Del 3: Miljödeformationer förskjuter dynamiskt mänskligt rumsminne
Mar 22, 2022
Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-post:audrey.hu@wecistanche.com
4|METODER
4.1|Deltagarna
49 deltagare gav skriftligt samtycke och fick betalt för deltagande i experiment 1, 53 för experiment 2 och 48 för experiment 3. En deltagare från experiment 1 och fyra deltagare från experiment 2 exkluderades för att ha presterat sämre än slumpen i slutet av sista bekanta blocket. Ytterligare en deltagare uteslöts från experiment 2 som en extremvärde (skiftpoäng > 3 över medelvärdet, i den förväntade riktningen), vilket lämnade ett slutligt antal av 48 deltagare i experiment 1 (31 kvinnor, medelålder 23,5, åldersintervall 18–44) , 48 i experiment 2 (30 kvinnor, medelålder 22,4, åldersintervall 18–33) och 48 i experiment 3 (38 kvinnor, medelålder 22,9, åldersintervall 18–44), med 24 deltagare i varje experimentellt tillstånd. Provstorleken valdes innan alla experiment genomfördes för att vara dubbelt så många deltagare i tidigare experiment som studerade liknande effekter (Chen et al., 2015). Alla deltagare lämnade informerat samtycke i enlighet med Institutional Review Board vid University of Pennsylvania.
Cistanche kan förbättra minnet
4.2|Experimentella protokoll
4.2.1|Experiment 1: Virtuell datormiljö med fullständig visuell information tillgänglig – Vi använde Source SDK Hammer Editor (http://www.valvesoftware.com, Valve Software, Bellevue, WA) för att konstruera virtuella verklighetsmiljöer som renderades och visades från första- personperspektiv med hjälp av den kommersiella spelmjukvaran Portal (http://www.valvesoftware.com, Valve Software, Bellevue, WA). Miljön visades på en 27-in. LG-skärm (upplösning: 1920 × 1080) och deltagarna satt ungefär 50 cm från skärmen. Deltagarna lärde sig placeringen av målobjekt i en virtuell miljö, med hjälp av inlärningsproceduren som beskrivs i huvudtexten och illustreras i figur 2. Deltagarna rörde sig genom miljön genom att använda sin högra hand för att använda piltangenterna för att flytta framåt eller bakåt och svänga till vänster eller höger. Under ersättningsfasen navigerade deltagarna till sin minnesplats och tryckte på "r"-tangenten med vänster hand för att registrera sitt svar. Virtuell kurs och plats registrerades var 100:e ms.
Den välbekanta miljön var en fyrkantig virtuell arena, utan tak. Varje gränsvägg var 116 virtuella enheter (vu) i längd × 5,6 vu på höjden i förhållande till en simulerad ögonhöjd på 4 vu. En virtuell enhet motsvarar 0.3048 verkliga meter (1 fot). De fyra målobjekten var en kylare, en lampa, en oljefat och en kaka. I början av varje block samlade deltagarna varje målobjekt i pseudo-slumpmässig ordning två gånger utan några blandade ersättningsförsök. De utförde sedan 16 ersättningsförsök (4 för varje objekt, i pseudo-slumpmässig ordning), som var och en omedelbart följdes av en insamlingsförsök för samma objekt för att ge feedback. Instruktionerna för varje försök (antingen "Samla" eller "Ersätt", följt av målobjektets namn) visades i mitten av skärmen under hela försöket. Under varje "samla"-försök fanns endast föremålet som skulle hämtas i rummet. Under "ersätt"-försök fanns inga föremål närvarande. Samma textur applicerades på alla väggar. Distala signaler, i form av solen, himlen och en bergskedja, omgav arenan (Figur S1). Dessa distala ledtrådar återgavs i oändlighet, vilket gav orienteringsinformation men inga ledtrådar till platsen.
Deltagarna genomförde två block, ett välbekant block följt av ett deformationsblock. Endast ersättningsförsök skilde sig åt mellan blocken. Miljön som användes för att ersätta försök i deformationsblocket sträcktes antingen 50 procent tillsammans med en dimension i förhållande till den välbekanta kvadratiska miljön (bredd 174 vu × längd 116 vu) eller komprimerad 50 procent (bredd 58 vu × längd 116 vu). För att skapa dessa deformerade miljöer omskalades inte golv-, vägg- och takstrukturerna, utan de trunkerades istället (under kompressioner) eller fortsatte att kakla det nya utrymmet (under sträckningar). Tio deltagare märkte en skillnad mellan den ursprungliga och den deformerade miljön.
förbättra minnetcistanche produkter
4.2.2|Experiment 2: Desktop virtuell miljö med visuell information
döljs under ersättning av försök — Designen och procedurerna liknade den i Experiment 1, förutom vad som beskrivs nedan.
Den välbekanta miljön var ett fyrkantigt virtuellt rum. Varje vägg var strukturerad med en unik tapet för att ge orienterande ledtrådar. Golvet strukturerades också upprepade gånger för att ge information om optiskt flöde, men golvstrukturen gav inga ledtrådar till en plats inne i miljön. Varje gränsvägg var 116 virtuella enheter (vu) lång och 19 vu hög i förhållande till en simulerad ögonhöjd på 4 vu. Miljön var helt innesluten av väggar och tak (Figur S1).
Deltagarna genomförde tre block. I det första blocket var miljön fyrkantig och visuella signaler var alltid synliga. I det andra blocket var miljön också en fyrkant, och visuella signaler under ersättningsförsök (men inte samlade försök) maskerades av en tät dimma när deltagaren reste minst 3,1 vu från sin startplats. Dimman är helt mättad vid 12,5 Vu, vilket blockerar alla visuella signaler bortom denna radie. Alla föremål var belägna minst 30 vu från alla gränser. I det tredje blocket (deformationsblocket) maskerades visuella signaler också av tät dimma vid rörelse från utgångsläget och det välbekanta rummet ersattes av ett rektangulärt rum som antingen sträcktes 50 procent från den ursprungliga kvadraten längs en axel (bredd 174 Vu) × längd 116 VU) eller komprimerad 50 procent (bredd 58 vu × längd 116 vu). För att skapa dessa deformerade miljöer omskalades inte golv-, vägg- och takstrukturerna, utan de trunkerades istället (för kompressioner) eller fortsatte att kakla det nya utrymmet (för sträckningar). Elva deltagare märkte en skillnad mellan den ursprungliga och den deformerade miljön.
4.2.3|Experiment 3: Uppslukande virtuell miljö med fullständig visuell och vestibulär information tillgänglig – Designen och procedurerna för experiment 3 liknade de för experiment 1, förutom vad som beskrivs här. Vi använde Unity-spelmotorversion 5.6 (https://unity3d.com, Unity Technologies, San Francisco, CA) för att konstruera och återge uppslukande virtuella verklighetsrum via den stereoskopiska HTC Vive huvudmonterade display och positionsspårare (upplösning på 1 080 × 1 200) per öga; https://www.vive.com/, HTC med teknologi från Valve Corporation, New Taipei City, Taiwan). Svar under ersättningsfasen samlades in genom att deltagarna tryckte på "trigger"-tangenten på en trådlös HTC Vive-kontroller med sin dominerande hand. Deltagarna kunde fritt röra sina huvuden och gå runt i miljön. Deras kurs och plats registrerades var 100:e ms. Inga deltagare klagade på åksjuka under eller efter experimentet.
Den välbekanta miljön var ett kvadratiskt virtuellt rum, som mätte 2,4 m i längd × 2,4 m i bredd × 2,5 m i höjd. Positionerna för 2 (nord-sydliga) virtuella väggar matchade 2 av de fysiska spårningsrumsväggarna, de återstående 2 (öst-västliga) oöverträffade virtuella väggarna förflyttades under deformationer. Alla väggar var texturerade i en kolgrå. Golvet och taket hade en ljusare grå struktur. En ljusgrå golv-till-tak 0,1 m bred × 0,1 m lång kolumn var inbäddad i varje hörn för att avskräcka deltagarna från att kontakta spårningsutrustningen (Figur S1).
Deltagarna genomförde två block, ett välbekant block följt av ett deformationsblock. Endast ersättningsförsök skilde sig åt mellan blocken. Miljön som användes vid ersättningsförsök av deformationsblocket sträcktes antingen ut längs en dimension (öst-väst) genom att förskjuta en eller båda oöverträffade väggarna och deras angränsande pelare (bredd 2,8 m × längd 2,4 m) eller komprimerad längs denna dimension (bredd 2. 0 m × längd 2,4 m). Mellan blocken gjordes displayen helt svart i 5 s med instruktionerna "vänta på nästa försök" visade i mitten nedre i synfältet.
Eftersom deltagarna inte längre kunde teleporteras mellan försöken, instruerades de att röra sig före varje försök till ansiktet och nästan röra mitten av en av de fyra väggarna, vilket indikeras av en svävande svart pil. För att säkerställa att deltagaren inte såg några väggar röra sig under deformationsförsök, var den förskjutna väggen beroende av utgångsläget för det försöket. Om försöket startade från den östra väggen, förflyttades den västra väggen med {{0}},4 m. Om försöket startade från den västra väggen, förflyttades den östra väggen med 0,4 m. Om försöket startade från antingen den norra eller södra väggen, så förskjuts både den östra och västra väggen med 0,2 m vardera. Från alla startpositioner var den momentana förskjutningen av väggar inte synlig. Ingen deltagare lade märke till manipulationen.
Den kompletta uppsättningen av målobjekt var en röd sfär, en blå kub, en grön cylinder och en lila kapsel. Objektplatserna var alla inom 0,4 m från mitten av den välbekanta miljön. Alla föremål presenterades på samma grå 1,5 m höga piedestal för att höja dem till ungefär ögonhöjd (Figur S1). Målobjekten för varje försök valdes ut i pseudo-slumpmässig ordning. Instruktionerna (antingen "Samla in" eller "Ersätt" följt av målobjektets namn i text som matchar målobjektets färg, eller "Gå till pil" för att påbörja nästa försök) visades längst ned i mitten av det visuella fältet för alla försök.
cistanche fördel: förbättra minnet
4.3|Analys
All inspelad data importerades till MATLAB (MathWorks) och analyserades med hjälp av specialskrivna skript.
4.3.1|Objekt ersätt platsanalys—Som beskrivs i huvudtexten och figuren
3, för att testa om de ersatta platserna för objekt berodde på startgränsen, justerade vi först alla fyra objekten genom att subtrahera deras median ersatta platser. Därefter beräknade vi för varje axel (nord-sydlig och öst-västlig) förskjutningen längs den axeln mellan medianersättningsplatserna när vi startar från en gräns (nord eller öst) minus den motsatta gränsen (syd eller väst). Slutligen beräknade vi skillnaden i skift mätt längs de deformerade och odeformerade dimensionerna som det sista måttet av intresse. Medianer valdes som mått på central tendens att mildra effekten av extremvärden på ersatta platser.
4.3.2|Statistik – Alla statistiska tester var tvåsidiga (om inget annat anges)
icke-parametriska tester med det specifika testet noterat tillsammans med varje resultat. Med tanke på den typiskt långsvansade fördelningen av skiftdata valdes icke-parametriska tester eftersom dessa tester inte antar en speciell form av de testade fördelningarna. W-statistik rapporterades för alla Wilcoxons tester med signerad rang och rangsumma. Alla box-and-whisker-plots indikerar minimum till maximum (whisker), första till tredje kvartilintervallet (box) och medianen (linjen) för fördelningen.
cistanche fördel: förbättra minnet
Extramaterial
Se webbversionen på PubMed Central för kompletterande material.
TACK
Vi tackar tacksamt för stöd från NSF-anslag PHY-1734030 (VB), NIH-anslag EY022350 och EY027047 (RAE) och NSF IGERT-anslag 0966142 (ATK). VB fick också delvis stöd av Honda Research Institute Curious-Minded Machines-programmet och Aspen Center for Physics (Aspen, Colorado; NSF-anslag PHY-1607611) under denna tid.
Finansieringsinformation
Honda Research Institute Nyfikna maskiner; National Institutes of Health, Grant/Award Numbers:EY022350, EY027047; National Science Foundation, anslag/utmärkelsenummer: IGERT 0966142, PHY-1607611, PHY-1734030
DATA TILLGÄNGLIGHET
Data och anpassade MATLAB-skript som implementerar alla analyser är offentligt tillgängliga på https://github.com/akeinath/HumanMinne_Miljödeformationer.
cistanche förmån
REFERENSER
Barry C, Hayman R, Burgess N, & Jeffery KJ (2007). Erfarenhetsberoende omskalning av entorhinala rutnät. Nature Neuroscience, 10, 682–684. 10.1038/nn1905 [PubMed: 17486102]
Bellmund JLS, de Cothi W, Ruiter TA, Nau M, Barry C och Doeller CF (2020). Att deformera metriken för kognitiva kartor förvränger minnet. Nature Human Behaviour, 4, 177–188. 10,1038/s41562-019-0767-3
Burak Y och Fiete IR (2009). Exakt vägintegration i kontinuerliga attraherande nätverksmodeller av rutnätsceller. PLoS Computational Biology, 5, e1000291. 10.1371/journal.pcbi.1000291 [PubMed: 19229307]
Bush D, Barry C, Manson D och Burgess N (2015). Använda rutnätsceller för navigering. Neuron, 87, 507–520. 10.1016/j.neuron.2015.07.006 [PubMed: 26247860]
Bush D och Burgess N (2014). En hybrid oscillerande interferens/kontinuerlig attraherande nätverksmodell av rutnätscellsavfyrning. The Journal of Neuroscience, 34, 5065–5079. 10.1523/JNEUROSCI.4017-13.2014 [PubMed: 24695724]
Chen G, Lu Y, King JA, Cacucci F och Burgess N (2019). Olika influenser av miljö och självrörelse på plats och rutnätscellseldning. Nature Communications, 10, 630. 10.1038/s41467-019-08550-1
Chen X, He Q, Kelly JW, Fiete IR och McNamara TP (2015). Bias i mänsklig väg integration är
förutsägs av egenskaper hos rutnätsceller. Current Biology, 25, 1771–1776. 10.1016/j.cub.2015.05.031 [PubMed: 26073138]
Cheng K, Shettleworth SJ, Huttenlocher J, & Rieser JJ (2007). Bayesiansk integration av rumslig information. Psychological Bulletin, 133, 625–637. 10.1037/0033-2909.133.4.625 [PubMed: 17592958]
Cheung A, Ball D, Milford M, Wyeth G, & Wiles J (2012). Att upprätthålla en kognitiv karta i mörker: behovet av att förena gränskunskap med vägintegration. PLoS Computational Biology, 8, e1002651. 10.1371/journal.pcbi.1002651 [PubMed: 22916006]
Deshmukh SS, & Knierim JJ (2011). Representation av icke-spatial och rumslig information i den laterala entorhinala cortex. Frontiers in Behavioral Neuroscience, 5, 69. 10.3389/fnbeh.2011.00069 [PubMed: 22065409]
Deshmukh SS, & Knierim JJ (2013). Lokala objekts inflytande på hippocampala representationer: Landmärksvektorer och minne. Hippocampus, 23, 253–267. 10.1002/hipo.22101 [PubMed: 23447419]
Doeller CF, Barry C och Burgess N (2010). Bevis för rutnätsceller i ett mänskligt minnesnätverk. Nature, 463, 657–661. 10.1038/nature08704 [PubMed: 20090680]
Doeller CF och Burgess N (2008). Distinkt felkorrigering och tillfällig inlärning av plats i förhållande till landmärken och gränser. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105, 5909–5914. 10.1073/pnas.0711433105 [PubMed: 18413609]
Doeller CF, King JA, & Burgess N (2008). Parallella striatala och hippocampala system för landmärken och gränser i det rumsliga minnet. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105, 5915–5920. 10.1073/pnas.0801489105 [PubMed: 18408152]
Dordek Y, Soudry D, Meir R, & Derdikman D (2016). Extrahera rutnätscellsegenskaper från platscellsindata med hjälp av icke-negativ huvudkomponentanalys. eLife, 5, e10094. 10.7554/ eLife.10094 [PubMed: 26952211]
Ekström AD, Harootonian SK, & Huffman DJ (2020). Rutnätskodning, rumslig representation och navigering: Ska vi anta en isomorfism? Hippocampus, 30, 422–432. 10.1002/hipo.23175 [PubMed: 31742364]
Epstein RA, Patai EZ, Julian JB, & Spires HJ (2017). Den kognitiva kartan hos människor: Spatial navigation och bortom. Nature Neuroscience, 20, 1504–1513. 10.1038/nn.4656 [PubMed: 29073650]
Etienne AS, Boulens V, Maurer R, Rowe T, & Siegrist C (2000). En kort översikt över kända landmärken omorienterar vägintegration hos hamstrar. Naturwissenschaften, 87, 494–498. 10.1007/ s001140050766 [PubMed: 11151669]
Etienne AS, & Jeffery KJ (2004). Vägintegration hos däggdjur. Hippocampus, 14, 180–192. 10.1002/ hipo.10173 [PubMed: 15098724]
Fiete IR, Burak Y, & Brookings T (2008). Vad rutnätsceller förmedlar om råttlokalisering. The Journal of Neuroscience, 28, 6858–6871. 10.1523/JNEUROSCI.5684-07.2008 [PubMed: 18596161]
Gallistel CR (1990). Organisationen av lärande. Cambridge, MA: Bradform Books/MIT Press. Hafting T, Fyhn M, Molden S, Moser MB, & Moser EI (2005). Mikrostruktur av en rumslig karta i entorhinal cortex. Nature, 436, 801–806. 10.1038/nature03721 [PubMed: 15965463] Hardcastle K, Ganguli S, & Giocomo LM (2015). Miljögränser som felkorrigering
mekanism för rutnätsceller. Neuron, 86, 827–839. 10.1016/j.neuron.2015.03.039 [PubMed: 25892299] Hartley T, Trinkler I, & Burgess N (2004). Geometriska bestämningsfaktorer för mänskligt rumsminne.
Cognition, 94, 39–75. 10.1016/j.cognition.2003.12.001 [PubMed: 15302327]
