Загадка рабочей памяти: изменение взглядов, часть 2

Выявление скрытых нейронных сетей в рабочей памяти

Гораздо сложнее исследовать гипотезу о том, что динамически связанные, электрически молчащие нейронные сети лежат в основе рабочей памяти, поскольку физиологические методы, такие как ЭЭГ, фМРТ и электрофизиология, контролируют активность нейронов. Основываясь на исследованиях ТМС, проведенных Роузом и другими (2016), Вольф и другие (2017) разработали уникальный подход для проверки наличия электрически бесшумной нейронной сети, поддерживающей необслуживаемую рабочую память (рис. 1А).

В последние годы все больше исследований показывают, что существует тесная связь между динамической связью и памятью. Динамическая связь относится к координации и синхронизации между различными областями человеческого мозга, а память — это способность человеческого мозга хранить, обрабатывать и вызывать информацию.

Исследования показали, что динамическое соединение может способствовать передаче информации и интеграции между нейронами человеческого мозга, улучшая когнитивные и исполнительные функции человека. В то же время хорошая динамическая связь также помогает улучшить способности людей к обучению и памяти. Например, когда человек усваивает новые знания, постепенно усиливается координация и синхронизация между различными областями, что будет способствовать хранению и обработке новых знаний, а также способствовать закреплению и улучшению памяти.

Помимо этого, исследования показали, что разные типы памяти связаны с разными динамическими связями. Например, кратковременная память тесно связана со степенью динамической связи между определенными областями мозга; долговременная память задействует более широкий спектр областей мозга и динамическую связь между ними. Таким образом, поддержание хорошей динамической связи будет способствовать улучшению различных типов памяти у людей.

В совокупности существует положительная связь между динамической связью и памятью. Усиливая динамическую связь, люди могут улучшить когнитивные и исполнительные функции, а также улучшить способности к обучению и памяти. Поэтому мы должны активно исследовать и поддерживать хорошую динамическую связь, чтобы улучшить нашу память и способности к обучению, а также улучшить качество нашей жизни. Видно, что нам необходимо улучшить память, а цистанхе пустынный может значительно улучшить память, потому что цистанхе пустынный — это традиционное китайское лекарственное средство, обладающее множеством уникальных эффектов, одним из которых является улучшение памяти. Эффективность мясного фарша обусловлена ​​различными содержащимися в нем активными ингредиентами, включая кислоты, полисахариды, флавоноиды и т. д. Эти ингредиенты могут способствовать здоровью мозга различными способами.

Нажмите «Знай кратковременную память», как ее улучшить.

Исследователи пришли к выводу, что если бы электрически молчащая нейронная сеть сформировалась и сохранялась на протяжении всей рабочей памяти, то реакция сети на системном уровне должна была бы отличаться от реакции, если бы эта молчащая сеть не сформировалась.

Вместо того, чтобы применять ТМС-импульс, исследователи предоставили несвязанный зрительный стимул (круги в форме мишени), чтобы активировать нейронные сети, связанные с задачей визуальной рабочей памяти. Если бы синаптическая пластичность привела к динамическим изменениям в связях при выполнении задачи рабочей памяти, то исследование этих сетей другим стимулом должно было бы привести к иному нейронному ответу, чем если бы сеть не была изменена.

Авторы называют это «проверкой» нейронных сетей для оценки их реакции. Более того, неспецифический зрительный стимул теоретически может реактивировать активность в синаптически связанных «тихих» нейронных сетях, кодирующих память, подобно ТМС. Это может выглядеть как реактивация ЭЭГ-ответов, которые возникают при вызове объекта из памяти.

Готовясь к исследованиям с использованием несвязанного изображения в форме мишени для «пингования» нейронных сетей, участники просматривали экран, на котором отображались два объекта, расположенных рядом друг с другом, и им было поручено запомнить оба объекта. После небольшой задержки стрелка указывала влево или вправо. чтобы подсказать наблюдателю, какой объект следует запомнить для последующего теста.

Тогда этот объект будет сохраняться в рабочей памяти, в то время как другой объект будет забыт или сохранен в неконтролируемой (бессознательной) памяти. Объектами, которые нужно было запомнить, были два круга с полосками, которые были повернуты так, что полоски на каждом из них имели разную ориентацию. После задержки отображался полосатый круг, и участники должны были указать, был ли этот «зондовый» объект повернут по часовой стрелке или против часовой стрелки относительно полосатого круга, который они хранили в рабочей памяти.

Результаты показали, что повышенная активность в альфа-диапазоне в соответствующих участках записи электродов для объектов в зрительной рабочей памяти соответствовала тому, насколько объект-зонд отличался по вращению от объекта в памяти. Если бы ориентация объекта в рабочей памяти была забыта, этот различающий ответ ЭЭГ не появился бы, и точность сообщаемых ответов испытуемых упала бы до случайности.

Во-вторых, реакция ЭЭГ, указывающая на степень поворота изображения зонда относительно изображения в памяти, будет снижаться со временем, поскольку рабочая память сохраняется всего в течение нескольких секунд. Результаты показали, что эта активность ЭЭГ увеличивалась после указания стрелки и сохранялась до тех пор, пока изображение не было представлено для тестового воспроизведения, но со временем активность медленно возвращалась к исходному уровню для объекта в неконтролируемой памяти (рис. 1B). Это подтверждает гипотезу о том, что существуют разные механизмы, поддерживающие необслуживаемые и посещаемые рабочие воспоминания, причем постоянная нейронная активность связана с посещаемыми, но не с необслуживаемыми воспоминаниями.

Затем исследователи использовали третий несвязанный визуальный стимул, чтобы проверить систему на предмет изменений в работе нейронной сети, вызванных синаптической пластичностью, которая теоретически записывает рабочую память. Несвязанный стимул повышал нервную активность объекта в контролируемой памяти, но не объекта, находящегося в неконтролируемой памяти (рис. 1C). Авторы пришли к выводу, что в отличие от сопровождаемых рабочих воспоминаний, необслуживаемые рабочие воспоминания сохраняются за счет синаптической пластичности, образуя динамически связанные, но электрически молчащие нейронные сети, без необходимости постоянного увеличения нейронной активности.

Повторный анализ данных

Недавнее исследование перепроверило исходные данные Вольфа и других (2017) и обнаружило, что нейронная реакция на объект в автоматической памяти сохранялась в течение всего периода времени перед вызовом, когда данные анализировались по-разному. Вместо мониторинга напряжения ЭЭГ Барбоза и другие (2021) проанализировали мощность активности ЭЭГ альфа-диапазона. Повышенная мощность активности ЭЭГ, характерная как для объектов в сознательной, так и в неконтролируемой рабочей памяти, сохранялась на протяжении всего времени до воспоминания (рис. 1Г).

Реакции с точки зрения альфа-мощности были усилены несвязанным визуальным стимулом, «писающим» систему, но тот факт, что активная реакция была очевидна как для посещаемых, так и для необслуживаемых воспоминаний, делает несколько спорным эффект выявления активных ответов на зрительный сигнал как метод выявления скрытых состояния, хранящие память. Более того, визуальный сигнал может активизировать активность нейронных сетей, поддерживаемую срабатыванием потенциала действия, а также предполагаемых электрически тихих сетей, поэтому техника визуального опроса не может четко различить эти два механизма хранения информации.

Барбоза и другие (2021) полагают, что измерения напряжения подвержены большим отклонениям из-за дрейфа базовой линии и изменения импеданса скальповых электродов, тогда как частота и мощность колебаний более устойчивы к таким техническим трудностям. Таким образом, продолжающееся увеличение нейронной активности, связанное с автоматической памятью, не было обнаружено Вольфом и другими (2017) из-за ограничений соотношения сигнал-шум. Более того, их анализ показал, что эффективность статистического анализа исходных данных была слабой и что больший размер выборки, вероятно, позволил бы обнаружить повышенную устойчивую активность в течение периода задержки для объектов, находящихся в необслуживаемой памяти.

Более тщательный анализ также показал широкие различия в ответах от субъекта к субъекту, и что во многих случаях было очевидно устойчивое увеличение напряжения ЭЭГ, сопровождающее неконтролируемую память, но у других испытуемых это не было очевидно. Повышенная дисперсия подорвала бы усилия по выявлению постоянного увеличения электрической активности, поддерживающей неконтролируемую память.

Выводы

Повторный анализ исходных данных опровергает выводы влиятельного исследования Вольфа и других (2017), в котором не удалось обнаружить признаки рабочей памяти в виде повышенной устойчивой активности ЭЭГ, но это не лишает законной силы эксперименты и не предоставляет доказательств того, что синаптическая пластичность не образуют динамические ансамбли нейронных сетей, лежащие в основе рабочей памяти. Реанализ лишь демонстрирует истину о том, что «отсутствие доказательств не является доказательством отсутствия». Исходные эксперименты и данные верны, но выводы меняются, если их анализировать по-другому.

Важно отметить, что эти две статьи демонстрируют силу сотрудничества в научных исследованиях, поскольку Вольф и его коллеги предоставили свои необработанные данные Барбозе и коллегам для повторного анализа, и им выражается благодарность за полезные обсуждения. Обе группы признают, что гораздо труднее получить экспериментальные данные в поддержку механизма синаптической пластичности рабочей памяти, поскольку она по определению электрически бесшумна.

Это особенно верно, если такие бесшумные механизмы работают в тандеме с активными механизмами, затрудняющими их обнаружение. Таким образом, аксиома об «отсутствии доказательств...» в еще большей степени относится к отклонению гипотезы «тихой» нейронной сети, основанной на нынешнем отсутствии доказательств.

Действительно, эти два механизма могут работать вместе. Исследования Трюбутчека и других (2017) показывают, что участники могут вспомнить информацию, которую они не осознают сознательно, даже несмотря на то, что на ЭЭГ не обнаруживается активного нейронного ответа, который поддерживается в течение периода задержки перед проверкой воспоминания. Они предполагают, что после фазы временного кодирования посредством активной активации нейронов бессознательные стимулы могут поддерживаться за счет активных кратковременных изменений синаптических весов без какой-либо обнаруживаемой нейронной активности, что позволяет извлекать информацию в течение нескольких секунд.

Как обнаружить существование возможного электрически тихого нейронного процесса, остается загадкой, но поиск способов изучения возможных изменений в синаптических связях, которые могут сопровождать рабочую память, останется энергичным начинанием, которое, несомненно, приведет к новому сотрудничеству и новым достижениям.

Декларация о конфликтующих интересах

Автор заявил об отсутствии потенциальных конфликтов интересов, касающихся исследования, авторства и/или публикации данной статьи.

Финансирование

Автор(ы) сообщил о получении следующей финансовой поддержки для исследования, авторства и/или публикации этой статьи: Эта работа была поддержана внутренним грантом NIH № ZIAHD000713.

Рекомендации

1.Барак О., Цодикс М., Ромо Р. 2010. Нейрональное популяционное кодирование параметрической рабочей памяти. J Neurosci 30: 9424–30.

2. Барбоса Дж., Лозано-Сольдевилья Д., Компте А. 2021. Прослушивание мозга зрительными импульсами выявляет электрически активные, а не бездействующие рабочие воспоминания. PLoS Биол 19(10):e3001436.

3. Баттерс Н., Пандия Д. 1969. Сохранение эффекта замедленного чередования избирательных поражений главной борозды. Наука 165:1271–3.

4. Кортни С.М., Унгерлейдер Л.Г., Кейл К., Хаксби Дж.В. 1997. Переходная и продолжительная активность в распределенной нейронной системе рабочей памяти. Природа 386:608–11.

5. Фостер Дж. Дж., Саттерер Д. В., Серенсес Дж. Т., Фогель Е. К., Ох Э. 2016. Топография активности альфа-диапазона отслеживает содержимое пространственной рабочей памяти. Журнал Neurophyol 115(1):168–77.

6.Фустер Дж.М., Александр Г.Е. 1971. Активность нейронов, связанная с кратковременной памятью. Наука 173:652–4.

7. Гольдман-Ракич П.С. 1995. Клеточная основа рабочей памяти. Нейрон 14: 447–85.

8. Льюис-Пикок Дж.А., Дрисдейл А.Т., Оберауер К., Постл БР. 2012. Нейронные доказательства различия между кратковременной памятью и фокусом внимания. J Cogn Neurosci 24: 61–79.

9. Линден ДЭЖ. 2007. Сети рабочей памяти человеческого мозга. Нейробиолог 13(3):257–67.

10.Монгилло Г., Барак О., Цодикс М. 2008. Синаптическая теория рабочей памяти. Наука 319:1543–6.

For more information:1950477648nn@gmail.com