Podwójne rozróżnienie między oszczędnościami a pamięcią długoterminową w uczeniu się motorycznym, część 1

Abstrakcyjny

Wspomnień łatwiej jest się nauczyć na nowo, niż uczyć się od zera. Powszechnie przyjmuje się, że ta zaleta, zwana oszczędnościami, wynika z ponownego pojawienia się stabilnych pamięci długoterminowych. Obecność oszczędności często wykorzystywano jako wskaźnik konsolidacji pamięci.

Uczenie się i pamięć są ze sobą ściśle powiązane, powodując się wzajemnie. Pamięć uczenia się odnosi się do określonej wiedzy i umiejętności, które ludzie zdobywają podczas uczenia się. Ludzie mogą wykorzystać tę wiedzę i umiejętności do radzenia sobie z różnymi problemami i wyzwaniami. Pamięć odnosi się do zdolności człowieka do przechowywania, wyszukiwania i odtwarzania informacji.

Kiedy zdolności uczenia się i zapamiętywania są niewystarczające, ludzie zapomną wiedzę i umiejętności, których się nauczyli i nie będą mogli zastosować ich w prawdziwym życiu. Będzie to miało również wpływ na ich rozwój akademicki i zawodowy. Dlatego bardzo ważne jest doskonalenie własnych zdolności uczenia się i zapamiętywania.

Jak poprawić zdolności uczenia się i zapamiętywania? Przede wszystkim musisz opanować prawidłowe metody i techniki uczenia się. Można na przykład użyć metod pamięci, takich jak klasyfikacja i skojarzenie. Jednocześnie trzeba zwracać uwagę na regularność nauki i starać się uczyć w ustalonym czasie i miejscu. Po drugie, musisz prowadzić zdrowy tryb życia, wykonywać więcej ćwiczeń fizycznych, stosować zbilansowaną dietę itp., co może poprawić twoją pamięć. Wreszcie, ciągłe uczenie się i myślenie oraz ciągłe doskonalenie zdolności poznawczych i rozumienia są również kluczem do poprawy zdolności uczenia się i pamięci.

Krótko mówiąc, poprawa zdolności uczenia się i zapamiętywania jest bardzo ważna dla poszczególnych osób. Opanowując prawidłowe metody uczenia się, utrzymując zdrowy tryb życia oraz ciągłe uczenie się i myślenie, możesz poprawić swoje zdolności uczenia się i zapamiętywania oraz położyć solidny fundament pod swój przyszły rozwój. Widać, że musimy poprawić pamięć, a Cistanche desericola może znacznie poprawić pamięć, ponieważ Cistanche desericola to tradycyjny chiński materiał leczniczy, który ma wiele unikalnych efektów, z których jednym jest poprawa pamięci. Skuteczność mięsa mielonego wynika z różnych zawartych w nim składników aktywnych, w tym kwasów, polisacharydów, flawonoidów itp. Składniki te mogą na różne sposoby promować zdrowie mózgu.

Kliknij Poznaj 10 sposobów na poprawę pamięci

Jednak ostatnie odkrycia wykazały, że tempo uczenia się motorycznego można systematycznie kontrolować, co stanowi mechanistyczną alternatywę dla ponownego pojawienia się stabilnej pamięci długotrwałej. Co więcej, ostatnie prace wykazały sprzeczne wyniki dotyczące tego, czy ukryty wkład w oszczędności w uczeniu się motorycznym jest obecny, nieobecny czy odwrócony, co sugeruje ograniczone zrozumienie podstawowych mechanizmów.

Aby wyjaśnić te mechanizmy, badamy związek między oszczędnościami a pamięcią długoterminową, dokonując eksperymentalnej analizy leżących u ich podstaw wspomnień w oparciu o krótkoterminową (60) trwałość czasową.

Składniki pamięci motorycznej, które są czasowo trwałe po 60 s, mogą w przyszłości przyczynić się do stabilnej, skonsolidowanej pamięci długotrwałej, podczas gdy czasowo ulotne składniki, które zanikły już po 60 s, nie mogą. Co zaskakujące, odkrywamy, że czasowo niestabilne uczenie się ukryte prowadzi do oszczędności, podczas gdy czasowo trwałe uczenie się nie, ale czasowo trwałe uczenie się prowadzi do pamięci długotrwałej po 24 godzinach, podczas gdy czasowo niestabilne uczenie się nie.

To podwójne rozróżnienie między mechanizmami oszczędzania i tworzenia pamięci długoterminowej podważa powszechne założenia na temat związku między oszczędzaniem a konsolidacją pamięci.

Co więcej, odkrywamy, że ciągłe, ukryte uczenie się nie tylko nie przyczynia się do oszczędności, ale także wywołuje odwrotny efekt przeciwdziałający oszczędnościom oraz że wzajemne oddziaływanie pomiędzy tym czasowo utrzymującymi się efektami uniemożliwiającymi oszczędzanie a czasowo zmiennymi oszczędnościami wyjaśnia kilka pozornie sprzecznych niedawnych raportów na temat tego, czy ukryte wkłady do oszczędności są obecne, nieobecne lub odwrócone.

Wreszcie, krzywe uczenia się, które zaobserwowaliśmy dla nabywania czasowo niestabilnych i czasowo trwałych wspomnień ukrytych, pokazują współistnienie wspomnień ukrytych z odrębnymi przebiegami w czasie, podważając twierdzenie, że modele uczenia się i szacowania w oparciu o kontekst powinny wypierać modele procesów adaptacyjnych o różnym tempie uczenia się . Łącznie odkrycia te dostarczają nowego wglądu w mechanizmy oszczędzania i tworzenia pamięci długotrwałej.

Wstęp

Wspomnień, zarówno deklaratywnych, jak i proceduralnych, łatwiej jest nauczyć się na nowo niż uczyć się od zera. Zaletę tę, zwaną oszczędnością, po raz pierwszy doceniono w przełomowej pracy Hermanna Ebbinghausa [1], w której zaobserwował, że ponowne uczenie się zapomnianej listy słów jest szybsze niż uczenie się lista powieści.

Od tego czasu wykazano oszczędności w wielu różnych paradygmatach, w tym w zadaniach poznawczych u ludzi [2,3], warunkowaniu instrumentalnym u zwierząt [4–6] i zadaniach motorycznych u ludzi, takich jak adaptacja sakad [7], adaptacja pola siłowego [ 8–11], adaptacja wzrokowo-ruchowa [12–21] i adaptacja chodu [22,23].

Wcześniejsze badania ogólnie utrzymywały, że oszczędności wynikają z przywołania wcześniej utrwalonej pamięci długotrwałej [14,24,25].

Zdolność do tworzenia trwałych, długotrwałych wspomnień jest jedną z najbardziej niezwykłych zdolności biologicznych, a niektóre wspomnienia trwają przez całe życie pomimo nieustannej plastyczności neuronowej.

Starsi Duńczycy pamiętają przyziemne szczegóły, takie jak pogoda, towarzyszące wiadomościom o inwazji i wyzwoleniu ich kraju podczas II wojny światowej ponad 50 lat później [26], a podobnych przykładów wspomnień związanych z szokującymi i/lub wynikającymi z nich wydarzeniami jest mnóstwo [27–29]. Ludzie rozpoznają kolegów z klasy w szkole średniej kilkadziesiąt lat później [30], milcząco stosują reguły gramatyki syntetycznej wiele lat po szkoleniu [31] i identyfikują określone obrazy miesiące [32], a nawet lata [33] później. Pamięć długoterminowa pojawia się w wyniku konsolidacji, procesu napędzanego mechanizmami molekularnymi, które ułatwiają aktywność synaptyczną [34,35] i który może odbywać się za pośrednictwem hipokampu [36,37].

W zadaniach motorycznych samą obecność lub brak oszczędności często traktuje się jako papierek lakmusowy sprawdzający, czy wcześniej wytrenowana pamięć została utrwalona w skali czasowej od godzin do miesięcy [14,24,25].

W związku z tym, jeśli chodzi o podstawowe mechanizmy, sugeruje się, że oszczędności wynikają z następujących elementów: (1) zdemaskowania procesu wolniejszego uczenia się i silnego zapamiętywania w modelu uczenia się o wielu stawkach[10]; (2) przełączanie oparte na kontekście lub relewancji pomiędzy takimi wieloma powolnymi procesami, każdy specyficzny dla innej pamięci [38–41]; lub (3) powrót do pamięci wcześniej wyuczonego planu motorycznego, który został wzmocniony sukcesem lub zwykłym powtórzeniem [16,42].

Wszystkie proponowane mechanizmy skupiają się na oszczędnościach jako przejawie ukrytej, stabilnej, skonsolidowanej pamięci motorycznej, odpornej zarówno na zakłócenia, jak i upływ czasu.

Zgodnie z tą koncepcją w niedawnym, ale wpływowym poglądzie zaproponowano, że oszczędności w adaptacji motorycznej wynikają w szczególności z przypomnienia sobie wyraźnej strategii [18,43,44], podczas gdy ukryty element uczenia się wzrokowo-ruchowego nie przyczynia się do oszczędności [44].

Badania te dostarczyły wyraźnych dowodów na jawne oszczędności, ale zastosowane w nich paradygmaty wywołały niewielką ukrytą adaptację, ograniczając możliwość oceny ukrytych oszczędności. Nowsze badania, które wykazały większą ukrytą adaptację, doprowadziły do ​​rozbieżnych wniosków, stwierdzając, że ukryta adaptacja jest albo szybsza podczas ponownego uczenia się [19,20], albo wolniejsza [45].

Szczególnie interesujące są badania Avrahama [45] i Alberta [20], gdyż oba miały na celu wyodrębnienie adaptacji ukrytej (choć przy użyciu różnych paradygmatów), a mimo to doszły do ​​przeciwnych wniosków.

Co może wyjaśnić tę pozorną rozbieżność? Istnieje możliwość, że ukryta adaptacja może nie być monolityczna. Może składać się z odrębnych elementów, których uczy się na nowo w różnym tempie i w różny sposób wywoływane w tych różnych paradygmatach.

Intrygującą alternatywą dla mechanizmów opartych na przypominaniu sobie jest to, że oszczędności wynikają ze zmian w tempie uczenia się [11,15,23], co zostało wzmocnione przez niedawne prace, które wykazały, że tempo uczenia się jest systematycznie modulowane przez specyficzne cechy środowiska uczenia się.

Do cech tych zalicza się ilość zmienności związanej z zadaniem, występującą przed uczeniem się [46,47], równowagę między niepewnością sensoryczną a niepewnością estymacji stanu [48,49], wcześniejsze narażenie na zaburzenia charakteryzujące się podobną strukturą kowariancji między parametrami uczenia się [50,51] , wcześniejsze narażenie na podobne błędy motoryczne [21,52] oraz spójność środowiska uczenia się między próbami [53,54].

W szczególności środowiska o wysokiej spójności, w których zakłócenia mają tendencję do utrzymywania się od jednej próby do drugiej, a tym samym zapewniają większą przewidywalność narzuconym zakłóceniom, mogą znacznie zwiększyć szybkość uczenia się (aż do 3 ×). Jest to niezwykle istotne odkrycie, jeśli chodzi o badanie oszczędności: paradygmaty adaptacji stosowane do badania oszczędności zwykle obejmują to samo zaburzenie, które jest aktywne w dużej liczbie prób (zwykle od 60 do 120), co skutkuje wysoce spójnymi błędami, które w z kolei prowadzi do znacznie zwiększonego tempa uczenia się [52–55].

Mechanizm ten mógłby prowadzić do oszczędności, umożliwiając szybsze ponowne uczenie się pamięci krótkotrwałej w przeciwieństwie do ponownego pojawiania się pamięci długotrwałej, stabilnej. Jest to zgodne z najnowszymi wynikami wskazującymi, że wcześniejsze doświadczenia z błędami o dużej spójności, w przeciwieństwie do powtarzania udanych działań, prowadzą do oszczędności [21].

Porównujemy tutaj mechanizmy prowadzące do oszczędności i te, które prowadzą do powstania stabilnych, długotrwałych wspomnień motorycznych.

Postawiliśmy hipotezę, że rozbicie adaptacji motorycznej na specyficzne komponenty pamięci w oparciu o trwałość czasową może rzucić światło na te mechanizmy. Używamy krótkich opóźnień czasowych 60-, aby podzielić ogólną adaptację na 2 składniki: adaptację czasowo niestabilną, która zanikałaby podczas tego opóźnienia czasowego, i adaptację czasowo trwałą, która przetrwa opóźnienie [56–59].

Ponieważ zanika w ciągu zaledwie 60 sekund, czasowo niestabilna adaptacja nie doprowadziłaby do powstania pamięci długotrwałej, która jest powiązana ze stabilnością w skalach czasowych większych o rząd wielkości [9,25,60]. Zatem mechanizmy prowadzące do pamięci długotrwałej zawierałyby się w adaptacji czasowo trwałej, a zatem oszczędności zależne od konsolidacji przewidywałyby szybsze uczenie się wyłącznie w przypadku adaptacji czasowo trwałej.

I odwrotnie, gdybyśmy odkryli szybsze ponowne uczenie się wyłącznie w celu adaptacji czasowo niestabilnej, wskazywałoby to na mechanizm oszczędzania, który nie jest napędzany pamięcią długoterminową.

Co ciekawe, odkryliśmy, że oszczędności wynikają nie z ponownego pojawienia się czasowo trwałych wspomnień motorycznych, ale zamiast tego z szybszego ponownego uczenia się chwilowo niestabilnych wspomnień. Dalej odkrywamy, że te czasowo ulotne wspomnienia odpowiedzialne za oszczędności w naszym paradygmacie reprezentują raczej ukrytą niż jawną adaptację.

Kiedy jednak mierzymy długoterminowe zachowanie składników czasowo trwałych i czasowo zmiennych, odkrywamy, że to adaptacja czasowo trwała, a nie adaptacja czasowo zmienna, prowadzi do pamięci długotrwałej. Łącznie odkrycia te wskazują na wyraźne podwójne rozróżnienie między oszczędnościami a pamięcią długoterminową.

Wyniki

Zaprojektowaliśmy zestaw eksperymentów, aby wyjaśnić mechanizmy oszczędzania i pamięci długotrwałej oraz zbadać związek między nimi. Zaczęliśmy od zbadania, czy oszczędności, czyli szybsze ponowne uczenie się wcześniej wyuczonej adaptacji, wynika z ponownego pojawienia się wcześniej skonsolidowanej, czasowo trwałej pamięci, czy też ze skłonności do szybszego zdobywania przejściowej, czasowo ulotnej pamięci.

W szczególności stworzyliśmy paradygmat umożliwiający rozbicie początkowej adaptacji, zaniku adaptacji i oszczędności w ponownej adaptacji na komponenty czasowo trwałe i czasowo zmienne.

Najpierw zbadaliśmy dynamikę, z jaką czasowo trwałe i czasowo ulotne wspomnienia zanikają w okresie zanikania po wstępnej adaptacji, ponieważ oszczędności mogą wynikać z niepełnego wymazania składnika adaptacji [10,61]. Pozwoliło nam to porównać wskaźniki braku uczenia się w przypadku czasowo trwałej i czasowo ulotnej adaptacji podczas wymywania, a co najważniejsze, zmierzyć początkową wartość zarówno czasowo trwałych, jak i czasowo ulotnych wspomnień przed ponowną adaptacją, aby można było dokładnie ocenić oszczędności w obu przypadkach.

Następnie zbadaliśmy, w jaki sposób oszczędności zależą od pamięci czasowo trwałych i czasowo ulotnych, mierząc oszczędności oddzielnie dla tych 2 składników adaptacji motorycznej, co pozwoliło nam określić, czy jedna z tych pamięci jest konkretnie odpowiedzialna za oszczędności.

Następnie zbadaliśmy, czy pamięć długoterminowa, mierzona jako zachowanie wcześniej wyszkolonej adaptacji 24 godziny później, jest powiązana z czasowo trwałym lub czasowo zmiennym składnikiem adaptacji.

Pomiar czasowo niestabilnego i czasowo trwałego wkładu w oszczędności

Do eksperymentów 1 i 2 zrekrutowaliśmy N=40 uczestników i przeszkoliliśmy ich w zakresie rotacji wzrokowo-ruchowej (VMR) 30˚ [12,13,15–18,62–64] (ryc. 1A i 1B). Po 80 próbach wstępnego szkolenia uczestnicy zostali przetestowani pod kątem oszczędności po krótkim (40-próbnym) okresie wymywania, który wcześniej zgłaszano jako wystarczający do wypłukania ogólnej adaptacji VMR [15], lub dłuższym ({{ 15}}próbny) okres wymywania zastosowaliśmy, aby uzyskać bardziej ostateczne wymywanie.

Wykorzystaliśmy także dane z tego 800-wypłukania prób, aby prześledzić przebieg czasowy zaprzestania uczenia się zarówno w przypadku tymczasowo trwałych, jak i czasowo zmiennych składników adaptacji; to oduczenie się obejmowałoby zarówno aktywne oduczanie się (tj. ponowne uczenie się podstawowego zachowania), jak i naturalny, próbny zanik adaptacji [17,65–68].

Każdy uczestnik doświadczył obu rodzajów czasu trwania wymywania po treningu (patrz Ryc. 1C). W Eksperymencie 1 (N=20) jako pierwszy przedstawiono krótki okres wymywania, a na drugim długi okres wymywania. W eksperymencie 2 (N=20) ta kolejność została odwrócona (ryc. 1C, szczegółowy opis patrz Materiały i metody).

Podczas tych eksperymentów – zarówno podczas uczenia się, jak i wymywania – czasami wstawialiśmy 1-min. opóźnienia, które pozwalały na czasowo niestabilną adaptację do zaniku.

Ponieważ1-minimalne opóźnienia narzuciliśmy wielkość od 2,5 do 4 razy większą od stałej czasowej zaniku adaptacji czasowo niestabilnej [56–58], można by oczekiwać około 95% zaniku adaptacji lotnej, skutecznie izolując adaptację czasowo trwałą .

Operacyjnie zdefiniowaliśmy adaptację trwałą czasowo jako adaptację mierzoną podczas próby po opóźnieniu i adaptację czasowo zmienną jako różnicę między adaptacją ogólną (przyjętą jako średnia adaptacja w 2 poprzednich i 2 kolejnych próbach bez opóźnienia) a adaptacją czasowo trwałą (ryc. 1D, patrz także Materiały i metody).

For more information:1950477648nn@gmail.com