The Enigma of Working Memory: Changing Views Del 2

Avslöjar dolda neurala nätverk i arbetsminnet

Det är mycket mer utmanande att undersöka hypotesen att dynamiskt kopplade, elektriskt tysta neurala nätverk ligger till grund för arbetsminnet, eftersom fysiologiska tekniker, såsom EEG, fMRI och elektrofysiologi, övervakar neuronaktivitet. Med utgångspunkt i TMS-studierna av Rose och andra (2016), utarbetade Wolff och andra (2017) ett unikt tillvägagångssätt för att testa förekomsten av ett elektriskt tysta neurala nätverk som upprätthåller obevakat arbetsminne (Fig. 1A).

Under senare år har ett ökande antal studier visat att det finns ett nära samband mellan dynamisk koppling och minne. Dynamisk koppling avser koordinationen och synkroniseringen mellan olika områden i den mänskliga hjärnan, medan minne är den mänskliga hjärnans förmåga att lagra, bearbeta och återkalla information.

Forskning har funnit att dynamisk koppling kan främja informationsöverföring och integration mellan neuroner i den mänskliga hjärnan, vilket förbättrar mänsklig kognition och exekutiva funktioner. Samtidigt bidrar god dynamisk koppling också till att främja människors inlärnings- och minnesförmåga. Till exempel, när en person lär sig ny kunskap kommer koordinationen och synkroniseringen mellan olika områden gradvis att stärkas, vilket kommer att främja lagring och bearbetning av ny kunskap och underlätta konsolidering och förbättring av minnet.

Utöver detta har forskning funnit att olika typer av minne är associerade med olika dynamiska kopplingar. Till exempel är korttidsminnet nära relaterat till graden av dynamisk koppling mellan vissa områden i hjärnan; Långtidsminnet involverar ett bredare spektrum av områden i hjärnan och den dynamiska kopplingen mellan dem. Att upprätthålla en god dynamisk koppling kommer därför att bidra till att förbättra människors olika typer av minnesförmåga.

Sammantaget finns det en positiv koppling mellan dynamisk koppling och minne. Genom att stärka dynamisk koppling kan människor förbättra kognitiva och exekutiva funktioner och främja inlärnings- och minnesförmåga. Därför bör vi aktivt utforska och upprätthålla god dynamisk koppling för att förbättra vårt minne och inlärningsförmåga och förbättra vår livskvalitet. Det kan ses att vi behöver förbättra minnet, och Cistanche deserticola kan förbättra minnet avsevärt eftersom Cistanche deserticola är ett traditionellt kinesiskt läkemedelsmaterial som har många unika effekter, varav en är att förbättra minnet. Effekten av malet kött kommer från de olika aktiva ingredienserna det innehåller, inklusive syra, polysackarider, flavonoider, etc. Dessa ingredienser kan främja hjärnans hälsa på olika sätt.

Klicka på Vet korttidsminne hur du kan förbättra

Utredarna resonerade att om ett elektriskt tyst neuralt nätverk hade bildats och bibehölls under arbetsminnets varaktighet, så borde svaret från nätverket på systemnivå skilja sig från svaret om detta tysta nätverk inte hade bildats.

Istället för att applicera en TMS-puls gav forskarna en icke-relaterad visuell stimulans (målformade cirklar) för att återaktivera neurala nätverk relaterade till den visuella arbetsminnesuppgiften. Om synaptisk plasticitet hade drivit dynamiska förändringar i anslutningsmöjligheter i arbetsminnesuppgiften, skulle undersökning av dessa nätverk med en annan stimulans ge ett annat neuralt svar än om nätverket inte hade förändrats.

Författarna hänvisar till detta som att "pinga" de neurala nätverken för att bedöma deras respons. Dessutom kan den ospecifika visuella stimulansen i teorin återaktivera aktiviteten i de synaptiskt kopplade tysta neurala nätverken som kodar minnet, liknande TMS. Detta skulle framstå som en reaktivering av EEG-svar som framkallas när objektet återkallas från minnet.

Som förberedelse för studierna med att använda den orelaterade målformade bilden för att "pinga" de neurala nätverken, tittade deltagarna på en skärm som visade två objekt intill varandra, och de instruerades att komma ihåg båda objekten. Efter en kort fördröjning pekade en pil åt vänster eller höger för att tipsa observatören om vilket föremål som ska komma ihåg för ett efterföljande test.

Detta objekt skulle då behållas oövervakat arbetsminne, medan det andra objektet skulle glömmas bort eller behållas i oövervakat (ickemedvetet) minne. Objekten att komma ihåg var två randfyllda cirklar som roterades så att ränderna på var och en hade olika orienteringar. Efter en fördröjning visades en randig cirkel och deltagarna var tvungna att indikera om det "sond"-objektet hade roterats medurs eller moturs från den randiga cirkeln som de hade i minnet.

Resultaten visade ökad aktivitet i alfabandet vid lämpliga elektrodinspelningsplatser för objekt i visuellt arbetsminne motsvarade hur mycket sondobjektet skiljde sig i rotation från objektet i minnet. Om objektets orientering i arbetsminnet hade glömts bort, skulle detta urskiljande EEG-svar inte ha dykt upp, och noggrannheten i försökspersonernas rapporterade svar skulle ha fallit till slumpen.

För det andra skulle EEG-svaret som indikerar graden av rotation av sondbilden i förhållande till bilden i minnet minska med tiden, eftersom arbetsminnet bara bibehålls under några sekunder. Resultaten visade att denna EEG-aktivitet ökade efter pilsignalen och bibehölls tills bilden presenterades för att testa återkallelse, men aktiviteten återgick långsamt till baslinjen med tiden för objektet i obevakat minne (Fig. 1B). Detta stöder hypotesen att det finns olika mekanismer som upprätthåller obevakade och bevakade arbetsminnen, med ihållande neural aktivitet associerad med bevakade men inte obevakade minnen.

Forskarna använde sedan en tredje icke-relaterad visuell stimulans för att pinga systemet för förändringar i neurala nätverksfunktioner drivna av synaptisk plasticitet som teoretiskt registrerar arbetsminnet. Den orelaterade stimulansen ökade neural aktivitet för objektet i bevakat minne, men inte objektet som hölls i obevakat minne (Fig. 1C). Författarna drog slutsatsen att i motsats till bevakade arbetsminnen, lagras obevakade arbetsminnen av synaptisk plasticitet som bildar dynamiskt kopplade, butelektriskt tysta neurala nätverk, utan krav på pågående ökningar i neural aktivitet.

Granska uppgifterna på nytt

En nyligen genomförd studie granskade de ursprungliga uppgifterna av Wolff andothers (2017) och fann att det neurala svaret på objektet i obevakat minne bibehölls under hela varaktigheten innan återkallelsen när data analyserades annorlunda. Istället för att övervaka EEG-spänningen analyserade Barbosaand others (2021) kraften i alfabandEEG-aktiviteten. Den ökade kraften hos EEG-aktivitet som var indikativ för både föremålen i bevakat och oövervakat arbetsminne bibehölls under hela tiden före återkallelsen (Fig. 1D).

Svaren i termer av alfakraft förstärktes av den orelaterade visuella stimulansen som "pingade" systemet, men det faktum att ett aktivt svar var uppenbart för både besökta och obevakade minnen gör något omtumlande effekterna av att framkalla aktiva svar på visuell ping som en metod för att avslöja dolda tillstånd som lagrar minne. Dessutom kan visuell pingning aktivera aktivitet i neurala nätverk som upprätthålls av aktionspotentialavfyrning såväl som för förmodade elektriskt tysta nätverk, så den visuella pingningstekniken kan inte tydligt skilja mellan dessa två mekanismer för informationslagring.

Barbosa och andra (2021) resonerar att spänningsmätningar är föremål för större varians på grund av baslinjedrift och variation i impedansen hos skalpelektroder, medan frekvensen och kraften hos oscillationer är mer robusta för sådana tekniska svårigheter. Således upptäcktes inte den pågående ökningen av neural aktivitet associerad med obevakat minne av Wolff och andra (2017) på grund av signal-till-brus-begränsningar. Dessutom visade deras analys att kraften i den statistiska analysen av originaldata var svag och att en större provstorlek sannolikt skulle ha upptäckt ökad ihållande aktivitet under fördröjningsperioden för objekt utan tillsyn av minne.

En närmare analys visade också stor variation i svaren från individ till individ, och att i många fall var ihållande ökningar av EEG-spänning uppenbara tillsammans med obevakat minne, men i andra försökspersoner var detta inte uppenbart. Den ökade variansen skulle ha underminerat ansträngningarna att identifiera en ihållande ökning av elektrisk aktivitet som upprätthåller obevakat minne.

Slutsatser

En omanalys av originaldata kullkastar slutsatserna från den inflytelserika studien av Wolff och andra (2017) som misslyckades med att hitta en signatur för arbetsminnet i termer av förhöjd ihållande EEG-aktivitet, men den ogiltigförklarar inte experimenten eller ger bevis för att synaptisk plasticitet gör det. inte bildar dynamiska ensembler av neurala nätverk som ligger bakom arbetsminnet. Reanalysen visar sanningen att "frånvaron av bevis inte är bevis på frånvaro." De ursprungliga experimenten och data är giltiga, men slutsatserna ändras när de analyseras annorlunda.

Viktigt är att dessa två artiklar visar kraften i samarbete inom vetenskaplig forskning, eftersom Wolff och kollegor gav sina rådata till Barbosa och kollegor för omanalys och de är tacksamma för deras hjälpsamma diskussioner. Båda grupperna inser att det är mycket svårare att få experimentbevis till stöd för den synaptiska plasticitetsmekanismen för arbetsminnet eftersom det per definition är elektriskt tyst.

Detta är särskilt fallet om sådana tysta mekanismer fungerar tillsammans med aktiva mekanismer som förvirrar deras upptäckt. Således är axiomet angående "frånvaron av bevis ...." hänför sig ännu mer till att avfärda hypotesen om det tysta neurala nätverket baserat på den nuvarande bristen på bevis.

Faktum är att dessa två mekanismer kan fungera tillsammans.Studier av Trübutschek och andra (2017) visar att deltagarna kan återkalla information som de inte är medvetna om även om det inte finns någon aktiv neuralrespons som upptäcks av EEG som upprätthålls under fördröjningsperioden innan teståterkallelsen. De föreslår att, efter en övergående kodningsfas via aktiv neuronalfiring, kan omedvetna stimuli upprätthållas av aktiva kortsiktiga förändringar i synaptiska vikter utan någon detekterbar neural aktivitet, vilket tillåter återhämtning i flera sekunder.

Hur man avslöjar existensen av en möjlig elektriskt tyst neural process förblir en gåta, men att hitta sätt att utforska möjliga förändringar i synaptiska anslutningar som kan leda till arbetsminnet kommer att förbli en kraftfull strävan, vilket utan tvekan kommer att utlösa nya samarbeten och nya framsteg.

Förklaring om motstridiga intressen

Författaren förklarade inga potentiella intressekonflikter angående forskning, författarskap och/eller publicering av denna artikel.

Finansiering

Författaren/författarna avslöjade mottagandet av följande ekonomiska stöd för forskning, författarskap och/eller publicering av denna artikel: Detta arbete stöddes av NIH intramuralt anslag nr.ZIAHD000713.

Referenser

1. Barak O, Tsodyks M, Romo R. 2010. Neuronal populationskodning av parametriskt arbetsminne. J Neurosci 30:9424-30.

2. Barbosa J, Lozano-Soldevilla D, Compte, A. 2021. Att pinga hjärnan med synimpulser avslöjar elektriskt aktiva, inte aktivitets-tysta, arbetsminnen. PLoS Biol 19(10):e3001436.

3. Butters N, Pandya D. 1969. Retention av den fördröjda växlingseffekten av selektiva lesioner av sulcus principalis. Science165:1271–3.

4.Courtney SM, Ungerleider LG, Keil K, Haxby JV. 1997. Övergående och ihållande aktivitet i ett distribuerat neuralsystem för arbetsminne. Naturen 386:608–11.

5. Foster JJ, Sutterer DW, Serences JT, Vogel EK, Awh E. 2016. Topografin för alfabandsaktivitet spårar innehållet i det rumsliga arbetsminnet. J Neurophysiol 115(1):168-77.

6. Fuster JM, Alexander GE. 1971. Neuronaktivitet relaterad till korttidsminne. Science 173:652–4.

7. Goldman-Rakic ​​PS. 1995. Cellulär grund för arbetsminne.Neuron 14:447–85.

8. Lewis-Peacock JA, Drysdale AT, Oberauer K, Postle BR. 2012. Neural bevis för en distinktion mellan korttidsminne och fokus för uppmärksamhet. J Cogn Neurosci 24:61–79.

9. Linden DEJ. 2007. Den mänskliga hjärnans arbetsminnesnätverk. Neuroscientist 13(3):257–67.

10.Mongillo G, Barak O, Tsodyks M. 2008. Synaptisk teori om arbetsminne. Science 319:1543–6.

For more information:1950477648nn@gmail.com