Töömälu mõistatus: vaadete muutmine, 2. osa

Varjatud närvivõrkude paljastamine töömälus

Palju keerulisem on uurida hüpoteesi, mille kohaselt on töömälu aluseks dünaamiliselt ühendatud elektriliselt vaiksed närvivõrgud, sest füsioloogilised tehnikad, nagu EEG, fMRI ja elektrofüsioloogia, jälgivad neuronite aktiivsust. Tuginedes Rose'i ja teiste (2016) TMS-uuringutele, töötasid Wolff ja teised (2017) välja ainulaadse lähenemisviisi, et testida aelektriliselt vaikse närvivõrgu olemasolu, mis säilitab järelevalveta töömälu (joonis 1A).

Viimastel aastatel on üha rohkem uuringuid näidanud, et dünaamilise sidumise ja mälu vahel on tihe seos. Dünaamiline sidumine viitab inimese aju erinevate piirkondade koordineerimisele ja sünkroniseerimisele, samas kui mälu on inimese aju võime teavet salvestada, töödelda ja meelde tuletada.

Uuringud on leidnud, et dünaamiline sidumine võib soodustada teabe edastamist ja inimese aju neuronite vahelist integratsiooni, parandades inimese tunnetust ja täidesaatvaid funktsioone. Samas aitab hea dünaamiline sidumine edendada ka inimeste õppimis- ja mäluvõimet. Näiteks kui inimene õpib uusi teadmisi, siis järk-järgult tugevneb koordinatsioon ja sünkroniseerimine erinevate valdkondade vahel, mis soodustab uute teadmiste talletamist ja töötlemist ning hõlbustab mälu kinnistamist ja paranemist.

Lisaks on uuringud leidnud, et erinevat tüüpi mälu on seotud erinevate dünaamiliste sidestustega. Näiteks lühiajaline mälu on tihedalt seotud teatud ajupiirkondade vahelise dünaamilise sideme astmega; pikaajaline mälu hõlmab laiemat valikut ajupiirkondi ja nende vahelist dünaamilist seost. Seetõttu aitab hea dünaamilise sidestuse säilitamine edendada inimeste erinevat tüüpi mäluvõimete paranemist.

Kokkuvõttes on dünaamilise sidumise ja mälu vahel positiivne seos. Tugevdades dünaamilist sidumist, saavad inimesed parandada kognitiivseid ja täidesaatvaid funktsioone ning edendada õppimis- ja mäluvõimet. Seetõttu peaksime mälu ja õppimisvõime parandamiseks ning elukvaliteedi parandamiseks aktiivselt uurima ja säilitama head dünaamilist seost. On näha, et me peame parandama mälu ja Cistanche deserticola võib oluliselt parandada mälu, sest Cistanche deserticola on traditsiooniline Hiina ravimmaterjal, millel on palju ainulaadseid toimeid, millest üks on mälu parandamine. Hakkliha tõhusus tuleneb selles sisalduvatest erinevatest toimeainetest, sealhulgas hapetest, polüsahhariididest, flavonoididest jne. Need koostisosad võivad aju tervist mitmel viisil edendada.

Klõpsake käsul Tea lühiajalist mälu, kuidas parandada

Uurijad leidsid, et kui elektriliselt vaikne närvivõrk on moodustunud ja säilinud kogu töömälu ajal, siis peaks võrgu reaktsioon süsteemi tasemel erinema sellest, kui seda vaikset võrgustikku poleks tekkinud.

Selle asemel, et rakendada TMS-impulssi, andsid teadlased visuaalse töömälu ülesandega seotud närvivõrkude taasaktiveerimiseks mitteseotud visuaalse stiimuli (sihtmärgikujulised ringid). Kui sünaptiline plastilisus oleks töömälu ülesandes põhjustanud ühenduvuse dünaamilisi muutusi, peaks nende võrkude uurimine erineva stiimuliga andma teistsuguse närvivastuse kui siis, kui võrku poleks muudetud.

Autorid nimetavad seda närvivõrkude "pingimiseks", et hinnata nende reaktsiooni. Pealegi võib mittespetsiifiline visuaalne stiimul teoreetiliselt taasaktiveerida mälu kodeerivate sünaptiliselt seotud vaiksete närvivõrkude aktiivsust, sarnaselt TMS-ile. See näib olevat objekti mälust meelde tuletamisel esile kutsutud EEG-reaktsioonide taasaktiveerimine.

Et valmistuda uuringuteks, kus kasutati närvivõrkude pingimiseks seostumatut sihtmärgikujulist kujutist, vaatasid osalejad ekraani, millel oli kaks kõrvuti asuvat objekti, ja neil paluti mõlemad üksused meeles pidada. Pärast lühikest viivitust näitas nool vasakule või paremale. et anda vaatlejale märku, milline objekt tuleks järgmise testi jaoks meelde jätta.

See objekt jääks siis järelevalveta töömällu, samas kui teine ​​objekt unustataks või jääks järelevalveta (mitteteadvuses) mällu. Mäletatavad objektid olid kaks triipudega täidetud ringi, mida pöörati nii, et kummagi triibu suund oli erinev. Pärast viivitust kuvati triibuline ring ja osalejad pidid märkima, kas seda "sondi" objekti oli pööratud päri- või vastupäeva triibulisest ringist, mida nad töömälus säilitasid.

Tulemused näitasid täheriba suurenenud aktiivsust objektide jaoks sobivates elektroodide salvestuskohtades visuaalses töömälus vastas sellele, kui palju erines sondiobjekti pöörlemine mälus olevast objektist. Kui objekti orientatsioon töömälus oleks unustatud, poleks seda eristavat EEG-reaktsiooni ilmunud ja subjektide teatatud vastuste täpsus oleks langenud juhuse taha.

Teiseks, EEG-vastus, mis näitab sondi kujutise pöörlemisastet mälus oleva kujutise suhtes, väheneb aja jooksul, kuna töömälu säilib vaid mõne sekundi jooksul. Tulemused näitasid, et see EEG aktiivsus suurenes pärast noolemärki ja püsis kuni kujutise esitamiseni, et testida meeldetuletust, kuid aktiivsus taastus järelevalveta mälus oleva objekti jaoks aja jooksul aeglaselt algtasemele (joonis 1B). See toetab hüpoteesi, et on olemas erinevad mehhanismid, mis säilitavad järelevalveta ja külastatud töömälusid, kusjuures pidev närvitegevus on seotud külastatud, kuid mitte järelevalveta mälestustega.

Seejärel kasutasid teadlased kolmandat sõltumatut visuaalset stiimulit, et kontrollida süsteemi närvivõrgu funktsioonide muutusi, mis on tingitud sünaptilisest plastilisusest, mis teoreetiliselt salvestab töömälu. Sõltumatu stiimul suurendas jälgitavas mälus oleva objekti närviaktiivsust, kuid mitte järelevalveta mälus hoitavat objekti (joonis 1C). Autorid jõudsid järeldusele, et erinevalt külastatud töömäludest salvestatakse järelevalveta töömälud sünaptilise plastilisuse kaudu, moodustades dünaamiliselt ühendatud, kuid elektriliselt vaikseid närvivõrke, ilma et oleks vaja pidevat närviaktiivsuse suurenemist.

Andmete uuesti läbivaatamine

Hiljutises uuringus uuriti uuesti Wolffi ja teiste (2017) algandmeid ning leiti, et kui andmeid analüüsiti erinevalt, säilis neuraalne reaktsioon järelevalveta mälus olevale objektile kogu aeg enne tagasikutsumist. EEG pinge jälgimise asemel analüüsisid Barbosa ja teised (2021) alfariba EEG aktiivsuse võimsust. EEG aktiivsuse suurenenud võimsus, mis viitas nii käidud kui ka järelevalveta töömälus olevatele objektidele, püsis kogu aeg enne tagasikutsumist (joonis 1D).

Alfa-võimsusega seotud vastuseid suurendas sõltumatu visuaalne stiimul, mis "pingis" süsteemi, kuid tõsiasi, et aktiivne reaktsioon oli ilmne nii külastatud kui ka järelevalveta mälestuste puhul, muudab mõnevõrra vaieldamatuks aktiivse reaktsiooni esilekutsumine visuaalsele pingile kui peidetud pingimise meetodile. olekuid, mis salvestavad mälu. Lisaks võib visuaalne pingimine aktiveerida aktiivsust närvivõrkudes, mida toetab tegevuspotentsiaali süütamine, aga ka oletatavate elektriliselt vaiksete võrkude puhul, nii et visuaalse pingi tehnikaga ei saa neid kahte teabesalvestusmehhanismi selgelt eristada.

Barbosa ja teised (2021) väidavad, et pinge mõõtmised varieeruvad suurema algtaseme triivi ja peanaha elektroodide impedantsi varieerumise tõttu, samas kui võnkumiste sagedus ja võimsus on selliste tehniliste raskuste suhtes vastupidavamad. Seega ei tuvastanud Wolff ja teised (2017) signaali-müra piirangute tõttu järelevalveta mäluga seotud närvitegevuse jätkuvat suurenemist. Lisaks näitas nende analüüs, et algandmete statistilise analüüsi võimsus oli nõrk ja suurem valimi suurus oleks tõenäoliselt tuvastanud järelevalveta jäänud objektide viivitusperioodil suurenenud püsiva aktiivsuse.

Lähem analüüs näitas ka vastuste laialdast varieeruvust subjektide lõikes ja seda, et paljudel juhtudel oli EEG pinge pidev suurenemine ilmne, mis kaasnes järelevalveta mäluga, kuid teiste katsealuste puhul ei olnud see ilmne. Suurenenud dispersioon oleks kahjustanud jõupingutusi tuvastada elektrilise aktiivsuse pidevat suurenemist, mis säilitaks järelevalveta mälu.

Järeldused

Algandmete uuesti analüüs lükkab ümber Wolffi ja teiste (2017) mõjuka uuringu järeldused, mis ei leidnud töömälu tunnust kõrgendatud püsiva EEG aktiivsuse osas, kuid see ei muuda katseid kehtetuks ega anna tõendeid selle kohta, et sünaptiline plastilisus seda teeb. ei moodusta töömälu aluseks olevate närvivõrkude dünaamilisi ansambleid. Uuesti analüüs demonstreerib ainult tõepärasust, et "tõendite puudumine ei ole tõend puudumise kohta". Algsed katsed ja andmed on kehtivad, kuid järeldused muutuvad, kui neid analüüsida erinevalt.

Oluline on see, et need kaks artiklit näitavad teadusuuringutes tehtava koostöö võimsust, kuna Wolff ja kolleegid esitasid Barbosale ja kolleegidele oma algandmed uuesti analüüsimiseks ning neid tunnustatakse abistavate arutelude eest. Mõlemad rühmad tunnistavad, et töömälu sünaptilise plastilisuse mehhanismi toetamiseks on palju keerulisem saada eksperimentaalseid tõendeid, kuna see on oma olemuselt elektriliselt vaikne.

See kehtib eriti siis, kui sellised vaiksed mehhanismid töötavad koos aktiivsete mehhanismidega, mis segavad nende tuvastamist. Seega aksioom "tõendite puudumise kohta ..." puudutab veelgi enam vaikiva närvivõrgu hüpoteesi tagasilükkamist, mis põhineb praegusel tõendite puudumisel.

Tõepoolest, need kaks mehhanismi võivad koos toimida. Trübutscheki ja teiste (2017) uuringud näitavad, et osalejad suudavad meelde tuletada teavet, millest nad ei ole teadlikud, kuigi EEG-ga ei tuvastata aktiivset neuraalset reaktsiooni, mis püsiks viivitusperioodil enne testimise tagasikutsumist. Nad viitavad sellele, et pärast ajutist kodeerimisfaasi aktiivse neuronalfiratsiooni kaudu võivad mitteteadlikud stiimulid säilitada sünaptiliste kaalude aktiivsete lühiajaliste muutustega ilma tuvastatava neuraalse aktiivsuseta, võimaldades taastamist mitu sekundit.

Võimaliku elektriliselt vaikse närviprotsessi olemasolu paljastamine jääb mõistatuseks, kuid töömäluga seotud sünaptilise ühenduvuse võimalike muutuste uurimise viiside leidmine jääb jõuliseks ettevõtmiseks, mis kahtlemata tekitab uusi koostöövõimalusi ja uusi edusamme.

Vastandlike huvide deklaratsioon

Autor ei deklareerinud võimalikke huvide konflikte seoses selle artikli uurimise, autorsuse ja/või avaldamisega.

Rahastamine

Autor(id) avaldasid järgmise rahalise toetuse saamist selle artikli uurimiseks, autorluseks ja/või avaldamiseks: Seda tööd toetas NIH intramuraalne toetus nr.ZIAHD000713.

Viited

1.Barak O, Tsodyks M, Romo R. 2010. Neuronaalse populatsiooni kodeerimine parameetrilise töömälu kohta. J Neurosci 30:9424–30.

2. Barbosa J, Lozano-Soldevilla D, Compte, A. 2021. Visuaalsete impulssidega aju pingimine paljastab elektriliselt aktiivsed, mitte tegevusest vaikivad töömälestused. PLoS Biol 19(10):e3001436.

3. Butters N, Pandya D. 1969. Sulcus principalis'e selektiivsete kahjustuste hilinenud vaheldumisefekti säilitamine. Teadus165:1271–3.

4.Courtney SM, Ungerleider LG, Keil K, Haxby JV. 1997. Mööduv ja püsiv tegevus hajutatud närvisüsteemis töömälu jaoks. 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. Lühiajalise mäluga seotud neuronite aktiivsus. Science 173:652–4.

7. Goldman-Rakic ​​PS. 1995. Cellular basic for work memory.Neuron 14:447–85.

8. Lewis-Peacock JA, Drysdale AT, Oberauer K, Postle BR. 2012. Neuraalsed tõendid lühiajalise mälu ja tähelepanu fookuse eristamiseks. J Cogn Neurosci 24:61–79.

9. Linden DEJ. 2007. Inimese aju töömäluvõrgud. Neuroscientist 13(3):257–67.

10.Mongillo G, Barak O, Tsodyks M. 2008. Töömälu sünaptiline teooria. Science 319:1543–6.

For more information:1950477648nn@gmail.com