Enigma delovnega spomina: Spreminjanje pogledov, 2. del
Nov 17, 2023
Razkrivanje skritih nevronskih mrež v delovnem pomnilniku
Veliko večji izziv je raziskati hipotezo, da so dinamično sklopljene, električno tihe nevronske mreže osnova delovnega spomina, ker fiziološke tehnike, kot so EEG, fMRI in elektrofiziologija, spremljajo nevronsko aktivnost. Na podlagi študij TMS, ki so jih izvedli Rose in drugi (2016), so Wolff in drugi (2017) oblikovali edinstven pristop za testiranje prisotnosti električno tihe nevronske mreže, ki ohranja nenadzorovan delovni pomnilnik (slika 1A).
V zadnjih letih je vse več študij pokazalo, da obstaja tesna povezava med dinamičnim spajanjem in spominom. Dinamično spajanje se nanaša na koordinacijo in sinhronizacijo med različnimi področji v človeških možganih, medtem ko je spomin sposobnost človeških možganov za shranjevanje, obdelavo in priklic informacij.
Raziskave so pokazale, da lahko dinamično spajanje spodbuja prenos informacij in integracijo med nevroni v človeških možganih, s čimer izboljša človeško spoznanje in izvršilne funkcije. Hkrati dobro dinamično povezovanje tudi pomaga spodbujati učne in spominske sposobnosti ljudi. Na primer, ko se človek nauči novega znanja, se bo koordinacija in sinhronizacija med različnimi področji postopoma krepila, kar bo spodbujalo shranjevanje in obdelavo novega znanja ter olajšalo utrjevanje in izboljšanje spomina.
Poleg tega so raziskave pokazale, da so različne vrste pomnilnika povezane z različnimi dinamičnimi povezavami. Na primer, kratkoročni spomin je tesno povezan s stopnjo dinamičnega povezovanja med določenimi področji v možganih; dolgoročni spomin vključuje širši spekter področij v možganih in dinamično povezovanje med njimi. Zato bo vzdrževanje dobre dinamične povezanosti pomagalo spodbujati izboljšanje različnih vrst spominskih sposobnosti ljudi.
Skupaj obstaja pozitivna povezava med dinamičnim spajanjem in spominom. S krepitvijo dinamičnega povezovanja lahko ljudje izboljšajo kognitivne in izvršilne funkcije ter spodbujajo učne in spominske sposobnosti. Zato bi morali aktivno raziskovati in vzdrževati dobro dinamično povezanost, da bi izboljšali spomin in učne sposobnosti ter izboljšali kakovost življenja. Vidimo, da moramo izboljšati spomin, in Cistanche deserticola lahko bistveno izboljša spomin, saj je Cistanche deserticola tradicionalno kitajsko zdravilno sredstvo, ki ima številne edinstvene učinke, eden od njih je izboljšanje spomina. Učinkovitost mletega mesa izhaja iz različnih učinkovin, ki jih vsebuje, vključno s kislino, polisaharidi, flavonoidi itd. Te sestavine lahko na različne načine spodbujajo zdravje možganov.
Kliknite Spoznaj kratkoročni spomin, kako izboljšati
Raziskovalci so sklepali, da če se je oblikovala električno tiha nevronska mreža in se ohranila ves čas delovnega pomnilnika, bi se moral odziv omrežja na sistemski ravni razlikovati od odziva, če ta tiha mreža ne bi bila oblikovana.
Namesto da bi uporabili impulz TMS, so raziskovalci zagotovili nepovezan vizualni dražljaj (kroge v obliki tarče) za ponovno aktiviranje nevronskih mrež, povezanih z nalogo vizualnega delovnega spomina. Če bi sinaptična plastičnost povzročila dinamične spremembe v povezljivosti v nalogi delovnega spomina, bi moralo preizkušanje teh omrežij z drugačnim dražljajem prinesti drugačen živčni odziv, kot če omrežje ne bi bilo spremenjeno.
Avtorji to imenujejo "pinganje" nevronskih mrež, da ocenijo njihov odziv. Poleg tega bi lahko nespecifični vizualni dražljaj teoretično ponovno aktiviral aktivnost v sinaptično sklopljenih tihih nevronskih mrežah, ki kodirajo spomin, podobno kot TMS. To bi bilo videti kot ponovna aktivacija odzivov EEG, ki se sprožijo, ko se predmet prikliče iz spomina.
V pripravah na študije, ki uporabljajo nepovezano sliko v obliki tarče za "ping" nevronskih mrež, so si udeleženci ogledali zaslon, na katerem sta bila prikazana dva predmeta drug ob drugem, in dobili so navodila, naj si zapomnijo oba predmeta. Po kratkem zamiku je puščica kazala levo ali desno da namigne opazovalca, kateri predmet naj si zapomni za nadaljnji test.
Ta objekt bi bil nato ohranjen v nenadzorovanem delovnem pomnilniku, medtem ko bi bil drugi objekt pozabljen ali ohranjen v nenadzorovanem (nezavestnem) pomnilniku. Predmeti, ki si jih je treba zapomniti, sta bila dva s črtami napolnjena kroga, ki sta bila zasukana tako, da sta imela črti na vsakem različno orientacijo. Po zakasnitvi je bil prikazan črtast krog in udeleženci so morali navesti, ali je bil predmet "sonde" zavrten v smeri urinega kazalca ali nasprotni smeri urnega kazalca od črtastega kroga, ki so ga hranili v delovnem pomnilniku.
Rezultati so pokazali povečano aktivnost v abecednem pasu na ustreznih elektrodnih snemalnih mestih za predmete v vizualnem delovnem spominu, ki ustrezajo temu, koliko se predmet sonde razlikuje v rotaciji od predmeta v spominu. Če bi bila orientacija predmeta v delovnem spominu pozabljena, se ta diskriminatorni odziv EEG ne bi pojavil in natančnost poročanih odzivov subjektov bi padla naključno.
Drugič, odziv EEG, ki kaže na stopnjo rotacije slike sonde glede na sliko v spominu, bi se s časom zmanjšal, saj se delovni spomin vzdržuje le nekaj sekund. Rezultati so pokazali, da se je ta aktivnost EEG povečala po namigu puščice in se je ohranila, dokler ni bila prikazana slika za preizkus odpoklica, vendar se je aktivnost počasi vrnila na izhodiščno vrednost s časom, ko je bil predmet v nenadzorovanem pomnilniku (slika 1B). To podpira hipotezo, da obstajajo različni mehanizmi, ki vzdržujejo nenadzorovane in prisotne delovne spomine, z vztrajno nevronsko aktivnostjo, povezano s prisotnimi, vendar ne nenadzorovanimi spomini.
Raziskovalci so nato uporabili tretji nepovezani vizualni dražljaj, da so sistemu pingali spremembe v delovanju nevronske mreže, ki jih poganja sinaptična plastičnost, ki teoretično beleži delovni spomin. Nepovezani dražljaj je okrepil nevronsko aktivnost za predmet v nadzorovanem spominu, ne pa tudi za predmet v nenadzorovanem spominu (slika 1C). Avtorji so zaključili, da so v nasprotju z navzočimi delovnimi spomini nenadzorovani delovni spomini shranjeni s sinaptično plastičnostjo, ki tvori dinamično sklopljene, a električno tihe nevronske mreže, brez zahteve po nenehnem povečanju nevronske aktivnosti.
Ponovno preverjanje podatkov
Nedavna študija je ponovno preučila izvirne podatke Wolffa in drugih (2017) in ugotovila, da se je nevronski odziv na predmet v nenadzorovanem spominu ohranil ves čas pred priklicem, ko so bili podatki analizirani drugače. Namesto spremljanja napetosti EEG so Barbosa in drugi (2021) analizirali moč aktivnosti pasu alfa EEG. Povečana moč EEG aktivnosti, ki je bila indikativna tako za predmete v prisotnem kot nenadzorovanem delovnem pomnilniku, se je ohranila v času pred priklicem (slika 1D).
Odzive v smislu alfa moči je okrepil nepovezani vizualni dražljaj, ki "pinga" sistem, vendar dejstvo, da je bil aktiven odziv očiten tako za prisotne kot nenadzorovane spomine, naredi nekoliko sporne učinke izvabljanja aktivnih odzivov na vizualno pinganje kot metodo za razkrivanje skritih stanja, ki shranjujejo spomin. Poleg tega bi lahko vizualno pinganje spodbudilo aktivnost v nevronskih mrežah, ki jih podpira proženje akcijskega potenciala, kot tudi za domnevna električno tiha omrežja, zato tehnika vizualnega pinganja ne more jasno razlikovati med tema dvema mehanizmoma shranjevanja informacij.
Barbosa in drugi (2021) utemeljujejo, da so meritve napetosti podvržene večjim odstopanjem zaradi odmika izhodišča in variacije impedance elektrod na lasišču, medtem ko sta frekvenca in moč nihanj bolj robustni za takšne tehnične težave. Tako Wolff in drugi (2017) niso odkrili nenehnega povečanja nevronske aktivnosti, povezane z nenadzorovanim spominom, zaradi omejitev razmerja med signalom in šumom. Poleg tega je njihova analiza pokazala, da je bila moč statistične analize izvirnih podatkov šibka in da bi večji vzorec verjetno zaznal povečano trajno aktivnost med obdobjem zakasnitve za objekte v nenadzorovanem pomnilniku.
Natančnejša analiza je prav tako pokazala velike razlike v odzivih med subjekti in da je bilo v mnogih primerih očitno, da trajno zvišanje napetosti EEG spremlja nenadzorovan spomin, vendar pri drugih preiskovancih to ni bilo očitno. Povečana varianca bi spodkopala prizadevanja za identifikacijo vztrajnega povečanja električne aktivnosti, ki ohranja nenadzorovan spomin.
Sklepi
Ponovna analiza prvotnih podatkov ovrže zaključke vplivne študije Wolffa in drugih (2017), ki ni uspela najti znaka delovnega spomina v smislu povišane trajne aktivnosti EEG, vendar ne razveljavi poskusov in ne zagotavlja dokazov, da sinaptična plastičnost deluje ne tvorijo dinamičnih sklopov nevronskih mrež, ki so podlaga za delovni spomin. Ponovna analiza natančno dokazuje resničnost, da "odsotnost dokazov ni dokaz odsotnosti." Prvotni poskusi in podatki so veljavni, vendar se sklepi spremenijo, če jih analiziramo drugače.
Pomembno je, da ta dva prispevka dokazujeta moč sodelovanja v znanstvenih raziskavah, saj so Wolff in sodelavci posredovali neobdelane podatke Barbosi in kolegom za ponovno analizo in so jim hvaležni za koristne razprave. Obe skupini priznavata, da je veliko težje pridobiti eksperimentalne dokaze v podporo mehanizmu sinaptične plastičnosti za delovni spomin, saj je po definiciji električno tih.
To še posebej velja, če takšni tihi mehanizmi delujejo skupaj z aktivnimi mehanizmi, ki ovirajo njihovo zaznavanje. Tako je aksiom o "odsotnosti dokazov ..." se še bolj nanaša na zavrnitev hipoteze o tihi nevronski mreži na podlagi trenutnega pomanjkanja dokazov.
Dejansko lahko ta dva mehanizma delujeta skupaj. Študije Trübutscheka in drugih (2017) kažejo, da se lahko udeleženci spomnijo informacij, ki se jih ne zavedajo, čeprav ni nobenega aktivnega živčnega odziva, ki bi ga zaznal EEG, ki bi se ohranil v obdobju zakasnitve pred testiranjem priklica. Predlagajo, da se lahko nezavedni dražljaji po prehodni fazi kodiranja prek aktivnega vžiga nevronov vzdržujejo z aktivnimi kratkoročnimi spremembami sinaptičnih uteži brez kakršne koli zaznavne nevronske aktivnosti, kar omogoča priklic za nekaj sekund.
Kako razkriti obstoj možnega električno tihega nevronskega procesa, ostaja enigma, toda iskanje načinov za raziskovanje morebitnih sprememb v sinaptični povezljivosti, ki lahko spremljajo delovni spomin, bo ostalo močno prizadevanje, ki bo nedvomno sprožilo nova sodelovanja in nov napredek.
Izjava o navzkrižju interesov
Avtor ni izjavil, da obstaja morebitno navzkrižje interesov v zvezi z raziskavo, avtorstvom in/ali objavo tega članka.
financiranje
Avtorji so razkrili prejem naslednje finančne podpore za raziskavo, avtorstvo in/ali objavo tega članka: To delo je podprlo NIH intramural grant št. ZIAHD000713.
Reference
1. Barak O, Tsodyks M, Romo R. 2010. Kodiranje nevronske populacije parametričnega delovnega spomina. J Neurosci 30:9424–30.
2.Barbosa J, Lozano-Soldevilla D, Compte, A. 2021. Pinganje možganov z vizualnimi impulzi razkrije električno aktivne in ne tihe delovne spomine. PLoS Biol 19(10):e3001436.
3. Butters N, Pandya D. 1969. Ohranjanje zakasnjenega alternacijskega učinka selektivnih lezij sulcus principalis. Znanost 165: 1271–3.
4.Courtney SM, Ungerleider LG, Keil K, Haxby JV. 1997. Prehodna in trajna aktivnost v porazdeljenem nevronskem sistemu za delovni spomin. Narava 386: 608–11.
5. Foster JJ, Sutterer DW, Serences JT, Vogel EK, Awh E. 2016. Topografija aktivnosti v pasu alfa sledi vsebini prostorskega delovnega spomina. J Neurophysiol 115 (1): 168–77.
6.Fuster JM, Alexander GE. 1971. Aktivnost nevronov, povezana s kratkoročnim spominom. Znanost 173:652–4.
7. Goldman-Rakić PS. 1995. Celična osnova za delovni spomin. Neuron 14: 447–85.
8. Lewis-Peacock JA, Drysdale AT, Oberauer K, Postle BR. 2012. Nevronski dokazi za razlikovanje med kratkoročnim spominom in fokusom pozornosti. J Cogn Neurosci 24: 61–79.
9. Lipa DEJ. 2007. Mreže delovnega spomina človeških možganov. Nevroznanstvenik 13 (3): 257–67.
10.Mongillo G, Barak O, Tsodyks M. 2008. Sinaptična teorija delovnega spomina. Znanost 319: 1543–6.
For more information:1950477648nn@gmail.com
