Kuidas käitumine kujundab aju ja aju käitumist: ülevaated mälu arengust

Rohkem informatsiooni:ali.ma@wecistanche.com

Lähtemäluparaneb lapsepõlves oluliselt. Arvatakse, et see paranemine on tihedalt seotud hipokampuse küpsemisega. Nagu varasemates uuringutes, on vaheliste seoste hindamiseks kasutatud peamiselt ristlõike kujundusilähtemäluja hipokampuse funktsiooni, jääb teadmata, kas muutused ajus eelnevad paranemiselemäluvõi vastupidi. Selle lünga kõrvaldamiseks kasutati praeguses uuringus kiirendatud pikisuunalist kujundust (n=200, 100 meest), et jälgida 4- ja 6-aastasi inimlapsi 3 aasta jooksul. Jälgime arengumuutusilähtemäluja sisemine hipokampuse funktsionaalne ühenduvus ning hinnatud erinevused 4- ja 6-aastaste kohortide vahel prognoositavates suheteslähtemälumuutused ja sisemine hipokampuse funktsionaalne ühenduvus nõudliku ülesande puudumisel. Kooskõlas varasemate uuringutega ilmnes vanusega seotud tõuslähtemäluja sisemine funktsionaalne ühenduvus hipokampuse ja kortikaalsete piirkondade vahel, mis on teadaolevalt seotud mälu kodeerimisega. Uued leiud näitasid, et muutused mäluvõimes varases elus ennustasid hilisemat ühenduvust hipokampuse ja kortikaalsete piirkondade vahel ning et hipokampuse sisemine funktsionaalne ühenduvus ennustas hilisemaid muutusi lähtemälus. Need leiud viitavad sellele, et käitumiskogemus ja aju areng on interaktiivsed, kahesuunalised protsessid, nii et kogemused kujundavad tulevasi muutusi ajus ja aju kujundab tulevasi muutusi käitumises. Tulemused viitavad ka sellele, et nii ajastus kui ka asukoht on olulised, kuna täheldatud mõjud sõltusid nii laste vanusest kui ka konkreetsetest aju ROI-dest. Need leiud koos annavad kriitilise ülevaate kognitiivsete protsesside ja nende aluseks olevate neuroloogiliste aluste interaktiivsetest suhetest arengu ajal.

Märksõnad: kiirendatud pikisuunaline projekteerimine; aju areng;episoodiline mälu; hipokampuse funktsionaalne ühenduvus;mälu arendamine;lähtemälu

1 Zhejiangi ülikooli õppekava ja õppeteaduste osakond, Zijingangi ülikoolilinnak, Hangzhou, 310058, 2 psühholoogia osakond,

Marylandi Ülikool, College Park, Maryland 20742 ja 3 lastehaigla, Zhejiangi ülikooli meditsiinikool, riiklik kliiniline

Laste tervise uurimiskeskus, Hangzhou, 310052

Olulisuse avaldus

Läbilõikeuuringud on näidanud, et varasemate kogemuste kontekstuaalsete detailide (st allikamälu) meeldejätmise võime on seotud hipokampuse arenguga lapsepõlves. Pole teada, kas hipokampuse funktsionaalsed muutused eelnevad mälu paranemisele või vastupidi. Kasutades kiirendatud pikisuunalist disaini, leidsime, et varajased lähtemälu muutused ennustasid hilisemat sisemist hipokampuse funktsionaalset ühenduvust ja et see ühenduvus ennustas hilisemaid lähtemälu muutusi. Need leiud viitavad sellele, et käitumiskogemus ja aju areng on interaktiivsed, kahesuunalised protsessid, nii et kogemused kujundavad tulevasi muutusi ajus ja aju kujundab tulevasi käitumismuutusi. Veelgi enam, need koostoimed varieerusid sõltuvalt laste vanusest ja ajupiirkonnast, rõhutades arenguperspektiivi olulisust aju-käitumise interaktsioonide uurimisel.

Cistanche tubulosa pulbri ja Cistanche mälu jaoks klõpsake

Sissejuhatus

Lähtemälu paraneb lapsepõlves oluliselt (nt Riggins, 2014). Täpsemalt, vanusega hakkavad lapsed paremini aru andma ja säilitama elukogemuste kontekstipõhiseid üksikasju (Bauer, 2007). See areng on tihedalt seotud hipokampuse küpsemisega, mida tõendavad vanusest ja mälust tulenevad erinevused hipokampuse struktuuris ja funktsioonides kogu arengus (vt ülevaadet Ghetti ja Bunge, 2012; Sastre et al., 2016; Tang et al., 2018; Riggins et al., 2020). Varasemates uuringutes on aju ja mälu arengu vaheliste suhete hindamiseks kasutatud peamiselt ristlõike kujundusi, mis ei võimalda uurida tegelikke arengumuutusi ja mida võivad mõjutada segavad tegurid, näiteks kohordiefektid. Seetõttu jääb teadmata, kas muutused ajus eelnevad mälu paranemisele või vastupidi. Lisaks on varasemad uuringud keskendunud kas väikelastele või kooliealistele lastele, mis teeb erinevate arenguperioodide võrdlemise keeruliseks. Nende lünkade kõrvaldamiseks kasutati praeguses uuringus kiirendatud pikisuunalist ülesehitust, et jälgida 4- ja 6-aastasi lapsi 3 aasta jooksul. See disain võimaldas meil uurida arengumuutusi sisemises hipokampuse funktsionaalses ühenduvuses (iHFC) ning hinnata erinevusi 4- ja 6-aastaste rühmade vahel lähtemälu ja funktsionaalse ühenduvuse vahelises ennustavas suhetes (vt joonis 1). . 1).

Täiskasvanutel arvatakse, et sisemine funktsionaalne ühenduvus peegeldab aju funktsionaalset arhitektuuri, mis ilmneb ajupiirkondade vahelise ülesandega esile kutsutud koaktivatsiooni tulemusena (Fox ja Raichle, 2007). Laste olemuslikud funktsionaalsed ühenduvusmustrid on tõenäoliselt konstrueeritud sarnasel viisil; Pikaajaline vormimise hüpotees on aga näidanud, et need ühenduvusmustrid kujunevad aja jooksul nii küpsemise kui ka kogemuse tulemusena (Gabard-Durnam et al., 2016). Näiteks jälgides 4- kuni 18-üle 2-aastastele lastele, näitasid tulevased analüüsid, et ülesandega esile kutsutud mandelkeha funktsionaalne ühenduvus ennustas puhkeoleku funktsionaalset ühenduvust 2 aastat hiljem, kuid mitte samaaegselt (Gabard-Durnam et al., 2016). Need leiud viitavad seostele ülesandepõhise ajuaktivatsiooni ja sisemise funktsionaalse ühenduvuse vahel nii lastel kui ka täiskasvanutel; sellised ühendused võivad aga arenguti erineda.

Empiirilised andmed toetavad ka kahesuunalist mõju aju ja käitumise vahel. Esiteks toetavad varasemad uuringud arvamust, et käitumuslikud muutused kujundavad ülesandepõhist ja sisemist funktsionaalset ühenduvust (nt Jolles et al., 2016; Clark jt, 2017; Rosenberg-Lee jt, 2018). Näiteks 8- kuni 9-aastastel lastel tugevdas 8-nädalane matemaatikaõpe iHFC-d intraparietaalseks sulcusiks (Jolles et al., 2016). Teiseks on empiirilised uuringud näidanud, et sisemine funktsionaalne ühenduvus võib ennustada kognitiivsete võimete kasvu hilisemas arengujärgus (nt Hoeft et al., 2011; Supekar et al., 2013; Evans jt, 2015). Näiteks Supekar et al. (2013) leidsid, et enne matemaatikaõpetust mõõdetud iHFC ennustas jõudluse paranemist pärast juhendamist keskmises lapsepõlves.

Nende uuringute põhjal uurisime, kas lähtemälu muutuste ja sisemise funktsionaalse ühenduvuse vahel hipokampusest ajupiirkondadega on kahesuunalised mõjud, mis väidetavalt toetavad kontekstuaalse teabe kodeerimist (Geng et al., 2019). Kasutasime kiirendatud pikisuunalist kujundust, et hinnata järgmist: (a) vanusega seotud muutused lähtemälu ja iHFC samaaegsetes suhetes; b) ennustavad seosed varase lähtemälu muutuste ja hilisemate iHFC vahel; ja (c) ennustavad seosed varase iHFC ja hilisemate lähtemälu muutuste vahel (joonis 1)

Eeldasime, et varajane allikamälu suurenemine ennustab hilisemat iHFC-d, kuna arvatakse, et kogemuste mõju aja jooksul koguneb (Gabard-Durnam et al., 2016). Oodati, et igapäevaste mälutegevustega kogunevad kogemused põhjustavad lapsepõlves iHFC arengumuutusi. Lisaks eeldasime suurema plastilisuse tõttu varajases arengujärgus (nt Tottenham ja Sheridan, 2010), et mälumuutused ennustavad tugevamalt hilisemat ühenduvust nooremas ja vanemas rühmas.

Kuna on oletatud, et aju ühenduvus kujundab hilisemat käitumist (nt Evans et al., 2015), oletasime, et iHFC ennustab lähtemälu võimekuse kasvu. Lisaks, kuna hipokampuse funktsioon on keskmises ja varases lapsepõlves küpsem (Geng et al., 2019), oletasime, et ühenduvus 6-aastaselt ennustab tugevamalt tulevast mälu kui ühenduvus 4-aastaselt.

Materjalid ja meetodid

Osalejad Lapsed osalesid suures uuringus, milles uuriti mälu ja aju arengut varases lapsepõlves ja milles kasutati kiirendatud pikisuunalist disaini (N=200, 100 meest) (Riggins et al., 2018; Geng jt, 2019). Uuringu esimene laine (W1) hõlmas 4- kuni 8-aastaseid lapsi. 4- ja 6-aastased lapsed kutsuti tagasi kahele järgnevale testimise lainele (W2 ja W3; joonis 2). Kokku oli kolm lainet ja iga laine hõlmas noori ja vanu kohorte (noor kohor: W1=4 aastat, W2=5 aastat, W3=6 aastat; vana kohort: W{{ 17}} aastat, W2=7 aastat, W3=8 aastat). Tabelis 1 on näidatud nende laste arv, kes esitasid igas kohordis 3, 2 või 1 andmelaine lõplikuks analüüsiks. Neurokuvandi andmete kadumise peamisteks põhjusteks oli see, et lapsed liikusid liiga palju, jäid skaneerimise ajal magama, keeldusid skannerisse sisenemast või pered ei suutnud järgida.

Mõõtsime laste IQ-d W1-s, kasutades sõnavara ja plokkide ülesehituse alamteste kas Wechsleri laste intelligentsuse skaala (4. väljaanne) (Wechsler, 2003) või Wechsleri koolieelse ja esmase intelligentsuse skaala (Wechsler, 2012) abil. ). Kõigil analüüsidesse kaasatud lastel oli keskmine kuni keskmisest kõrgem hinnanguline IQ. Sõnavara skaleeritud skoorides noorte ja vanade kohortide vahel erinevust ei leitud (noor: keskmine=11,07, SD=2,96; vana: keskmine=11,66, SD { {11}}.55; p=0.33) või plokkkujunduse alamtestid (noor: keskmine=12.96, SD=2.73; vana: keskmine=13). 03, SD=3.00; p=0.92). Vanemad teatasid, et kõik osalejad on terved, ilma närvisüsteemi arenguhäireteta, neuroloogiliste seisundite või psühhiaatriliste seisunditeta. Lisaks teatasid vanemad, et 88,5 protsenti lastest on paremakäelised, 6,8 protsenti vasakukäelised, 3,7 protsenti kahekäelised ja 1 protsenti lastest ei olnud võimalik kindlaks teha.

Eksperimentaalne disain Kodeerimine. Esimesel külastusel õppisid lapsed uudseid fakte (nt "Ninasarvikute gruppi nimetatakse krahhiks") ühest kahest erinevast allikast: täiskasvanud naissoost ("Abby") ja meeshäälega nukk ("Henry") digitaalsed videod (Drummey ja Newcombe, 2002; Riggins, 2014). Iga allikas esitas 6 fakti kokku 12 fakti kohta. Faktide esitamine blokeeriti allika järgi, kus lapsed õppisid esmalt 6 fakti ühest allikast, millele järgnes 6 fakti teisest allikast ning blokkide järjekord jaotati osalejate lõikes juhuslikult. Faktide loetelu oli kolm; iga loend koosnes ainulaadsetest faktidest, mis olid loendite lõikes sarnased (nt "Rühma känguruid nimetatakse pööbliks" või "Rühma kitsesid nimetatakse hõimuks"). Need loendid määrati osalejate vahel juhuslikult. Lastel paluti pöörata tähelepanu faktidele, kuna neid testitakse faktide põhjal järgmisel nädalal, kuid neile ei öeldud, et neid testitakse faktide allika põhjal. Lastelt küsiti, kas nad teadsid fakte enne katset. Teadaolevad faktid jäeti välja ja asendati täiendavate uudsete faktidega sama allika loendist (kuid seda juhtus harva). Igal allikal oli 8 võimalikku fakti, et selgitada, et lapsed teavad ühte või kahte fakti. Kui laps teadis ühest allikast kolme või enamat fakti, vähenes last testitud faktide koguarv (kuid see oli haruldane, n=4).

Otsimine. Teisel külastusel testiti laste mälu põhjal esimese külastuse fakte ja allikaid. Lastel paluti vastata 22 triviaküsimusele ja öelda eksperimenteerijale, kust nad neile triviaküsimustele vastuseid õppisid. Neile öeldi, et nad õppisid mõned küsimused eelmisel nädalal kas "Abbylt" või "Henrylt", mõnda neist võisid nad õppida väljaspool laborit (nt õpetajalt või lapsevanemalt) ja mõnda, mida nad ei pruugi teada. Lapsed said teada 6 22 faktist, mis esitati "Abbyst", 6 "Henryst", 5 olid lastele üldiselt teadaolevad faktid (nt "Mis värvi on taevas?") ja 5 olid faktid, mida lapsed tavaliselt ei tea. (nt "Kuidas nimetatakse teie silma värvilist osa?"). Igal 22 faktist koosneval loendil oli kaks juhuslikku esitlusjärjekorda ja need järjekorrad olid osalejate vahel tasakaalustatud. Kui lapsed ei suutnud konkreetse küsimuse allikat meelde tuletada, anti viis valikvastustega valikut: vanemad, õpetaja, tüdruk videos, nukk videos või lihtsalt teadis/arvas.

Allikamälu arvutati küsimuste osakaaluna, mille puhul lapsed nii fakti kui ka allika täpselt meelde tuletasid või ära tundsid õpitud faktide koguarvust (vt allolevat valemit). Arvatakse, et see lähtemälu mõõt peegeldab faktide ja allikate seotust, mis on episoodilise mälu oluline aspekt (Miller et al., 2013; Cooper ja Ritchey, 2020).

Ülesandevaba skannimise ajal jälgiti osaleja pea liikumist reaalajas. Kui osaleja avaldas mis tahes jooksu esimesel poolel pea liigset liikumist (0,2 mm mis tahes suunas), alustati skannimist uuesti ja osalejale tuletati meelde, et ta peab võimalikult paigal püsima.

Pildiandmete eeltöötlus Analüüsidesse kaasati kõik 21 0 kogutud puhkeoleku fMRI-pilti, kuna esimesed neli mahtu jäeti enne andmete kogumist kõrvale esialgse MR-signaali ja osalejate kohanemise ebastabiilsuse tõttu. Eeltöötlus hõlmas järgmisi samme. Esiteks viidi läbi DPABI 1.3 abil viiluaja korrigeerimine, pea liikumise korrigeerimine ja silumine (Yan et al., 2016). Seejärel viidi silutud andmete põhjal läbi sõltumatu komponentanalüüs, kasutades FSL-i tööriistakasti MELODIC, et eemaldada artefaktidega seotud komponendid (Geng et al., 2019). Pärast kõigi artefaktidega seotud komponentide eemaldamist viidi läbi aju ekstraheerimine, normaliseerimine ja filtreerimine. Järgides Tillmani jt soovitatud protseduuri. (2018), viidi T1-kaalutud kujutise aju ekstraheerimine läbi eraldi kuues tööriistakastis: Advanced Normalisation Tools, AFNI, FSL, BSE, ROBEX ja SPM8, et tagada kvaliteetsed andmed. Vähemalt nelja tööriistakastiga eraldatud vokslid lisati aju maski. Kaasregistreerimise ja normaliseerimise teostamiseks kasutati täiustatud normaliseerimistööriistu. Statistilised analüüsid viidi läbi AFNI-s (Cox, 1996). Normaliseeritud andmetel viidi AFNI-s läbi ajaline ribapääsfiltreerimine (0.01-0,1 Hz) ja ruumiline silumine 5 mm FWHM Gaussi tuumaga.

Üksikud seemnepiirkonnad (kahepoolsed