dalje nejasni. Ova studija je imala za cilj da ispita varijabilnost u performansama VSWM-a u dvodimenzionalnom (2D) prostoru i vremenu, koristeći eksperimente ponašanja i kompjutersko modeliranje zasnovano na neurofiziologiji.

Prethodne studije ponašanja ljudi i makaka su otkrile da VSWM performanse tokom zadatka odgođenog odgovora variraju na različitim prostornim lokacijama. Uočene su i sistemska greška, pomak srednjih lokacija odgovora, i nesistematska greška, fluktuacija odgovora oko srednje lokacije. Međutim, obrazac ponašanja ovih grešaka je nekonzistentan u svim studijama, a neuronski izvori ovih grešaka su nepoznati. Studije koje su koristile paradigmu okulomotornog odgođenog odgovora5 kod makaka su pokazale da sakade na zapamćene lokacije pokazuju sistematsku pristrasnost prema gore, sa krajnjim tačkama sakada sistematski pomjerenim iznad cilja6-8. Ove studije također izvještavaju da i sistematske i nesistematske greške variraju u prostoru i da se čini da se ove greške povećavaju sa povećanjem ekscentriciteta6–8. Nasuprot tome, neke studije9 su pokazale fovealnu pristrasnost koja se povećava s ekscentricitetom kod ljudskih subjekata, koristeći zadatak koji zahtijeva prisjećanje jedne zapamćene pozicije tačke klikom miša. Drugi su pronašli pristrasnost kvadranta u prostornom smislumemorijaprisjetimo se da je privlačio prema centru kvadranta kod neljudskih primata10 i ljudi11,12. Stoga, tačan obrazac VSWM grešaka u 2D prostoru ostaje nejasan.

Jedan od glavnih izvora varijabilnosti VSWM-a u svemiru su vjerovatno funkcionalna topografska ograničenja osnovnih neuronskih supstrata. Distribuirana mreža dorzalnih kortikalnih regija podržava VSWM obradu13–18, od kojih većina pokazuje neki oblik topografskog mapiranja vizualnog prostora. Retinotopske mape su ikone u ranom vidnom korteksu, gdje obližnji neuroni imaju receptivna polja na susjednim prostornim lokacijama u vidnom polju19–22. Slične implikacije su napravljene za ljudske stražnje parijetalne regije, uključujući intraparijetalnu brazdu ili lateralnu intraparijetalnu oblast23-26, i prefrontalne regije, uključujući precentralni sulkus ili frontalne očne polja27-31. Budući da retinotopska organizacija vizuelnog sistema od mrežnjače do ekstrastriatnih područja nije ujednačena u prostoru, potencijalno može ograničiti VSWM reprezentaciju u vidnim poljima i reprezentaciju u nizvodnim područjima.

Program integrativne neuronauke, Odsjek za psihologiju, Univerzitet Stony Brook, Stony Brook, NY 11794, SAD.

Postoje najmanje dva svojstva retinotopske organizacije koja mogu ograničiti obradu i reprezentaciju vizuoprostornih informacija u prostoru, uključujući varijacije u fotoreceptorima i gustini retinalnih ganglijskih ćelija preko retine32,33 i kortikalno uvećanje centralnog vida34-41. VSWM performanse, koje se odražavaju i na srednju vrijednost i na varijabilnost odgovora, možda su manje precizne za periferne mete, jer se kortikalni faktor uvećanja smanjuje i veličina receptivnog polja povećava s povećanjem ekscentriciteta cilja u primarnom vidnom korteksu38–41. Također je neizvjesno u kojoj mjeri funkcionalna arhitektura nizvodnih područja može dodatno iskriviti VSWM reprezentaciju u vidnim poljima. Neuroni u parijetalnim i posebno frontalnim regijama imaju značajne veličine receptivnog polja (do prečnika do 30 stepeni), a ovi regioni višeg reda imaju mnogo grublje funkcionalne organizacije u poređenju sa vizuelnim područjima42–46. Ostaje nepoznato da li parijetalni i frontalni regioni pokazuju stvarnu prostornu topografiju osim otprilike kontralateralne hemisferne reprezentacije. Na primjer, jedna nedavna studija neljudskih primata sugerira neretinotopsku organizaciju u dorsolateralnom prefrontalnom korteksu koja grubo dijeli vizualno-mnemonički prostor na kvadrante10.

Slika 1. Dizajn eksperimentalnog zadatka i stimulansi. Distribucija vizuelnih stimulusa u prostoru u eksperimentu 1 (a) i eksperimentu 2 (b). Lokacije stimulusa u svim ispitivanjima su malo potresene oko ciljeva. Sakadni zadatak vođen pamćenjem (c) i vizuelno vođen sakadni zadatak (d). Strelice u (c) i (d) su prikazane da ilustruju sakadu vođenu memorijom ili vizuelno vođenu sakadu, koje nisu prikazane tokom stvarnih eksperimenata.

Preciznost VSWM-a ne samo da varira u prostoru, već se mijenja i tokom vremena. Vremenski tok sistematskih i nesistematskih grešaka u VSWM predstavljanju nije dobro okarakterisan. Neka istraživanja na primatima koji nisu ljudi otkrila su povećanje nesistematskih grešaka sa povećanjem trajanja kašnjenja do 20 s8,47. Nasuprot tome, drugi su pokazali da se nesistematska greška nakupila unutar prvih 800 ms kašnjenja i da je ostala stabilna6. Slično tome, neki su predložili da se većina sistematskih grešaka akumulira u prvoj sekundi kašnjenja6,8, dok su drugi pokazali povećanje sistematske pristrasnosti sa kašnjenjima do 3 s9,48–50. Jedan od primarnih izvora VSWM grešaka tokom vremena može biti nagomilavanje bukememorijaodržavanje. Dorsolateralna prefrontalna rekurentna mikrokola stvara samoodrživu neuronsku aktivnost tokom radamemorijakašnjenje, potencijalno održavanje mnemoničkog sadržaja tokom vremena15. Takvu trajnu aktivnost karakteriziraju modeli atraktorske mreže s lokalnim rekurentnim pobudama i širokim inhibicijama u topografski organiziranom kolu51-53, demonstrirajući stohastičke pogone preko kašnjenja u odsustvu vanjskih ulaza. Pogoni bump aktivnosti su povezani sa varijabilnošću grešaka u ponašanju od pokušaja do pokušaja tokom kašnjenja52.

Ovdje smo istraživali VSWM reprezentaciju kroz prostor i vrijeme u dva eksperimenta sistematskim mapiranjem grešaka u ponašanju u 2D prostoru i vremenu kod ljudskih subjekata (slika 1). U oba eksperimenta, snimili smo položaje očiju tokom sakada vođene memorijom (MGS) i vizuelno vođene sakada (VGS). Usporedili smo sistematske i nesistematske greške krajnjih tačaka primarne i sekundarne sakade na različitim ekscentricitetima i različitim dužinamamemorijakašnjenja i istražene potencijalne interakcije između ova dva parametra. Očekivali smo da će se i sistematske i nesistemske greške povećavati s povećanjem vizualnog ekscentriciteta, ali samo nesistematske greške će se povećavati s dužim intervalima kašnjenja. Osim toga, primijenili smo uobičajeno korišteni jednodimenzionalni (1D), kontinuirani model atraktora bump-a da simuliramo u kojoj mjeri buka koja se akumulirala tokom kašnjenja u rekurentnom mikrokolu može doprinijeti uočenim obrascima grešaka u ponašanju. Neuralna dinamika pri različitim ekscentricitetima je modelirana različitim brojem neurona u modelu, s više neurona koji indeksiraju kortikalno povećanje pri manjem ekscentričnosti.

Slika 2. Grupni prosjeci sistematskih i nesistematskih grešaka u prostoru. Plavi (MGS) i crveni (VGS) krugovi ilustruju prosječnu lokaciju i varijabilnost krajnjih tačaka primarne sakade (a) i krajnjih tačaka sekundarne sakade (b). Ciljane lokacije su prikazane kao presek čvrstih sivih linija. Centar svakog plavog/crvenog kruga predstavlja srednju krajnju tačku sakade (sistematske greške), dok radijus predstavlja varijabilnost krajnje tačke sakade (nesistematske greške) usrednjene među subjektima na svakoj ciljnoj lokaciji Eksperimenta 1. Sve brojke podataka u rukopisu generisane su u MATLAB54 .

Rezultati

Eksperiment 1.

Pristrasnost i varijabilnost sakadne krajnje tačke. Eksperimentalni zadaci i vizuelni stimulansi prikazani su na slici 1. Da bismo vizualizovali sveukupne obrasce sistematskih i nesistematskih grešaka u MGS u odnosu na VGS, prikazali smo prosečnu varijabilnost i srednje krajnje tačke primarne (slika 2a) i sekundarne (sl. 2b) sakadama za svaku ciljnu lokaciju. Sistematska unutrašnja/fovealna i ugaona pristrasnost u prostoru bila je očigledna u MGS-u (Slika 2; Dodatne slike S1-S2). U poređenju sa vizuelno vođenim odgovorima,memorija-vođene sakade su bile manje precizne (t(9)=4.30, p=.002) i pokazale su širu varijabilnost (t(9)=7.95, p<.001) in="" endpoint="" positions.="" as="" expected,="" the="" secondary="" saccades="" were="" more="" accurate="" (t(9)="3.47," p=".007)" and="" less="" variable="" (t(9)="13.50,"><.001) relative="" to="" the="" primary="" saccades,="" refecting="" response="" correction.="" figure="" 3="" shows="" the="" saccade="" endpoint="" distribution="" across="" eccentricities="" and="" delays="" of="" one="" typical="">

Utjecaj ekscentriciteta cilja na VSWM greške. ANOVA sa ponovljenim mjerenjima ispitala je unutar subjekta efekte ekscentriciteta (3, 8, naspram 13 stepena vidnog ugla) i zadatka (MGS vs. VGS) (Tabela 1A; Slika 4, gornji red). Uočili smo značajne glavne efekte ekscentričnosti i tipa zadatka i za sistematske i za nesistematske greške primarne i sekundarne krajnje tačke sakade. Međutim, interakcija između zadatka i ekscentriciteta bila je samo statistički značajna za nesistematske greške (sl. 4c, d). Dodatne analize su otkrile da se nesistematske greške značajno povećavaju sa linearnim povećanjem ekscentriciteta (primarne sakade, t=6.56, p<.001; secondary="" saccades,="" t="10.22,"><.001) and="" quadratically="" (primary="" saccades,="" t="−" 4.41,="" p=".003;" secondary="" saccades,="" t="−" 2.58,="" p=".059)" in="" the="" mgs,="" but="" only="" linearly="" (primary="" saccades,="" t="9.98,"><.001; secondary="" saccades,="" t="13.29,"><.001) in="" the="" vgs.="" interaction="" contrast="" analyses="" further="" confirmed="" a="" stronger="" linear="" (primary="" saccades,="" p="">.5; sekundarne sakade, t(9)=6.54, str<.001) and="" quadratic="" trend="" (primary="" saccades,="" t(9)="−" 3.46,="" p=".014;" secondary="" saccades,="" p="">.1) in the MGS than the VGS for the unsystematic errors. The quadratic effect came from the smaller increase in response error from the eccentricity of 8° to 13° than from 3° to 8°. Both tasks showed similar linear trends of eccentricity for the systematic errors (p's>.7; podaci nisu prikazani). Sve u svemu, greške krajnje tačke sakade tokom MGS-a pokazale su povećanje pristranosti i varijabilnosti sa povećanjem ekscentričnosti, pri čemu se obrazac varijabilnosti MGS-a i kvantitativno i kvalitativno razlikovao od obrasca VGS-a.

Tabela 1. Analize varijanse ponovljenih mjerenja VSWM grešaka u eksperimentu 1. "a" označava p-vrijednost korigovanu Greenhouse–Geisser metodom zbog narušavanja sferičnosti.

Slika 4. Greške krajnje tačke sakada između zadataka, ekscentriiteta i kašnjenja u eksperimentu 1. Gornji red prikazuje greške u MGS (crno) i VGS (svetlo sivo) u različitim ciljnim ekscentriitetima. Donji red prikazuje greške u MGS-u u različitim intervalima kašnjenja za svaki ciljni ekscentricitet (3 stepena, svetlosiva; 8 stepeni, siva; 13 stepeni, crna). I sistematske i nesistemske greške su se povećavale sa povećanjem ekscentriciteta, sa većim linearnim i kvadratnim povećanjem MGS-a nego u VGS-u za nesistematske greške. Nesistematske greške u MGS-u su se akumulirale od 1.5-s do 3-s intervala kašnjenja značajno za primarne i sekundarne sakade u sličnom obrascu preko ekscentriciteta.

Utjecaj kašnjenja na VSWM greške preko ekscentriciteta. Da bismo ispitali kako VSWM greške variraju u trajanju kašnjenja pri različitim ekscentricitetima, izveli smo dvosmjernu ANOVA-u s ponovljenim mjerenjima s ekscentricitetom (3, 8, naspram 13 stepeni vidnog ugla) i kašnjenjem (1,5, 2 naspram 3 s) kao faktori unutar subjekta. Pronašli smo značajan glavni efekat kašnjenja u nesistematskim greškama, ali ne i u sistematskim greškama (Tabela 1B; Slika 4, donji red). Konkretno, nesistematske greške tokom MGS-a su se linearno povećavale s trajanjem kašnjenja i za primarnu i za sekundarnu sakadu (respektivno: t(9)=4.82, p=.002; t(9){{18 }}.36, str<.001), showing="" significant="" increases="" from="" the="" 1.5-s="" to="" 3-s="" delay="" conditions="" (primary="" saccades,="" t(9)="4.82," p=".003;" secondary="" saccades,="" t(9)="7.36,"><.001) and="" from="" the="" 2-s="" to="" 3-s="" delay="" conditions="" (primary="" saccades,="" t(9)="3.17," p=".034;" secondary="" saccades,="" t(9)="6.13,"><>

Međutim, nije bilo značajnih interakcija između ekscentriciteta i kašnjenja u MGS-u, osim sistematskih grešaka sekundarnih sakada (slika 4f). Efekat interakcije je bio povezan sa linearnim smanjenjem sistematskih grešaka sa povećanjem kašnjenja pri najvećem ekscentricitetu (13 stepeni vidnog ugla) za razliku od linearnog povećanja pri srednjem ekscentricitetu (8 stepeni vizuelnog ugla) (kontrast linearnosti: t(9 )=− 3,53, p=.039), iako oba linearna trenda nisu bila statistički značajna (8 stepeni vidnog ugla: t=1.64, p=. 27; 13 stepen vidnog ugla: t=− 2.10, p=.13). Kašnjenje zbog interakcije ekscentriciteta približavalo se značaju za nesistematske greške u sekundarnim sakadama.

EFEKTI DODATAKA CISTANCHE: POBOLJŠAVAJU PAMĆENJE

Eksperiment 2.

U Eksperimentu 2, imali smo za cilj da ponovimo rezultate Eksperimenta 1 i dalje istražimo efekat trajanja zadržavanja na performanse VSWM-a. Stoga smo ispitali greške odgovora u širem rasponu intervala kašnjenja (0.5, 1, 1.5, 2, 3, 4 i 5 s). Opet, ANOVA s ponovljenim mjerenjima (Tabela 2A; Slika 5, gornji red) otkrile su značajne glavne efekte tipa zadatka i ekscentriciteta za sve vrste grešaka i značajnu interakciju između zadatka i ekscentriciteta za nesistematske greške sekundarnih sakada. Tokom MGS-a, nesistematske greške sekundarnih sakada su se povećavale sa povećanjem ekscentriciteta i linearno (t(8)=15.23, p<.001) and="" quadratically="" (t(8)="−3.98," p=".008);" such="" linear="" and="" the="" quadratic="" increase="" was="" significantly="" greater="" in="" the="" mgs="" than="" the="" vgs="" (linear="" contrast:="" t(8)="7.36,"><.001; quadratic="" contrast:="" t(8)="−3.10," p=".030)." other="" types="" of="" errors="" only="" linearly="" increased="" with="" increasing="" eccentricity=""><.003, data="" not="" shown)="" without="" significant="" quadratic="" trends="" (p's="">.10, podaci nisu prikazani).

Efekti kašnjenja na VSWM performanse (tabela 2B; slika 5, donji red) bili su slični onima prijavljenim u eksperimentu 1. Glavni efekat kašnjenja na nesistematske greške bio je statistički značajan za sekundarne sakada i približavajući se značajnosti za primarne sakada ali nije pokazao značajne interakcije s ekscentričnosti. Post-hoc poređenja su otkrila značajne razlike u nesistematskim greškama između 4-s i 0.5-s kašnjenja (t(8)=6.08, p{{10 }}.006) i između 4-s i 1.5-s kašnjenja (t(8)=4.90, p=.025) za sekundarne sakade . Nije bilo značajnih efekata kašnjenja ili kašnjenja zbog interakcije ekscentriciteta na sistematske greške.

Slika 5. Greške sakadne krajnje tačke između zadataka, ekscentričnosti i kašnjenja u eksperimentu 2. Pogledajte oznake na slici 4. Sistematske i nesistemske greške su se povećavale sa povećanjem ekscentriciteta, sa većim linearnim i kvadratnim povećanjem nesistematskih grešaka u MGS-u nego u VGS-u . Nesistematske greške u MGS-u su se akumulirale od 0.5- do 5- intervala kašnjenja značajno za sekundarne sakade i imale su trend značaja za primarne sakada u sličnom obrascu preko ekscentriiteta.

Izvršili smo dodatne analize kako bismo dalje proučavali efekte kašnjenja i ekscentriciteta na sakadama vođene memorijom. Prvo smo prikupili skup podataka o replikaciji za Eksperiment 2 od šest prethodnih subjekata kako bismo ispitali da li se performanse stabilizirale nakon opsežne prakse. ANOVA-i ponovljenih mjerenja otkrili su slične efekte ekscentriciteta i kašnjenja u ovom skupu podataka replikacije (dodatna slika S3; tabela S1) kao i oni uočeni u eksperimentu 1 i u prvom skupu podataka eksperimenta 2. Značajno je da su se nesistematske greške značajno i linearno povećale s dužim kašnjenjem trajanja i za primarni (t(30)=4.20, p=.001) i sekundarni (t(30)=5.62, p<.001) saccades="" as="" in="" experiment="">

Drugo, proveli smo analize na individualnom nivou regresirajući oba tipa MGS grešaka na ekscentricitet, trajanje kašnjenja i njihov proizvod za svakog od devet učesnika (dodatna slika S4; tabela S2). Koeficijent ekscentriciteta za sistematsku grešku bio je značajno veći od nule u primarnim i sekundarnim sakadama dva ispitanika, iako je bio veći od nule za nesistematske greške u šest primarnih sakada i osam ispitanika u sekundarnim sakadama. Intervali pouzdanosti od 95 posto (CI) kašnjenja nisu uključivali nulu za nesistematske greške, osim za primarne sakade jednog subjekta i sekundarne sakade tri ispitanika. Svih 95 posto CI kašnjenja za sistematske greške i većina 95 posto CI proizvoda ekscentriciteta i kašnjenja nisu uključivali nulu. Ovi pojedinačni rezultati potvrdili su grupnu analizu: u MGS-u, nesistematske greške su se povećale sa većim ciljnim ekscentricitetima i dužim trajanjem kašnjenja, iako su efekti kašnjenja bili slabiji od efekta ekscentriciteta.

Uzeto zajedno, u Eksperimentu 2, greške krajnje tačke sakade u MGS-u su također pokazale veće povećanje varijabilnosti s povećanjem ekscentriciteta (3 do 13 stepeni vidnog ugla) i trajanja kašnjenja (0.5 do 5 s) nego u VGS, a čini se da ova dva faktora djeluju nezavisno jedan od drugog. Nasuprot tome, sistematska pristranost nije varirala u zavisnosti od trajanja kašnjenja i povećavala se preko ekscentriciteta na sličan način u MGS i VGS.

Simulirani ishod za VSWM u prostoru i vremenu.

Na kraju, ispitali smo potencijalne neurofiziološke izvore efekata kašnjenja i ekscentriciteta na VSWM greške. Primjenjujući 1D model kontinuiranog bump atraktora52, simulirali smo srednju vrijednost i varijabilnost krajnjih tačaka MGS-a kroz sedam kašnjenja (0.5 do 5 s) i tri ekscentriciteta (3 do 13 stepeni vidnog ugla) kao što je korišteno u eksperimentu 2 Broj neuronskih jedinica u modelu je indeksirao kortikalno uvećanje preko vidnog polja (3 stepena, 933 neurona; 8 stepeni, 402 neurona; 13 stepeni, 256 neurona), na osnovu faktora kortikalnog uvećanja procenjenog u studiji humanog retinotopskog mapiranja55. Simulirali smo 10,000 pokušaja za svaku kombinaciju kašnjenja i ekscentriciteta (dopunska slika S5). Kao što se očekivalo od prethodnog modeliranja51, dok simulirane sistematske greške nisu pokazale značajne varijacije u ekscentricitetu ili kašnjenju, simulirane nesistemske greške su pokazale značajna povećanja kako ekscentriciteta tako i kašnjenja. Ukratko, simulirani podaci replicirali su glavne efekte kašnjenja, ali nisu uspjeli uhvatiti sistematske obrasce grešaka i nezavisne efekte ekscentriciteta i kašnjenja na MGS, kao što je prikazano u podacima o ponašanju.

EFEKTI DODATAKA CISTANCHE: POBOLJŠAVAJU PAMĆENJE

Diskusija

U ovoj studiji smo istražili kako VSWM reprezentacija varira u 2D prostoru i vremenu. Naši podaci o ponašanju su pokazali da su i sistematske i nesistematske greške sakada vođenih memorijom porasle s ekscentričnostima. Međutim, samo su nesistematske greške pokazivale kvalitativno drugačiji obrazac od vizuelno vođenih sakada. Ovi nalazi prate model kortikalnog uvećanja, što ukazuje da retinotopske organizacije vizuelnog puta mogu ograničiti VSWM reprezentacije. Takođe je evidentno da su se nesistematske greške sakada vođenih memorijom povećavale sa intervalom zadržavanja do 5 s, iako se činilo da je efekat manje robustan i varijabilniji među subjektima od efekta ekscentriciteta. Pretpostavljamo da su nesistematske greške povezane sa akumuliranim neuronskim šumom u održavanju memorije u skladu sa neurofiziološkim modelima, dok sistematske greške mogu proizaći iz procesa koji nisu zasnovani na pamćenju, kao što je senzomotorna transformacija. Nedostatak ekscentričnosti zbog interakcije kašnjenja u MGS-u dalje sugerira nezavisne mehanizme koji su u osnovi prostorne i vremenske obrade VSWM-a.

Naši eksperimenti su dosledno pokazali povećane sistematske i nesistematske greške u sakadama vođenim memorijom sa povećanjem ekscentričnosti cilja. Ovi nalazi usko potvrđuju prethodne studije koje su izvještavale o većim greškama u odgovoru s većim ekscentricitetom mete kod makaka koji koriste sličan MGS zadatak7 i kod ljudi koji koriste zadatak koji zahtijeva ručno kontrolirane klikove miša za lociranje ciljeva u svemiru9. Proširujući prethodna istraživanja, dalje pokazujemo da je varijabilnost odgovora vođenih memorijom preko ekscentriciteta bila izvan kvantitativne razlike u odnosu na vizualno vođene odgovore. Konkretno, nesistematske greške u MGS-u su se povećavale linearno i kvadratno sa povećanjem ekscentriciteta u poređenju sa manjim linearnim povećanjem greške u VGS-u. Ovi nalazi sugeriraju da VSWM reprezentacije nisu homogene u 2D prostoru i da su nelinearne preko ekscentriciteta. VSWM reprezentacije mogu imati oštriji prijelaz iz fovee (<~3°) to="" parafovea=""><~5°) and="" demonstrate="" similar="" properties="" beyond="" parafovea="" (="">~5 stepen )32,33,56.

Mogući neuronski mehanizam koji leži u osnovi prostorne heterogenosti VSWM grešaka je struktura funkcionalnog topografskog mapiranja prostora u vizuelnom sistemu. Retinotopska svojstva dorzalnog vidnog puta, kao što je kortikalno uvećanje, mogu ograničiti VSWM reprezentacije u vidnom polju slično ograničavanju vizuelnih perceptivnih i pažnjivih performansi u prostoru36,39,57–59. Intrigantno, prethodna istraživanja vizuelne kratkoročne memorije su pokazala smanjenje kapaciteta vizuelne radne memorije za slova sa povećanjem ekscentričnosti od 4 stepena do 10 stepeni vizuelnog ugla, a efekat je delimično oslabljen nakon reskaliranja stimulusa u skladu sa uvećanjem korteksa. faktor60. Naši nalazi o nelinearnom povećanju nesistematskih grešaka preko ekscentriciteta dalje proširuju hipotezu kortikalnog povećanja na VSWM za prostorne lokacije. Kao što je pokazano u prethodnim studijama perceptivne oštrine39, faktor uvećanja korteksa je takođe nelinearna funkcija ekscentriciteta, što pokazuje postepeno sporije smanjenje od ekscentriciteta od 1,5 stepeni do 12 stepeni vidnog ugla. Veće VSWM greške za periferne mete mogu proizaći iz prostorne heterogenosti perceptivne obrade u ranim vidnim regijama. Alternativno, može proizaći iz neujednačene mnemoničke reprezentacije u prostoru u nižim vidnim regijama16,17 iu posteriornim parijetalnim i frontalnim regijama višeg nivoa uz daljnju distorziju u njihovoj retinotopskoj organizaciji10,44. Tus, kortikalno uvećanje ranih vizuelnih regiona može ograničiti i perceptivno kodiranje i mnemoničko održavanje prostornih informacija u perifernom vidnom polju. Kako tačno kortikalno uvećanje može uticati na VSWM preciznost u svemiru? Postoje najmanje dva mehanizma, uključujući smanjen kortikalni faktor uvećanja i povećanu veličinu receptivnog polja kako se ciljni ekscentricitet povećava38,40,41,61,62. Budući da je gustina ćelija u centralnoj vizuelnoj predstavi V1 otprilike ista63 ili čak viša64 od one u perifernoj reprezentaciji, smanjenje kortikalnog faktora uvećanja sa ekscentricitetom znači više neurona posvećenih fovealnoj obradi.

Kao što je ilustrovano u prethodnim studijama modeliranja51 iu našim podacima simulacije (dodatna slika S5), manji broj neurona u lokalnom VSWM mikrokolu bi povećao stohastički pomak u populacijskoj aktivnosti i time povećao varijansu mrežnog izlaza. Moguće je da je veća nesistematska greška sa povećanjem ekscentričnosti u našim MGS podacima manifestacija ponašanja faktora uvećanja korteksa i varijabilnosti u rekurentnoj mrežnoj aktivnosti kroz kortikalni prostor. Osim toga, veća veličina receptivnog polja također može smanjiti kvalitet VSWM reprezentacije na periferiji, jer široko prostorno podešavanje može smanjiti preciznost i kodiranja i održavanja VSWM-a. Buduće studije bi mogle dalje ispitati kako veličina memorijskog polja u mreži bump atraktora utiče na VSWM greške sistematskim variranjem strukture i snage ekscitatornog i inhibitornog sinaptičkog prenosa. Drugo važno zapažanje je različit vremenski tok sistematskih i nesistematskih grešaka u odnosu na kašnjenje. Pronašli smo akumulaciju nesistematskih grešaka u sakadama vođenim memorijom kako se period kašnjenja produžavao do 5 s, dok je sistemska greška koja je više nasumično raspoređena tokom vremena. To je u skladu s mnogim prethodnim studijama radne memorije, pokazujući da što je duži interval zadržavanja, to je veća varijabilnost pamćenja za boju65,66, orijentaciju48,66,67, podražaje lica66 i prostornu lokaciju8,47. Nasuprot tome, srednja greška prisjećanja za prostorne mete ne varira značajno s trajanjem kašnjenja6,8,47.

Konkretno, naši rezultati su replicirali i proširili studiju prostorne radne memorije koju su proveli White i kolege8, koji su koristili sličnu MGS paradigmu kod majmuna makakija. Međutim, u poređenju sa obrascima nesistematske greške u 2D prostoru, činilo se da obrasci grešaka povezani sa kašnjenjem pokazuju veće individualne razlike i izgledaju nezavisno od ekscentriciteta. Ipak, učinak kašnjenja bio je stabilan u više sesija i reproduciran u skupu podataka replikacije (dodatna slika S3). Koji je neuronski supstrat degradirane preciznosti memorije tokom vremena, što se odražava u povećanom varijabilnosti prisjećanja s dužim trajanjem kašnjenja? Reprezentacija sadržaja ili ciljeva VSWM-a povezana je sa trajnom neuralnom aktivnošću uočenom u distribuiranim kortikalnim i subkortikalnim regionima tokom kašnjenja memorije15, a varijabilnost uporne neuralne aktivnosti tokom kašnjenja može biti u osnovi varijabilnosti bihejvioralnog odgovora u pojedinačnim ispitivanjima5,52,68,69. Ova neuralna varijabilnost se postepeno akumulira tokom vremena, povezana sa degradacijom memorijske reprezentacije sa povećanim intervalom zadržavanja52. Kao što je modelirano prethodnim studijama51 i sadašnjom studijom (dodatna slika S5), u modelu bump atraktora, slučajni drift neuronske aktivnosti populacije povećava se tokom vremena u odsustvu vanjskih senzornih inputa, povećavajući nesistematske, a ne sistematske greške s dužim kašnjenjem trajanja. Osim lokalnih rekurentnih mehanizama mikrokola, drugi neuronski mehanizmi, kao što je kratkoročna sinaptička plastičnost70–72, također mogu objasniti promjene u preciznosti memorije tijekom kašnjenja. Dok nesistematske greške mogu proizaći iz procesa povezanih s memorijom, čini se da sistematske greške manje zavise od održavanja memorije. Ovdje smo otkrili da se sistematske greške nisu akumulirale tokom intervala kašnjenja u našim nalazima ponašanja i računskoj simulaciji. Štaviše, pokazalo se da sistematske greške variraju u zavisnosti od osvjetljenja prostorije8, početnih položaja glave i očiju6 i post-sakadijske povratne informacije7. Dakle, sistematske greške se mogu oslanjati na mehanizam koji nije zasnovan na pamćenju, kao što je bučni proces senzomotorne transformacije koji netačno prevodi retinotopske signale u motoričke komande6. Konkretno, jedna studija73 je pokazala da su aktivnosti pražnjenja burst neurona povezanih s kolikularnom sakadom slične u preciznoj vizuelno vođenoj sakadi i nepreciznoj sakadi vođenoj memorijom, što ukazuje da sistematske greške mogu nastati dodavanjem ili izostavljanjem signala koji su nizvodno od superior colliculus.

Ovi signali se mogu odnositi na kinematička ograničenja generisanja sakada74, kao što je kompenzacija presakadične orbitalne pozicije, ali tačna uloga takvih signala u generiranju sistematskih grešaka u odgovorima vođenim memorijom ostaje nejasna. Ipak, nismo mogli isključiti da sistematske greške potiču iz drugih kortikalnih regija uključenih u prostornu obradu i senzomotornu transformaciju, kao što su FEF75 i IPS76,77. Na primjer, pokazalo se da FEF demonstrira neuronsku organizaciju u kvadrantu, vjerovatno povezanu sa sistematskom pristrasnošću memorijskih odgovora prema centru kvadranta10. Iako naši glavni nalazi podržavaju teoriju nesistematskih grešaka zasnovanu na memoriji i teoriju sistematskih grešaka koja nije zasnovana na memoriji, važno je napomenuti i druge mogućnosti. Senzomotorne transformacije takođe mogu igrati ulogu u akumulaciji varijabilnosti odgovora preko vremena tokom ranog kašnjenja6 ili tokom perioda kašnjenja75.

EKSTRAKT CISTANCHE: POBOLJŠAJTE PAMĆENJE

Također nije poznato da li se u nekim situacijama sistematske greške mogu odnositi na održavanje memorije. Sistematske greške se mogu značajno povećati nakon 5 s, što je najduži interval kašnjenja koji smo koristili. Štaviše, pokazalo se da su se srednje greške prisjećanja za orijentaciju48,49 ili boju50 povećale u odnosu na kašnjenje memorije kada je predstavljeno više stavki i kada su stavke aktivno održavane u memoriji50. Potrebno je više studija kako bi se ispitalo gdje, kada i kako dolazi do sistematskih i nesistematskih grešaka. Paradigme prostorne radne memorije koje se ne oslanjaju na senzomotornu transformaciju, kao što je zadatak odgođenog podudaranja s uzorkom78, mogu biti dobra alternativa za testiranje ovisnosti grešaka u ponašanju o održavanju memorije. Ispitivanje sistematskih i nesistematskih grešaka VSWM-a u kliničkim modelima kao što su Parkinsonova bolest79 i šizofrenija80 također može unaprijediti razumijevanje prirode grešaka u ponašanju i potencijalno pomoći u razvoju bihevioralnih markera koji bi pomogli u dijagnozi ovih poremećaja. Još jedan intrigantan nalaz u ovoj studiji je razlika između primarnih i sekundarnih sakada. Sve u svemu, sekundarne sakada su pokazale robusniji zadatak zbog interakcije ekscentriciteta i efekta kašnjenja u poređenju sa primarnim sakadama. Moguće je da primarne i sekundarne sakade odražavaju različite komponente VSWM-a. Primarne sakade mogu biti bliže povezane sa početnim motoričkim planom, dok korektivne sakade mogu bliže odražavati kvalitet VSWM reprezentacije81–83.

Kao takve, greške u primarnim sakadama vođenim memorijom mogu uključivati ​​motoričke greške koje se ne razlikuju od vizualno vođenih odgovora, objašnjavajući slabiju interakciju između zadatka i ekscentričnosti. Dosljedno, manji učinak kašnjenja na primarne sakada može ukazivati ​​na stalne motoričke greške kroz kašnjenja. Konačno, pronašli smo malo ili nikakvu interakciju između ekscentričnosti i kašnjenja, što sugerira da prostorna i vremenska obrada VSWM-a može biti u velikoj mjeri neovisna. Moguće je da se održavanje VSWM-a kroz vrijeme odnosi na lokalnu neuronsku dinamiku, kao što je stohastički drift neuralne aktivnosti simuliran modelom bump atraktora. Nasuprot tome, VSWM reprezentacija u svemiru je vjerovatno ograničena globalnijim neuronskim mehanizmom, kao što je topografsko mapiranje dugog dometa unutar i preko kortikalnih regija. Takav kontrast između lokalnih i globalnih mehanizama može objasniti nepromjenjivost sistematskih grešaka između kašnjenja i ekscentričnosti interakcijama kašnjenja u simuliranim podacima (dopunska slika S5) budući da model bilježi samo lokalnu neuronsku dinamiku, ali ne i promjene u međuregionalnim i unutar-regionalnim regionalna topografija. Budući modeli bi trebali uključiti i lokalne i globalne mehanizme za simulaciju prostorne heterogenosti u VSWM obradi.

Na primjer, izgradnja dvodimenzionalnog VSWM modela koji uključuje unutarregionalnu (ne)topografsku organizaciju duž dorzalnog vidnog puta mjerenu fMRI22 ili elektrofiziologijom10 bila bi ključna za razumijevanje VSWM obrade u svemiru. Štaviše, modeli kola velikih razmjera mogu se dalje integrirati s topografskim faktorima, kao što su međuregionalne topografske veze84 i kortiko-kortikalno uzorkovanje85, kako bi se bolje uhvatila prostorna obrada u VSWM. Ukratko, ova studija pokazuje kako greške krajnje tačke sakade variraju u dvodimenzionalnom prostoru i vremenu koristeći zadatak okulomotornog odgođenog odgovora kod ljudi. Uočili smo različite vremenske tokove sistematske i nesistemske greške u intervalu zadržavanja, tokom kojih su sistematske greške nasumično fluktuirale, dok se činilo da se nesistematske greške akumuliraju do 5 s. Predlažemo da se nesistematske greške, a ne sistematske greške, više odnose na procese vezane za memoriju. Također smo otkrili povećanje sistematskih i nesistematskih grešaka s povećanjem ekscentriciteta cilja. Interakcija između ekscentričnosti i zadatka bila je značajna za nesistematske greške, što ukazuje na potencijalno ograničenje retinotopske organizacije na VSWM reprezentaciju. Konačno, nedostatak interakcije između ekscentričnosti i kašnjenja sugerira potencijalno različite mehanizme VSWM obrade kroz prostor i vrijeme.