Záhada pracovnej pamäte: Zmena pohľadov 2. časť

Odhalenie skrytých neurónových sietí v pracovnej pamäti

Je oveľa náročnejšie preskúmať hypotézu, že dynamicky spojené, elektricky tiché neurónové siete sú základom pracovnej pamäte, pretože fyziologické techniky, ako je EEG, fMRI a elektrofyziológia, monitorujú aktivitu neurónov. Na základe štúdií TMS od Rose a ďalších (2016), Wolff a ďalší (2017) navrhli jedinečný prístup k testovaniu prítomnosti elektricky tichej neurónovej siete udržiavajúcej bezobslužnú pracovnú pamäť (obr. 1A).

V posledných rokoch rastúci počet štúdií ukázal, že existuje úzky vzťah medzi dynamickou väzbou a pamäťou. Dynamická väzba sa týka koordinácie a synchronizácie medzi rôznymi oblasťami v ľudskom mozgu, zatiaľ čo pamäť je schopnosť ľudského mozgu ukladať, spracovávať a vyvolávať informácie.

Výskum zistil, že dynamická väzba môže podporiť prenos informácií a integráciu medzi neurónmi v ľudskom mozgu, zlepšiť ľudské kognície a výkonné funkcie. Dobrá dynamická väzba zároveň pomáha podporovať učenie a pamäťové schopnosti ľudí. Napríklad, keď sa človek naučí nové poznatky, postupne sa posilní koordinácia a synchronizácia medzi rôznymi oblasťami, čo podporí ukladanie a spracovanie nových poznatkov a uľahčí upevnenie a zlepšenie pamäte.

Okrem toho výskum zistil, že rôzne typy pamäte sú spojené s rôznymi dynamickými väzbami. Napríklad krátkodobá pamäť úzko súvisí so stupňom dynamickej väzby medzi určitými oblasťami v mozgu; dlhodobá pamäť zahŕňa širší rozsah oblastí v mozgu a dynamické prepojenie medzi nimi. Preto udržiavanie dobrého dynamického spojenia pomôže podporiť zlepšenie rôznych typov pamäťových schopností ľudí.

Celkovo existuje pozitívne spojenie medzi dynamickou väzbou a pamäťou. Posilnením dynamickej väzby môžu ľudia zlepšiť kognitívne a výkonné funkcie a podporiť schopnosti učenia a pamäte. Preto by sme mali aktívne skúmať a udržiavať dobré dynamické spojenie, aby sme si zlepšili pamäť a schopnosti učenia a zlepšili kvalitu života. Je vidieť, že potrebujeme zlepšiť pamäť a Cistanche deserticola môže výrazne zlepšiť pamäť, pretože Cistanche deserticola je tradičný čínsky liečivý materiál, ktorý má mnoho jedinečných účinkov, jedným z nich je zlepšenie pamäte. Účinnosť mletého mäsa spočíva v rôznych aktívnych zložkách, ktoré obsahuje, vrátane kyselín, polysacharidov, flavonoidov atď. Tieto zložky môžu podporovať zdravie mozgu rôznymi spôsobmi.

Kliknite na položku Poznať krátkodobú pamäť, ako sa zlepšiť

Vyšetrovatelia usúdili, že ak sa vytvorila elektricky tichá neurónová sieť a bola zachovaná počas trvania pracovnej pamäte, potom by sa odozva siete na systémovej úrovni mala líšiť od odozvy, ak by sa táto tichá sieť nevytvorila.

Namiesto použitia pulzu TMS výskumníci poskytli nesúvisiaci vizuálny stimul (cieľové kruhy), aby reaktivovali neurónové siete súvisiace s úlohou vizuálnej pracovnej pamäte. Ak synaptická plasticita poháňala dynamické zmeny v konektivite v úlohe pracovnej pamäte, potom by sondovanie týchto sietí s iným stimulom malo priniesť inú nervovú odpoveď, ako keby sieť nebola zmenená.

Autori to označujú ako „pinging“ neurónových sietí na posúdenie ich odozvy. Navyše, nešpecifický vizuálny stimul by mohol teoreticky reaktivovať aktivitu v synapticky viazaných tichých neurónových sieťach kódujúcich pamäť, podobne ako TMS. Toto by sa javilo ako reaktivácia EEG odpovedí, ktoré sú vyvolané, keď je objekt vyvolaný z pamäte.

V rámci prípravy na štúdie využívajúce nesúvisiaci obrázok v tvare terča na „ping“ neurónových sietí si účastníci prezreli obrazovku zobrazujúcu dva objekty vedľa seba a boli poučení, aby si zapamätali obe položky. Po krátkom oneskorení sa šípka ukázala doľava alebo doprava. nabádať pozorovateľa na to, ktorý predmet by si mal zapamätať pre následný test.

Tento objekt by sa potom uchoval v pracovnej pamäti bez obsluhy, zatiaľ čo druhý objekt by bol zabudnutý alebo by sa zachoval v bezobslužnej (nevedomej) pamäti. Predmety na zapamätanie boli dva kruhy vyplnené pruhmi, ktoré boli otočené tak, že pruhy na každom z nich mali inú orientáciu. Po oneskorení sa zobrazil pruhovaný kruh a účastníci boli požiadaní, aby označili, či bol objekt „sondy“ otočený v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek od pruhovaného kruhu, ktorý si uchovávali v pracovnej pamäti.

Výsledky ukázali, že zvýšená aktivita v abecednom pásme na vhodných miestach záznamu elektród pre objekty vo vizuálnej pracovnej pamäti zodpovedala tomu, ako veľmi sa objekt sondy líšil v rotácii od objektu v pamäti. Ak by sa zabudlo na orientáciu objektu v pracovnej pamäti, táto rozlišujúca EEG odpoveď by sa neobjavila a presnosť hlásených odpovedí subjektov by klesla na náhodu.

Po druhé, EEG odozva indikujúca stupeň rotácie obrazu sondy vzhľadom na obraz v pamäti by časom klesala, pretože pracovná pamäť je zachovaná len niekoľko sekúnd. Výsledky ukázali, že táto aktivita EEG sa po narážke šípkou zvýšila a bola zachovaná, kým sa obraz nepredstavil na testovanie, ale aktivita sa pomaly vrátila na základnú líniu s časom pre objekt v bezobslužnej pamäti (obr. 1B). To podporuje hypotézu, že existujú rôzne mechanizmy, ktoré udržujú pracovné spomienky bez dozoru a s obsluhou, s pretrvávajúcou nervovou aktivitou spojenou s obsluhovanými, ale nie bezobslužnými spomienkami.

Výskumníci potom použili tretí nesúvisiaci vizuálny stimul na testovanie systému na zmeny vo funkcii neurónovej siete poháňané synaptickou plasticitou, ktorá teoreticky zaznamenáva pracovnú pamäť. Nesúvisiaci stimul posilnil nervovú aktivitu pre objekt v pamäti s obsluhou, ale nie pre objekt v pamäti bez obsluhy (obr. 1C). Autori dospeli k záveru, že na rozdiel od obsluhovaných pracovných pamätí, bezobslužné pracovné pamäte sú uložené synaptickou plasticitou tvoriacou dynamicky viazané, ale elektricky tiché neurónové siete, bez požiadavky na neustále zvyšovanie neurálnej aktivity.

Opätovné preskúmanie údajov

Nedávna štúdia prehodnotila pôvodné údaje od Wolffa a ďalších (2017) a zistila, že nervová odozva na objekt v bezobslužnej pamäti bola zachovaná počas celého trvania pred vyvolaním, keď boli údaje analyzované odlišne. Namiesto monitorovania napätia EEG Barbosa a ďalší (2021) analyzovali silu aktivity alfa bandEEG. Zvýšená sila aktivity EEG, ktorá bola indikatívna pre objekty v obsluhovanej aj bezobslužnej pracovnej pamäti, sa udržala počas doby pred vyvolaním (obr. 1D).

Odpovede z hľadiska sily alfa boli zosilnené nesúvisiacim vizuálnym stimulom "pingom" systému, ale skutočnosť, že aktívna reakcia bola evidentná pre pamäte s obsluhou aj bez dozoru, spôsobuje, že účinky vyvolania aktívnych odpovedí na vizuálny ping ako spôsob odhaľovania skrytých stavy ukladajúce pamäť. Okrem toho by vizuálny ping mohol energizovať aktivitu v neurónových sieťach udržiavanú spúšťaním akčného potenciálu, ako aj pre domnelé elektricky tiché siete, takže technika vizuálneho pingu nemôže jasne rozlíšiť medzi týmito dvoma mechanizmami ukladania informácií.

Barbosa a ďalší (2021) uvádzajú, že merania napätia podliehajú väčším odchýlkam v dôsledku posunu základnej čiary a kolísania impedancie elektród na hlave, zatiaľ čo frekvencia a sila oscilácií sú voči takýmto technickým ťažkostiam odolnejšie. Prebiehajúce zvýšenie nervovej aktivity spojené s bezobslužnou pamäťou teda Wolff a iní (2017) nezistili z dôvodu obmedzení medzi signálom a šumom. Okrem toho ich analýza ukázala, že sila štatistickej analýzy pôvodných údajov bola slabá a že väčšia veľkosť vzorky by pravdepodobne odhalila zvýšenú trvalú aktivitu počas obdobia oneskorenia pre pamäť bez dozoru objektov.

Bližšia analýza tiež ukázala široké rozdiely v odpovediach medzi subjektmi a že v mnohých prípadoch boli trvalé zvýšenia napätia EEG evidentné sprevádzajúce pamäť bez dozoru, ale u iných testovaných subjektov to nebolo zrejmé. Zvýšený rozptyl by podkopal úsilie o identifikáciu trvalého zvýšenia elektrickej aktivity, ktoré by udržalo bezobslužnú pamäť.

Závery

Opätovná analýza pôvodných údajov vyvracia závery vplyvnej štúdie Wolffa a iných (2017), ktorá nedokázala nájsť podpis pracovnej pamäte v zmysle zvýšenej trvalej aktivity EEG, ale neruší platnosť experimentov ani neposkytuje dôkaz, že synaptická plasticita áno. netvoria dynamické súbory neurónových sietí, ktoré sú základom pracovnej pamäte. Reanalýza len demonštruje pravdivú pravdu, že „absencia dôkazov nie je dôkazom absencie“. Pôvodné experimenty a údaje sú platné, ale závery sa menia, keď sa analyzujú inak.

Dôležité je, že tieto dva dokumenty demonštrujú silu spolupráce vo vedeckom výskume, pretože Wolff a kolegovia poskytli svoje nespracované údaje Barbosovi a kolegom na opätovnú analýzu a sú vďační za ich užitočné diskusie. Obe skupiny uznávajú, že je oveľa ťažšie získať experimentálne dôkazy na podporu mechanizmu synaptickej plasticity pre pracovnú pamäť, pretože je podľa definície elektricky nehlučná.

To platí najmä vtedy, ak takéto tiché mechanizmy fungujú v tandeme s aktívnymi mechanizmami, ktoré sťažujú ich detekciu. Takže axióma týkajúca sa „neexistencie dôkazov...“ ešte viac sa týka odmietnutia hypotézy o tichej neurónovej sieti založenej na súčasnom nedostatku dôkazov.

V skutočnosti môžu tieto dva mechanizmy fungovať spoločne. Štúdie od Trübutscheka a iných (2017) ukazujú, že účastníci si môžu vybaviť informácie, o ktorých nemajú žiadne vedomé povedomie, aj keď EEG nezaznamenáva žiadnu aktívnu nervovú odozvu, ktorá pretrváva počas oneskorenia pred testovaním. Naznačujú, že po prechodnej kódovacej fáze prostredníctvom aktívneho spustenia neurónov môžu byť nevedomé stimuly udržiavané aktívnymi krátkodobými zmenami v synaptických hmotnostiach bez akejkoľvek detegovateľnej nervovej aktivity, čo umožňuje vyhľadávanie na niekoľko sekúnd.

Ako odhaliť existenciu možného elektricky nehlučného neurálneho procesu zostáva záhadou, ale hľadanie spôsobov, ako preskúmať možné zmeny v synaptickej konektivite, ktoré sa môžu zúčastniť pracovnej pamäte, zostane energickým úsilím, ktoré nepochybne podnieti novú spoluprácu a nové pokroky.

Vyhlásenie o konflikte záujmov

Autor nedeklaroval žiadne potenciálne konflikty záujmov týkajúce sa výskumu, autorstva a/alebo publikovania tohto článku.

Financovanie

Autor(i) zverejnil(i) príjem nasledujúcej finančnej podpory na výskum, autorstvo a/alebo publikáciu tohto článku: Táto práca bola podporená intramurálnym grantom NIH č. ZIAHD000713.

Referencie

1.Barak O, Tsodyks M, Romo R. 2010. Kódovanie neurónovej populácie parametrickej pracovnej pamäte. J Neurosci 30:9424-30.

2. Barbosa J, Lozano-Soldevilla D, Compte, A. 2021. Pinging mozgu vizuálnymi impulzmi odhaľuje elektricky aktívne, nie činnosť-tiché, pracovné spomienky. PLoS Biol 19(10):e3001436.

3. Butters N, Pandya D. 1969. Zachovanie efektu oneskoreného striedania selektívnych lézií sulcus principalis. Science165:1271–3.

4.Courtney SM, Ungerleider LG, Keil K, Haxby JV. 1997. Prechodná a trvalá aktivita v distribuovanom neurónovom systéme pre pracovnú pamäť. Nature 386:608–11.

5. Foster JJ, Sutterer DW, Serences JT, Vogel EK, Awh E. 2016. Topografia aktivity v alfa pásme sleduje obsah priestorovej pracovnej pamäte. J Neurophysiol 115(1):168-77.

6.Fuster JM, Alexander GE. 1971. Neurónová aktivita súvisiaca s krátkodobou pamäťou. Science 173:652–4.

7. Goldman-Rakic ​​PS. 1995. Bunkový základ pre pracovnú pamäť.Neuron 14:447–85.

8. Lewis-Peacock JA, Drysdale AT, Oberauer K, Postle BR. 2012. Nervové dôkazy pre rozlíšenie medzi krátkodobou pamäťou a zameraním pozornosti. J Cogn Neurosci 24:61–79.

9. Lipa DEJ. 2007. Siete pracovnej pamäte ľudského mozgu. Neurovedec 13 (3): 257–67.

10.Mongillo G, Barak O, Tsodyks M. 2008. Synaptická teória pracovnej pamäte. Science 319:1543–6.

For more information:1950477648nn@gmail.com