Enigma radne memorije: Promjena pogleda, 2. dio

Otkrivanje skrivenih neuronskih mreža u radnoj memoriji

Mnogo je izazovnije istražiti hipotezu da dinamički povezane, električno tihe neuronske mreže leže u osnovi radne memorije, jer fiziološke tehnike, kao što su EEG, fMRI i elektrofiziologija, prate aktivnost neurona. Nadovezujući se na TMS studije Rose i drugih (2016.), Wolff i drugi (2017.) osmislili su jedinstveni pristup testiranju prisustva aelektrično tihe neuronske mreže koja održava radnu memoriju bez nadzora (slika 1A).

Poslednjih godina, sve veći broj studija je pokazao da postoji bliska veza između dinamičke sprege i pamćenja. Dinamičko spajanje se odnosi na koordinaciju i sinhronizaciju između različitih područja u ljudskom mozgu, dok je pamćenje sposobnost ljudskog mozga da pohranjuje, obrađuje i prisjeća informacije.

Istraživanja su otkrila da dinamičko spajanje može promovirati prijenos informacija i integraciju između neurona u ljudskom mozgu, poboljšavajući ljudsku spoznaju i izvršne funkcije. U isto vrijeme, dobra dinamička sprega također pomaže u promicanju ljudskih sposobnosti učenja i pamćenja. Na primjer, kada osoba nauči nova znanja, koordinacija i sinhronizacija između različitih područja će postepeno jačati, što će promovirati pohranjivanje i obradu novih znanja i olakšati konsolidaciju i poboljšanje pamćenja.

Osim toga, istraživanje je otkrilo da su različite vrste memorije povezane s različitim dinamičkim vezama. Na primjer, kratkoročno pamćenje je usko povezano sa stupnjem dinamičke sprege između određenih područja u mozgu; dugoročno pamćenje uključuje širi raspon područja u mozgu i dinamičku spregu između njih. Stoga će održavanje dobre dinamičke sprege pomoći u promicanju poboljšanja različitih tipova memorijskih sposobnosti ljudi.

Uzeto zajedno, postoji pozitivna veza između dinamičkog povezivanja i memorije. Jačanjem dinamičke povezanosti, ljudi mogu poboljšati kognitivne i izvršne funkcije i promovirati sposobnosti učenja i pamćenja. Stoga bismo trebali aktivno istraživati ​​i održavati dobru dinamičku spregu kako bismo poboljšali naše pamćenje i sposobnosti učenja i poboljšali kvalitetu našeg života. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje jer je cistanche deserticola tradicionalni kineski ljekoviti materijal koji ima mnogo jedinstvenih učinaka, od kojih je jedno poboljšanje pamćenja. Djelotvornost mljevenog mesa proizlazi iz različitih aktivnih sastojaka koje sadrži, uključujući kiselinu, polisaharide, flavonoide, itd. Ovi sastojci mogu promovirati zdravlje mozga na različite načine.

Kliknite na Znaj kratkoročno pamćenje kako poboljšati

Istraživači su zaključili da ako se formirala električno tiha neuronska mreža i zadržala se za vrijeme trajanja radne memorije, onda bi se odgovor mreže na nivou sistema trebao razlikovati od odgovora da se ta tiha mreža nije formirala.

Umjesto primjene TMS pulsa, istraživači su pružili nepovezani vizualni stimulans (krugovi u obliku mete) kako bi reaktivirali neuronske mreže povezane sa zadatkom vizualnog radnog pamćenja. Ako je sinaptička plastičnost izazvala dinamičke promjene u povezivanju u zadatku radne memorije, onda bi ispitivanje ovih mreža različitim stimulusom trebalo dati drugačiji neuronski odgovor nego da mreža nije promijenjena.

Autori to nazivaju "pingovanjem" neuronskih mreža da bi se procenio njihov odgovor. Štaviše, nespecifični vizuelni stimulans bi, u teoriji, mogao reaktivirati aktivnost u sinaptički spojenim tihim neuronskim mrežama koje kodiraju memoriju, slično TMS-u. Ovo bi izgledalo kao reaktivacija EEG odgovora koji se evociraju kada se objekt opozove iz memorije.

U pripremama za studije koje koriste nepovezanu sliku u obliku mete za "pingovanje" neuronskih mreža, učesnici su gledali ekran na kojem su prikazana dva objekta koja se nalaze jedan uz drugog, i dobili su instrukcije da zapamte obje stavke. Nakon kratkog odlaganja, strelica je usmjerena lijevo ili desno da nagovesti posmatrača koji objekat treba zapamtiti za kasniji test.

Ovaj objekt bi tada bio zadržan u nenadziranoj radnoj memoriji, dok bi drugi objekt bio zaboravljen ili zadržan u nenadziranoj (nesvjesnoj) memoriji. Objekti koje treba zapamtiti bila su dva kruga ispunjena prugama koji su rotirani tako da su pruge na svakoj imale različite orijentacije. Nakon kašnjenja, prikazan je prugasti krug, a od učesnika se tražilo da naznače da li je objekat "sonde" rotiran u smjeru kazaljke na satu ili suprotno od prugastog kruga koji su čuvali u radnoj memoriji.

Rezultati su pokazali da povećana aktivnost u alfabandnom pojasu na odgovarajućim mjestima snimanja elektroda za objekte u vizualnoj radnoj memoriji odgovara koliko se objekt sonde u rotaciji razlikovao od objekta u memoriji. Da je orijentacija objekta u radnoj memoriji zaboravljena, ovaj diskriminirajući EEG odgovor se ne bi pojavio, a tačnost prijavljenih odgovora ispitanika bi pala na slučaj.

Drugo, EEG odgovor koji ukazuje na stepen rotacije slike sonde u odnosu na sliku u memoriji bi opadao s vremenom, jer se radna memorija održava samo nekoliko sekundi. Rezultati su pokazali da se ova EEG aktivnost povećala nakon znaka strelice i održala se sve dok slika nije bila predstavljena radi testiranja prisjećanja, ali se aktivnost polako vratila na početnu liniju s vremenom za objekat u memoriji bez nadzora (slika 1B). Ovo podržava hipotezu da postoje različiti mehanizmi koji održavaju nenadzirana i posjećena radna sjećanja, s upornom neuronskom aktivnošću povezanom s posjećenim, ali ne i nenadziranim sjećanjima.

Istraživači su zatim koristili treći nepovezani vizuelni stimulus da pinguju sistem za promjene u funkciji neuronske mreže potaknute sinaptičkom plastičnošću koja teoretski bilježi radnu memoriju. Nepovezani stimulus pojačao je neuronsku aktivnost za objekat u praćenoj memoriji, ali ne i za objekat koji se nalazi u memoriji bez nadzora (slika 1C). Autori su zaključili da su za razliku od posjećenih radnih sjećanja, nenadzirana radna sjećanja pohranjena sinaptičkom plastikom formirajući dinamički spregnute, ali električno tihe neuronske mreže, bez potrebe za stalnim povećanjem neuronske aktivnosti.

Preispitivanje podataka

Nedavna studija preispitala je originalne podatke Wolffa i drugih (2017) i otkrila da je neuronski odgovor na objekt u memoriji bez nadzora održan cijelo vrijeme prije opoziva kada su podaci analizirani drugačije. Umjesto praćenja EEG napona, Barbosa i drugi (2021) analizirali su snagu EEG aktivnosti alfa pojasa. Povećana snaga EEG aktivnosti koja je pokazivala i objekte u posjećenoj i nenadziranoj radnoj memoriji održala se za vrijeme prije opoziva (slika 1D).

Reakcije u smislu alfa snage bile su pojačane nepovezanim vizuelnim stimulusom koji "pinguje" sistem, ali činjenica da je aktivna reakcija bila evidentna i za posjećena i za nenadzirana sjećanja čini donekle spornim efekte izazivanja aktivnih odgovora na vizualni ping kao metod otkrivanja skrivenih stanja pohranjivanja memorije. Štaviše, vizuelno pingovanje bi moglo da podstakne aktivnost u neuronskim mrežama koje se održavaju aktiviranjem akcionog potencijala, kao i za navodne električno tihe mreže, tako da tehnika vizuelnog pingovanja ne može jasno razlikovati ova dva mehanizma skladištenja informacija.

Barbosa i drugi (2021) smatraju da su mjerenja napona podložna većoj varijaciji zbog pomaka osnovne linije i varijacije u impedansi elektroda skalpa, dok su frekvencija i snaga oscilacija otpornije na takve tehničke poteškoće. Stoga Wolff i drugi (2017) nisu otkrili tekuće povećanje neuronske aktivnosti povezano s memorijom bez nadzora zbog ograničenja signal-šum. Štaviše, njihova analiza je pokazala da je moć statističke analize originalnih podataka bila slaba i da bi veća veličina uzorka vjerovatno otkrila povećanu trajnu aktivnost tokom perioda kašnjenja za objekte bez nadzora memorije.

Detaljnija analiza je takođe pokazala široke varijacije u odgovorima od subjekta do subjekta i da je u mnogim slučajevima evidentno stalno povećanje napona EEG-a koje prati nenadzirano pamćenje, ali kod drugih ispitanika to nije bilo očigledno. Povećana varijansa bi potkopala napore da se identifikuje stalno povećanje električne aktivnosti koje održava pamćenje bez nadzora.

Zaključci

Ponovna analiza originalnih podataka poništava zaključke utjecajne studije Wolffa i drugih (2017) koja nije uspjela pronaći potpis radne memorije u smislu povišene trajne EEG aktivnosti, ali ne poništava eksperimente, niti pruža dokaze da sinaptička plastičnost radi. ne formiraju dinamičke ansamble neuronskih mreža u osnovi radne memorije. Ponovna analiza demonstrira istinitost da "odsustvo dokaza nije dokaz odsustva". Originalni eksperimenti i podaci su validni, ali se zaključci menjaju kada se analiziraju drugačije.

Važno je da ova dva rada demonstriraju moć saradnje u naučnim istraživanjima, jer su Wolff i kolege dali svoje sirove podatke Barbosi i kolegama na ponovnu analizu i zahvaljujemo im se na njihovim korisnim raspravama. Obje grupe priznaju da je daleko teže dobiti eksperimentalne dokaze koji podržavaju mehanizam sinaptičke plastičnosti za radnu memoriju jer je po definiciji električno tih.

Ovo je posebno tako ako takvi tihi mehanizmi rade u tandemu s aktivnim mehanizmima koji ometaju njihovu detekciju. Dakle, aksiom o "odsustvu dokaza..." još više se odnosi na odbacivanje hipoteze tihe neuronske mreže zasnovane na trenutnom nedostatku dokaza.

Zaista, ova dva mehanizma mogu funkcionisati zajedno. Studije Trübutscheka i drugih (2017) pokazuju da se učesnici mogu prisjetiti informacija o kojima nemaju svjesnu svijest iako nema aktivnog neuronskog odgovora otkrivenog EEG-om koji se održava tokom perioda kašnjenja prije testiranja prisjećanja. Oni sugeriraju da se, nakon prolazne faze kodiranja putem aktivnog neuronalfiringa, nesvjesni stimulansi mogu održavati aktivnim kratkoročnim promjenama sinaptičkih težina bez ikakve detektivne neuronske aktivnosti, što omogućava pronalaženje nekoliko sekundi.

Kako otkriti postojanje mogućeg električno tihog neuronskog procesa ostaje enigma, ali pronalaženje načina za istraživanje mogućih promjena u sinaptičkoj povezanosti koje bi mogle biti uključene u radnu memoriju ostat će energičan poduhvat, koji će bez sumnje potaknuti nove suradnje i novi napredak.

Izjava o sukobu interesa

Autor je izjavio da nema potencijalnog sukoba interesa u vezi sa istraživanjem, autorstvom i/ili objavljivanjem ovog članka.

Finansiranje

Autor(i) su otkrili da su primili sljedeću finansijsku podršku za istraživanje, autorstvo i/ili objavljivanje ovog članka: Ovaj rad je podržao NIH intramuralni grant br.ZIAHD000713.

Reference

1. Barak O, Tsodyks M, Romo R. 2010. Kodiranje neuronske populacije parametarske radne memorije. J Neurosci 30:9424–30.

2.Barbosa J, Lozano-Soldevilla D, Compte, A. 2021. Probijanje mozga vizualnim impulsima otkriva električno aktivna, a ne tiha radna sjećanja. PLoS Biol 19(10):e3001436.

3. Butters N, Pandya D. 1969. Zadržavanje efekta odložene alternacije selektivnih lezija sulcus principalisa. Science165:1271–3.

4.Courtney SM, Ungerleider LG, Keil K, Haxby JV. 1997. Prolazna i trajna aktivnost u distribuiranom neuronskom sistemu za radnu memoriju. Nature 386:608–11.

5. Foster JJ, Sutterer DW, Serences JT, Vogel EK, Awh E. 2016. Topografija aktivnosti alfa-pojasa prati sadržaj prostorne radne memorije. J Neurophysiol 115(1):168–77.

6. Fuster JM, Alexander GE. 1971. Aktivnost neurona vezana za kratkoročno pamćenje. Science 173:652–4.

7. Goldman-Rakić PS. 1995. Ćelijska osnova za radnu memoriju. Neuron 14:447–85.

8. Lewis-Peacock JA, Drysdale AT, Oberauer K, Postle BR. 2012. Neuralni dokaz za razliku između kratkoročnog pamćenja i fokusa pažnje. J Cogn Neurosci 24:61–79.

9. Linden DEJ. 2007. Mreže radne memorije ljudskog mozga. Neuroscientist 13(3):257–67.

10.Mongillo G, Barak O, Tsodyks M. 2008. Sinaptička teorija radne memorije. Science 319:1543–6.

For more information:1950477648nn@gmail.com