Človeški mali možgani in kortikocerebelarne povezave, vključene v izboljšanje čustvenega spomina 2. del

Čustvene informacije si bolje zapomnimo kot nevtralne. Obsežni dokazi kažejo, da imajo amigdala in njene interakcije z drugimi možganskimi regijami pomembno vlogo pri učinku čustvenega vzburjenja na izboljšanje spomina. Medtem ko so mali možgani vključeni v pogojevanje strahu, je njegova vloga pri čustvenem izboljšanju epizodnega spomina manj jasna. Da bi rešili to težavo, smo pri 1418 zdravih udeležencih uporabili pristop funkcionalne MRI celih možganov.

Čustva se nanašajo na človekove notranje občutke in izkušnje in so pomemben del človekovih psiholoških dejavnosti. Spomin je osnovna intelektualna sposobnost človeka. Je proces, s katerim ljudje pridobivamo informacije iz preteklih izkušenj ter jih ohranjamo in pregledujemo. Oba imata pomembno vlogo v človekovih življenjskih dejavnostih in med njima obstaja tesen odnos.

Povezava med čustvenimi informacijami in spominom je zelo tesna. Glede na raziskave ljudje, ko doživijo čustvena doživetja, obdelajo čustvene informacije bolj poglobljeno in podrobno, s čimer izboljšajo izhodiščno točko in moč ohranjanja informacij v pomnilniku. To pomeni, da si človeški možgani notranje izkušnje, ki jih vsebuje čustvena izkušnja, lažje zapomnijo in težje pozabijo.

Zato lahko tudi čustvene informacije spodbudijo človekovo navdušenje za učenje in ustvarjanje. Med čustvenimi izkušnjami so ljudje bolj občutljivi in ​​radovedni glede informacij, ki jih prejmejo, kar spodbuja človekovo učenje in ustvarjalnost. Obenem lahko čustvena izkušnja spodbudi človekovo čustveno izražanje in socialne veščine ter s tem izboljša intimnost človeških čustvenih odnosov.

Če povzamemo, odnos med čustvenimi informacijami in spominom je neločljiv. Čustvena izkušnja lahko spodbuja globoko razumevanje informacij in shranjevanje spomina, shranjevanje spomina pa lahko izboljša odziv človekove čustvene izkušnje in zmožnosti čustvenega izražanja. Zato bi morali biti bolj pozorni na lastna čustvena doživetja in poskušati najti več lepote in sreče v čustveni komunikaciji, da bi spodbudili izboljšanje lastnih čustev in spomina. Vidi se, da moramo izboljšati svoj spomin. Cistanche deserticola lahko bistveno izboljša spomin, saj lahko Cistanche deserticola uravnava tudi ravnovesje nevrotransmiterjev, kot je povečanje ravni acetilholina in rastnih faktorjev. Te snovi so zelo pomembne za spomin in učenje. Poleg tega lahko meso izboljša pretok krvi in ​​pospeši dostavo kisika, kar lahko zagotovi, da možgani prejmejo dovolj hranilnih snovi in ​​energije ter tako izboljšajo vitalnost in vzdržljivost možganov.

Kliknite poznajte dodatke za izboljšanje spomina

Najprej smo identificirali skupine, ki so se znatno aktivirale med izboljšanim spominskim kodiranjem negativnih in pozitivnih čustvenih slik. Poleg dobro znanih cerebralnih regij, povezanih s čustvenim spominom, smo identificirali grozd v malih možganih. Nato smo uporabili dinamično vzročno modeliranje in identificirali več cerebelarnih povezav s povečano močjo povezave, ki ustreza izboljšanemu čustvenemu spominu, vključno z eno z grozdom, ki pokriva amigdalo in hipokampus, ter dvosmernimi povezavami z grozdom, ki pokriva sprednjo cingularno skorjo. Sedanje ugotovitve kažejo, da so mali možgani sestavni del mreže, ki sodeluje pri čustvenem izboljšanju epizodnega spomina.

Izboljšan spomin za čustveno vzbujajoče informacije je dobro znan pojav, ki ima v evolucijskem smislu prilagodljivo vrednost, saj si je ključnega pomena zapomniti tako nevarne kot ugodne situacije (1, 2). Iz študij na glodalcih je dobro ugotovljeno, da čustveno vzburjenje vodi do noradrenergične aktivacije amigdale, ki posledično aktivira hipokampus in druge možganske regije za izboljšanje spominske konsolidacije čustveno vzburljivih informacij (3–5).

Poleg tega obstajajo dokazi iz študij na ljudeh, da čustveno vzburjenje in noradrenergična aktivacija že regulirata spominske procese med kodiranjem (6–10) in da se moč povezave med amigdalato in hipokampusom hitro poveča med kodiranjem čustveno vzburljivih informacij v primerjavi z nevtralnimi informacijami (11). Poleg amigdale in hipokampusa sta dve metaanalizi študij aktivacije človeških možganov z uporabo funkcionalne MRI (fMRI) pokazali na potencialno pomembnost več dodatnih možganskih regij, okrepljenih s kodiranjem deklarativnega spomina s čustvenim vzburjenjem, vključno s srednjim okcipitalnim girusom, srednjim frontalnim girusom, fuziformnim girus, spodnji frontalni girus, supramarginalni girus, orbitofrontalni korteks, parietalni korteks, klavstrum, kavdatus in insula (12, 13).

Čeprav so bili mali možgani občasno navedeni v študijah fMRI kot izboljšava čustvenega spomina (14, 15), ga metaanaliza, ki je vključevala 15 študij, ni navedla (12). Novejša metaanaliza, ki je vključevala 25 študij, je ugotovila, da so mali možgani znatno aktivirani, vendar je po izključitvi treh študij, ki niso pokazale učinka izboljšanja vedenja, pomen izginil (13). Morebitni razlogi za to dvoumnost vključujejo, da so mali možgani v posameznih študijah morda pokazali le podpražne ravni pomembnosti ali da mali možgani a priori niso bili vključeni v analizo (16).

Mali možgani so običajno znani po svoji pomembni vlogi pri nadzoru motoričnih funkcij (17). Vendar pa obstajajo dokazi, da izhodi malih možganov niso usmerjeni le na kortikalna motorična področja, ampak tudi na več nemotoričnih kortikalnih in subkortikalnih regij, ki so vključene v višje možganske funkcije, vključno s čustvi in ​​kognicijo (18–21), in da imajo mali možgani trdne predstavitve več omrežij, vključenih v te funkcije (22, 23).

Predvsem je iz študij na živalih in ljudeh znano, da imajo mali možgani pomembno vlogo pri kondicioniranju strahu (19, 24–27), ki je tradicionalno kategoriziran kot nezavedna ali nedeklarativna oblika učenja z močno čustveno komponento (5, 28). Manj jasno pa je, ali so mali možgani vključeni tudi v krepitev učinka čustvenega vzburjenja na epizodni spomin, deklarativno obliko spomina, ki zahteva zavestno kodiranje spomina in omogoča zavestno spominjanje informacij skupaj z njihovim kontekstom (5, 29, 30).

Študije lezij na živalih in ljudeh ter študije slikanja nevronov pri ljudeh kažejo, da sta pogoj za strah in čustveno izboljšanje epizodnega spomina delno odvisna od istih nevronskih podlag, kot je amigdala (5, 12, 31, 32). Zato so lahko mali možgani vključeni ne le v kondicioniranje strahu, temveč tudi v čustveno krepitev epizodnega spomina. V tej študiji smo raziskali, ali so mali možgani in malomožganske povezave vključene v fenomen vrhunskega epizodnega spomina za čustveno vzbujajoče vizualne informacije.

Uporabili smo vzorec fMRI 1418 zdravih človeških udeležencev, ki so opravili nalogo kodiranja slik, ki je vsebovala pozitivne in negativne čustvene in nevtralne slike, čemur je sledil test prostega priklica, ki ocenjuje epizodni spomin (29, 30), 20 minut po koncu kodiranja. Medtem ko je bilo ugotovljeno, da čustveno vzburjenje in ne valentnost spodbujata učinek bistvenih informacij na epizodni spomin (5, 33, 34) na izboljšanje spomina, so bile ugotovljene tudi razlike, povezane z valentnostjo (35).
Tu smo se osredotočili na identifikacijo učinkov čustvenega vzburjenja, ki so skupni pozitivni in negativni valenci. Velika velikost vzorca nam je omogočila, da smo vzorec razdelili na odkriti (n=945 udeležencev) in replikacijski vzorec (n=473 udeležencev; glejte Materiali in metode). Za merjenje nevronskih korelatov boljšega spomina za čustvene informacije med kodiranjem smo uporabili naslednjo paradigmo čustvenega spomina (12). Ta paradigma ocenjuje razliko med dejavnostjo kodiranja pozneje uspešno priklicanih čustvenih elementov v primerjavi s čustvenimi predmeti, ki niso priklicani v spomin, v primerjavi s priklicanimi nevtralnimi elementi v primerjavi z nepriklicanimi nevtralnimi elementi (imenovano "izboljšano kodiranje čustvenega spomina"). Sprva smo identificirali voksele z znatno povečano aktivnostjo med izboljšanim kodiranjem čustvenega spomina v vzorcu odkritja. To analizo smo opravili za celotne možgane, vključno z malimi možgani.

Iz vokselov, ki so pokazali povečano aktivnost med izboljšanim kodiranjem čustvenega spomina, smo definirali interesne regije (ROI). ROI smo opredelili funkcionalno in ne anatomsko, saj je občutljivost zaznavanja prisotnosti povezav mogoče povečati z uporabo ROI, ki se ujemajo z dejanskimi funkcionalnimi mejami (36). Natančneje, združili smo voksele s podobnim odzivnim profilom, da smo ustvarili prostorsko koherentne in časovno homogene ROI z uporabo pristopa združevanja v gruče (37). Nato smo preizkusili, ali so identificirani ROI pokazali povečano aktivnost med izboljšanim kodiranjem čustvenega spomina v vzorcu replikacije.

S ponovljenimi ROI (tj. ena cerebelarna ROI, 25 cerebralnih ROI) smo končno raziskali usmerjeno učinkovito povezljivost med cerebelarno ROI in cerebralno ROI z uporabo dinamičnega vzročnega modeliranja (DCM) (38, 39) v obeh vzorcih. Medtem ko je bil DCM prvotno razvit da bi preizkusili specifične hipoteze o prisotnosti, smeri in modulatorjih učinkovite povezljivosti med nizom vnaprej določenih možganskih regij, se lahko uporabi tudi na raziskovalen način, ki vključuje veliko število možganskih regij in modelov ([40]; glejte Materiali in metode).

Tukaj smo uporabili DCM, da bi raziskali usmerjeno učinkovito povezljivost med cerebelarno ROI in cerebralno ROI, ki sodelujejo pri izboljšanju čustvenega spomina. DCM nam je omogočil ugotoviti, 1) ali je bila moč teh povezav povečana med uspešnim kodiranjem čustvenega spomina in 2) smer učinkovite povezljivosti, da bi izvedeli, ali vnos iz malih možganov vzročno poganja cerebralROI, vpleten v izboljšanje čustvenega spomina, ali je smer vpliva drugače.

Rezultati

Vedenjski podatki: izboljšanje čustvenega spomina. Vedenjski rezultati v vzorcih odkrivanja in vzorcu replikacije so pokazali, da so se udeleženci prosto spomnili bolj čustvenih (pozitivnih in negativnih) slik kot nevtralnih slik (vzorec odkritja, srednja razlika: 4,50 ± 2,76 [povprečje ± SD], T {{4} }.01, P=7.53 x 10-268, n=945; vzorec replikacije, povprečna razlika: 4,65 ±2,60 [povprečje ± SD], T=38.82, P=7.03 x 10-149, n=473). Za podroben opis vedenjskih podatkov glejte referenco (11). To izboljšanje čustvenega spomina ni bilo pomembno povezano s starostjo ali spolom (P > 0,05; 2-stransko).

Dejavnost, povezana z izboljšanim kodiranjem čustvenega spomina.

Za kontrast, ki predstavlja izboljšano kodiranje čustvenega spomina, je bilo v vzorcu odkritja identificiranih 7,708 vokslov s povečano aktivnostjo na ravni celih možganov, popravljenih za večkratne primerjave z uporabo postopka stopnje družinske napake (FWE) (n { {4}}, Pwhole-brain-FWE-popravljeno < 0.05; Dodatek SI, slika S2 in tabela S3). Nismo opazili pomembnih pozitivnih ali negativnih povezav med aktivnostjo in učinki spola, starosti, sprememb v programski opremi skenerja ali sprememb v gradientnih tuljavah (Pwhole-brain-FWE-corrected > 0,05).

Vokseli, povezani z izboljšanim kodiranjem čustvenega pomnilnika, so bili razdeljeni v 30 grozdov (tj. ROI), da se zmanjša dimenzionalnost podatkov (slika 1 in dodatek SI, slike S3–S7, za podrobnosti o metodi parcelacije glejte Materiali in metode). En grozd (ROI 11) je vseboval izolirane voksele in majhne skupke vokslov, ki niso bili prostorsko koherentni in so bili zato odstranjeni iz nadaljnje analize.

Od 29 preostalih ROI jih je bilo 28 lociranih v neokortikalnih in subkortikalnih regijah velikih možganov, ena pa je bila v malih možganih (slika 1; glej dodatek SI, tabela S5 za podrobnosti o številu vokslov in anatomski korespondenčni pergruči). Glede na atlas verjetnostne magnetne resonance (MR) človeških malih možganov (41) je bil grozd malih možganov v odkritem vzorcu preslikan predvsem na vermis malih možganov (lokalni maksimum za 76 % v lobulu IX in za 22 % v vzorcu replikacije) .

Od 29 ROI, identificiranih v vzorcu odkritja, je bilo 26 ROI (vključno z malimi možgani) pomembno aktiviranih tudi med izboljšanim kodiranjem čustvenega spomina v vzorcu replikacije (prag pomembnosti za največje ROI: T=4).41, P < {{ 4}}.05, enostransko, popravljeno po Bonferroniju za vse pomembne voksle od 29 ROI, identificiranih v vzorcu odkritja). Najvišje vrednosti za ROI 7, 13 in 25 niso dosegle signifikantnosti v vzorcu replikacije, zato te ROI niso bile upoštevane pri analizi DCM.

Če povzamemo, ponovljene26 ROI so bile preslikane na okcipitalni, temporalni, parietalni in frontalni korteks ter amigdalo/hipokampus, cingulat, talamus, možgansko deblo in male možgane (slika 1; dodatek SI, tabela S5).

Predvsem se aktivnost, povezana z uspešnim kodiranjem spomina, ni bistveno razlikovala med pozitivnimi in negativnimi slikami v cerebelarni ROI tako v vzorcih odkritja kot v vzorcih podvajanja (Pwhole-brain-FWE-corrected > 0.05, Ps popravljeno za majhen volumen > 0,001).

DCM: Moč povezave med kodiranjem izboljšanega čustvenega spomina.

Ponovljenih 26 ROI, povezanih z izboljšanim kodiranjem čustvenega spomina, je bilo vključenih v analizo DCM. Da bi raziskali spremembe v moči povezave med izboljšanim kodiranjem čustvenega spomina med cerebelarno ROI in preostalimi 25 cerebralnimi ROI, smo uporabili vrsto 2-node (mali možgani za vse druge) DCM, da bi raziskali vse parne (dvosmerne) povezave (upoštevajte, da veliko število parametrov modela je preprečilo vključitev vseh 26 ROI v en sam model DCM).

Znotraj vzorca odkritja je 25 povezav (od 50možnih enosmernih povezav) pokazalo povečano moč med izboljšanim kodiranjem čustvenega spomina (posteriorna verjetnost > 0,99). Glede na število testov smo uporabili konzervativni verjetnostni prag 0.99 in ponovili rezultate v neodvisnem vzorcu z uporabo istega praga (38, 42, 43). Petnajst od 25 povezav je imelo tudi povečano moč v vzorcu replikacije (posteriorna verjetnost> 0,99) (slika 2 in dodatek SI, slike S8–S10). Od teh 15 ponovljenih povezav je 11 povezav pokazalo povečano moč povezave od malih možganov do možganskih regij.

Posebno zanimiva je močna povezava med cerebelarno ROI in ROI 26, ki vključuje voksele iz amigdale in hipokampusa (slika 2). Štiri povezave so pokazale povečano moč povezave od možganskih regij do malih možganov (slika 2). Povezave med cerebelarno ROI in ROI 22, ki vključuje voksele iz rostralanteriorne cingularne ROI, ter med cerebelarno ROI in ROI 9, ki vsebuje voksle iz precentralne skorje, so pokazale povečano moč v obe smeri.

Diskusija

Namen te študije je bil raziskati, ali so mali možgani in malomožganske povezave vpletene v pojav vrhunskega epizodnega spomina za čustveno vznemirljive vizualne informacije. V prvem koraku smo identificirali skupine, ki kažejo povečano aktivnost med izboljšanim kodiranjem čustvenih slik. Možganski grozdi so preslikani na okcipitalni, temporalni, parietalni in frontalni korteks ter amigdalo/hipokampus, cingulat in talamus. Ti rezultati možganske aktivacije so v veliki meri v skladu z ugotovitvami dveh meta-analiz izboljšanega čustvenega spomina, ki kodira nečloveke (12, 13), in obsežnega eksperimentalnega dela na živalih (4, 32, 44).

Poleg teh možganskih regij smo našli trdne dokaze za skupino, ki se nahaja predvsem znotraj vermisa malih možganov, ki kaže povečano aktivnost med izboljšanim kodiranjem čustvenega spomina v dveh velikih vzorcih. Zanimivo je, da se sredinska črta malih možganov aktivira med priklicem čustvenih epizod osebnega življenja, kar kaže na vlogo te regije pri priklicu čustvenega spomina (21).

Vse več je dokazov, da so mali možgani, zlasti cerebelarni vermis, ključno vpleteni v pogojevanje strahu (19, 24, 26, 27). Pri glodavcih je bilo dokazano, da poškodbe vermisa odpravijo pogojevanje srčnega utripa (45) in da je vermis potreben za nedotaknjeno pogojevanje strahu (46). Pri ljudeh so poročali, da bolniki z lezijami cerebelarnega vermisa kažejo oslabljeno pridobivanje bradikardije, pogojene s strahom (47). Poleg tega je študija fMRI pri zdravih udeležencih ugotovila, da je vermis vpleten v klasično kondicioniranje z mežikanjem oči (48).

Vermis ima eferentne projekcije na limbične regije, vključno z amigdalo in hipokampusom, strukturama, ki sodelujeta pri kondicioniranju zakasnitve oziroma kondicioniranju sledi (49). Povezava vermisa z amigdalo in hipokampusom bi omogočila tudi vpliv vermisa na izboljšanje epizodnih spominov s čustveno vzburjenostjo, ki je odvisna od obeh struktur (5). Ugotovitve te študije dejansko kažejo, da vermis ni vpleten le v pri kondicioniranju strahu, vendar je vključen tudi v fenomen vrhunskega epizodičnega spomina čustveno vzbujajočih vizualnih informacij.

Nadaljnja analiza povezljivosti DCM je pokazala, da je več cerebelarno-možganskih povezav pokazalo povečano moč med izboljšanim kodiranjem čustvenega spomina (slika 2), kar kaže na to, da so mali možgani sestavni del omrežja, vključenega v izboljšanje čustvenega spomina. Natančneje, našli smo 11 povezav s povečano močjo povezave od malih možganov do možganskih regij. V kontekstu izboljšanega kodiranja čustvenega spomina se zdi povezava z ROI, ki vključuje voksele iz amigdale in hipokampusa (ROI 26), še posebej zanimiva. Dokazano je, da sta mali možgani in amigdala funkcionalno med seboj povezana med kondicioniranjem strahu (50, 51).

Poleg tega so študije na podganah in mačkah pokazale, da električna stimulacija vermisa (zunaj konteksta učenja) modulira (tj. nekatere enote so olajšane in druge zavirane) aktivnost amigdale in hipokampusa (52, 53), kar kaže, da je vermis funkcionalno povezan s temi limbičnimi celicami. regije. Te ugotovitve se ujemajo z usmeritvijo trenutne analize DCM, kar kaže na vpliv vermisa na ROI 26. Obstaja veliko dokazov, da so amigdala in hipokampus ter njune interakcije ključno vključeni v učinek povečanja čustvenega vzburjenja enega epizodičnega spomina ( 4, 5, 11, 54).

Našli smo tudi dokaze o vpletenosti dvosmernih povezav malih možganov z ROI, ki je vključevala voksele iz sprednje cingularne skorje (ROI 22), pri izboljšanju čustvenega spomina. Študija MRI funkcionalne povezljivosti v stanju mirovanja pri zdravih ljudeh je pokazala, da je cingulat funkcionalno povezan z malimi možgani (23). Poleg tega je bil sprednji cingulat povezan s čustvi, vrednotenjem nagrajevanja in predstavljanjem vrednosti (55). Predpostavljeno je bilo, da je anteriorni cingularni korteks poleg amigdale in insule temeljni del obsežnega vidnega omrežja, ki deluje tako, da ločuje najpomembnejše med notranjimi in zunajosebnimi dražljaji za usmerjanje vedenja (56, 57).

Poleg tega so poročali, da se pomembno omrežje aktivira z noradrenergično aktivacijo (58), nevrotransmiterskim sistemom, ki je ključno vključen ne le v procese vzburjenja in pozornosti, temveč tudi v izboljšanje čustvenega spomina (59). Zanimivo je, da je locus coeruleus, glavno mesto za možgansko sintezo norepinefrin, projicira tudi na področja po malih možganih (60). Še vedno je treba ugotoviti, ali se mali možgani aktivirajo neposredno z locus coeruleus ali posredno z omrežjem salience.

Poleg tega smo odkrili dvosmerno povezavo malih možganov z ROI v frontalnem korteksu (predvsem precentralnem), ki je lahko povezana z regulacijo motoričnih funkcij (61), po možnosti z motoričnim učenjem, v kontekstu izboljšanja čustvenega spomina. Končno smo našli povezave s povečano močjo povezave med dvema možganskima ROI in malimi možgani (tj. ROI 10, vključno z vokseli iz lingvalnega in perikalkarinskega vijuga, in ROI 23, vključno z vokseli iz lateralne okcipitalne skorje).

For more information:1950477648nn@gmail.com