Związane z wiekiem zaburzenia uczenia się i pamięci roboczej u marmozet, część 2

Oprogramowanie

Zadania poznawcze zaprogramowano przy użyciu oprogramowania Animal Behaviour EnvironmentTest (ABET) Cognition (Lafayette Instrument Company), które kontrolowało wszystkie aspekty zadania, w tym liczbę i kolejność prób, czas, wybór bodźców i lokalizację wyświetlania oraz dostarczanie płynnych nagród.

Wraz z poprawą standardów życia coraz więcej ludzi we współczesnym społeczeństwie wybiera różne metody stymulacji, aby wzbogacić swoje życie. Te metody symulacji mogą obejmować podróże, gry, sport, muzykę itp. Nie tylko mogą uszczęśliwiać ludzi, ale te stymulacje mogą również mieć pozytywny wpływ na ludzkie ciała i umysły, a jednym z nich jest poprawa pamięci.

Po pierwsze, dobór bodźców może w pewnym stopniu zwiększyć zainteresowanie i uwagę ludzi nauką. Kiedy ludzie poczują jakąś stymulację, na przykład podróż do nowego kraju lub wypróbowanie nowego sportu, rozwiną swoją ciekawość i będą bardziej skoncentrowani na nauce i odkrywaniu tej nowej dziedziny. Ta bardziej stabilna uwaga może pomóc ludziom lepiej opanować nową wiedzę i umiejętności, poprawiając w ten sposób pamięć i efektywność uczenia się.

Po drugie, selekcja bodźców może również stymulować neurony w mózgach ludzi i sprzyjać tworzeniu i utrwalaniu wspomnień. Kiedy ludzie próbują nowych rzeczy, neurony w mózgu są stymulowane w różny sposób, stymulując interakcje między neuronami. Stymulacja ta promuje więcej połączeń synaptycznych i zwiększa połączenia między różnymi obszarami, pomagając ludziom lepiej przechowywać i integrować różne informacje i doświadczenia. Dlatego dobór bodźców odgrywa ważną rolę w poprawie ludzkiej pamięci.

Wreszcie dobór bodźców może również sprzyjać zdrowiu fizycznemu i życiu społecznemu ludzi, pośrednio poprawiając w ten sposób pamięć i zdolności poznawcze. Na przykład uprawianie różnych sportów może promować zdrowie fizyczne i poprawiać sprawność fizyczną, pomagając jednocześnie ludziom zachować jasne myślenie i funkcje poznawcze. Jednocześnie ludzie mogą także poznać więcej ludzi i poszerzyć swoje kręgi społeczne w zakresie podróży, sportu, muzyki itp., co również sprzyja poprawie stanu psychicznego człowieka, a tym samym pośrednio pomaga poprawić pamięć i zdolności poznawcze.

Podsumowując, istnieje silny związek pomiędzy wyborem bodźców a pamięcią. Wybierając różne metody stymulacji, ludzie mogą nie tylko wzbogacić swoje życie, ale także pomóc sobie lepiej uczyć się i doskonalić nową wiedzę i umiejętności, poprawiając w ten sposób swoją pamięć i zdolności poznawcze oraz pokazując lepsze siebie. Widać, że trzeba poprawić pamięć, a Cistanche desericola potrafi znacząco poprawić pamięć, bo Cistanche desericola potrafi także regulować równowagę neuroprzekaźników, np. zwiększać poziom acetylocholiny i czynników wzrostu. Substancje te są bardzo ważne dla pamięci i uczenia się. Ponadto mięso może również poprawić przepływ krwi i promować dostarczanie tlenu, co może zapewnić mózgowi wystarczającą ilość składników odżywczych i energii, poprawiając w ten sposób witalność i wytrzymałość mózgu.

Kliknij Wiedz, aby poprawić pamięć krótkotrwałą

Oprogramowanie rejestrowało również kilka wskaźników wykonania zadania, w tym numer próby, prawidłowe i nieprawidłowe odpowiedzi, lokalizację na ekranie prawidłowego wyboru i wybraną lokalizację oraz opóźnienie odpowiedzi.

Bodźce do wszystkich zadań obejmowały proste kształty i czarno-białe obrazy clipart o wymiarach 3,5–3,5 cm wyświetlane na czarnym tle (przykłady bodźców można znaleźć na rysunkach 2E, 3A).

Analizy statystyczne

Dane analizowano przy użyciu programu MATLAB (MathWorks). Testy Kołmogorowa-Smirnowa wykazały, że dane nie mają rozkładu normalnego, dlatego w całym badaniu zastosowano nieparametryczne analizy statystyczne.

Dlatego też korelacje oceniano za pomocą korelacji kolejności rang Spearmana, do oceny interakcji dwuczynnikowych w czasie zastosowano testy Scheirera Raya Hare'a, a do identyfikacji różnic wewnątrzczynnikowych wykorzystano testy Friedmana z testami post hoc Nemenyi'ego lub testami rang ze znakiem Wilcoxona.

Wydajność porównano z szansą za pomocą testów dobroci dopasowania x2. Poziomy szans określono za pomocą symulacji Monte Carlo i uznano p, 0,05 za istotne.

Testy poznawcze

Trening dotykowy

Na początku badania marmozety nie poddawały się testom poznawczym. Dlatego najpierw zostali przeszkoleni, jak dotykać ekranu, aby zdobywać płynne nagrody. Proces treningu dotykowego składał się z trzech etapów. Celem pierwszego etapu było przyzwyczajenie marmozet do stacji z ekranem dotykowym, zachęcenie do fizycznego kontaktu z ekranem i umywalką z nagrodami oraz skojarzenie dotykania ekranu z dostarczaniem nagród.

W tym celu na ekran nałożono słodką substancję (Marshmallow Fluff) w małych ilościach w każdym z dziewięciu miejsc dostępnych przez maskę. Kiedy rozpoczęła się sesja treningowa, w każdym z dziewięciu miejsc, pod Puchem, pojawiły się niebieskie kwadratowe bodźce docelowe. Kiedy marmozety dotknęły ekranu, aby zdobyć Puch, wykryto dotknięcie i 0.2 ml nagrody zostało wylane do zlewu pod ekranem. Zachowanie Themarmoset było zdalnie obserwowane za pomocą kamer obsługujących Ethernet (RLK16-410B8, Reolink).

Zaobserwowano, że zwierzęta identyfikowały, kiedy dowiedziały się, że dotknięcie ekranu powoduje wręczenie nagrody. Ich zachowanie zmieniło się, gdy nauczyły się tego skojarzenia. Na początku treningu małpy zjadały nagrody tylko wtedy, gdy zauważyły ​​ich nagromadzenie w zlewie. Kiedy jednak skojarzenie zostało nawiązane, zachowanie małpy uległo zmianie i natychmiast po każdym dotknięciu ekranu konsumowała nagrodę ze zlewu, po czym ponownie dotykała ekranu. Po ustaleniu tego skojarzenia rozpoczynał się drugi etap treningu dotyku.

Celem drugiego etapu było scharakteryzowanie reakcji marmozet na każdą z dziewięciu możliwych lokalizacji wyświetlania bodźców i przeszkolenie marmozet, że tylko lokalizacje z bodźcami mogą po wybraniu zapewnić potencjalne nagrody w postaci zabawek. Początkowo wszystkie dziewięć lokalizacji miało cele. Ćwiczenia kontynuowano przez około pięć codziennych sesji treningowych, a liczba bodźców docelowych prezentowanych na ekranie podczas każdej próby zmniejszała się stopniowo z dziewięciu celów do jednego.

Na tym etapie Fluff nie był już wyświetlany na ekranie, a prawidłowy wybór celu był nagradzany 0,2 ml nagrody. Każdy bodziec docelowy został umieszczony w losowo wybranej lokalizacji. Gdy marmozety niezawodnie dotknęły losowo ustawionego celu, rozpoczynał się trzeci i ostatni etap treningu dotyku. Celem trzeciego etapu było utrzymanie silnego zaangażowania w zadanie przy jednoczesnym zmniejszeniu ilości nagród otrzymywanych za każdą odpowiedź.

W każdej próbie tego trzeciego etapu na ekranie wyświetlany był jeden bodziec w losowo wybranym miejscu. Objętość nagrody zmniejszano z {{0}},2 ml na odpowiedź do końcowej objętości 0,05 ml na odpowiedź, stopniowo w ciągu około czterech codziennych sesji treningowych.

DRST (ryc. 3A)

Zadanie Delayed Recognition Span (DRST) mierzy pojemność pamięci roboczej. Każdą próbę DRST rozpoczynano od dotknięcia przez marmozetę niebieskiego kwadratu na środku ekranu. Następnie pojedynczy czarno-biały bodziec, losowo pobrany z zestawu 400 obrazów, został wyświetlony na ekranie w jednej z dziewięciu możliwych lokalizacji, również wybranych losowo.

Kiedy marmozeta dotknęła tego pierwszego bodźca, została wypłacona niewielka płynna nagroda. Po 2-opóźnieniu, podczas którego ekran był pusty, przedstawiono dwie alternatywne, wymuszone wybory, w których oryginalny bodziec pojawił się w jego pierwotnym miejscu, a drugi, nowy bodziec pojawił się w innym, pseudolosowo wybranym miejscu.

Jeśli marmozeta wybrała nowy obiekt, rejestrowana była prawidłowa reakcja, wydawana była płynna nagroda i następowało kolejne 2- opóźnienie. Po opóźnieniu pierwsze dwa bodźce pojawiły się w ich pierwotnych lokalizacjach, a trzeci, nowy bodziec, również pojawił się w pseudolosowo wybranej lokalizacji. Marmozeta została ponownie nagrodzona za wybór nowego bodźca. Nowe bodźce dodano po kolejnych opóźnieniach, aż do zakończenia badania na jeden z trzech sposobów: (1) marmozeta dokonała dziewięciu poprawnych wyborów z rzędu; (2) marmozeta nie dokonała selekcji w ciągu 12- s (tzn. została pominięta); (3) marmozeta zareagowała nieprawidłowo (tj. wybrała nienowy bodziec).

W przypadku pominięcia lub nieprawidłowej odpowiedzi nagroda nie została przyznana, a przed rozpoczęciem nowej próby rozpoczynał się okres przerwy 5-. W przypadku każdej próby liczbę prawidłowo wybranych bodźców przed zakończeniem próby rejestrowano jako końcową długość rozpiętości (FSL). Wielkość nagrody zwiększała się wraz ze wzrostem trudności próby, aby zachęcić do dalszego zaangażowania w zadanie.

W szczególności marmozety zdobyły {{0}}.05 ml nagrody za prawidłowe reakcje, gdy na ekranie pojawił się jeden bodziec, 0,1 ml nagrody za prawidłowe reakcje, gdy na ekranie pojawiły się dwa, trzy lub cztery bodźce ekranie i 0,2 ml nagrody za prawidłowe odpowiedzi, gdy na ekranie pojawiło się pięć, sześć, siedem, osiem lub dziewięć bodźców. Liczbę obiektów na ekranie określa się poniżej jako poziomy trudności próbnej (TDL).

Każdą marmozetę badano 2–5 dni w tygodniu, a każdą sesję testową kończono po 3 godzinach lub po tym, jak marmozeta zdobyła 20 ml nagrody, w zależności od tego, co nastąpiło wcześniej.

Zadanie czasu reakcji (ryc. 7A)

Zadanie czasu reakcji (RTT) mierzy czas potrzebny marmozecie na wyciągnięcie ręki i dotknięcie ekranu. Zastosowano go do odróżnienia związanych z wiekiem zmian w niepoznawczej szybkości motorycznej od związanych z wiekiem zmian w wykonywaniu zadania pamięci roboczej (DRST). Każdą próbę RTT rozpoczynano od dotknięcia przez marmozetę zielonego kwadratu bodźcowego na środku ekranu.

Następnie cel pojawił się w jednej z dziewięciu, pseudolosowo wybranych lokalizacji. Kiedy marmozeta dotknęła celu, zażądała 0,1-ml płynnej nagrody, a czas, jaki upłynął pomiędzy początkiem celu a wyborem przez marmozetę, rejestrowano jako czas reakcji w tej próbie.

Marmozety miały jedną sesję ćwiczeniową na naukę zadania, a następnie zebrano dane z dziesięciu kolejnych sesji testowych. Każda z 10 sesji testowych kończyła się, gdy marmozety wykonały 108 prób lub minęła 1 godzina od rozpoczęcia sesji testowej.

Zadanie Progressive Ratio (PRT; ryc. 7B)

Zadanie Progressive Ratio (PRT) mierzy motywację. Zastosowano ją do odróżnienia związanych z wiekiem zmian w motywacji pozapoznawczej od związanych z wiekiem zmian w wynikach DRST. Każda próba PRT rozpoczynała się od prezentacji bodźca na środku ekranu.

Marmozety nagradzano za dotknięcie bodźca w ramach progresywnego harmonogramu wzmocnień, w przypadku którego wymagania dotyczące reakcji wzrosły podczas sesji testowej.

Początkowym wymogiem reakcji było jedno dotknięcie, aby zdobyć nagrodę. Gdy małpa spełniła wymagania dotyczące odpowiedzi, bodziec został usunięty z ekranu, przyznano nagrodę, a następnie ponownie bodziec pojawił się na ekranie. Wymaganie dotyczące odpowiedzi wzrastało o jeden, aż do spełnienia ośmiu wymagań dotyczących odpowiedzi, a następnie podwajało się po spełnieniu każdych ośmiu wymagań dotyczących odpowiedzi.

Zastosowano konkretne wymagania dotyczące odpowiedzi: (przyrost=1) 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8; (przyrost=2) 10, 12, 14, 16, 18,20, 22, 24; (przyrost=4) 28, 32, 36, 40, 44, 48, 52, 56; itp. Sesje testowe kończono po upływie 1 godziny lub po osiągnięciu przez marmozetę wymaganej reakcji wynoszącej 120 dotknięć. Marmozety miały jedną sesję ćwiczeniową, aby nauczyć się zadania, a następnie zebrano dane z trzech kolejnych sesji testowych.

Wyniki

DRST

Aby ocenić, czy marmozety wykazują związane z wiekiem upośledzenie pamięci roboczej, wdrożyliśmy ekran dotykowy w wersji zadania opóźnionego rozpoznawania w kohorcie zwierząt w szerokim przedziale wiekowym.

W tym zadaniu marmozety rozpoczynały próbę, a następnie były nagradzane za dotknięcie pojedynczego bodźca wzrokowego („obiektu”) pojawiającego się na ekranie. Po krótkim opóźnieniu, podczas którego ekran był pusty, marmozety zostały nagrodzone za zidentyfikowanie nowego obiektu w drodze wymuszonego wyboru dwóch alternatywnych rozwiązań. Jeśli było to prawidłowe, po krótkim opóźnieniu pojawiły się trzy obiekty; dwie, które widziano wcześniej w procesie, i jedną powieść.

Po każdej poprawnej odpowiedzi przyznawana była nagroda, a do tablicy dodawany był dodatkowy obiekt. Kiedy marmozeta wybrała przedmiot nienowy, próba zakończyła się bez nagrody i sekwencja próbna rozpoczęła się od nowa.

Podstawową miarą stosowaną do oceny wydajności DRST była końcowa długość rozpiętości (FSL). Podobnie jak we wcześniejszych pracach (Herndon i in., 1997; Moss i in., 1997; Killiany i in., 2000; Moore i in., 2017), miara ta określa ilościowo zdolność zwierzęcia do pamięci roboczej i jest definiowana jako liczba bodźców, jakie marmozeta prawidłowo zgłaszane jako nowe w każdym badaniu.

Krzywe uczenia się surowych danych dla każdego zwierzęcia, wykreślone jako funkcja FSL w czasie, zostały wygładzone przy użyciu średniej kroczącej ważonej Gaussa w2000-oknie próbnym (ryc. 3B), a do modelowania wyników losowych wykorzystano symulację Monte Carlo .

Przeanalizowaliśmy wyniki w trzech odrębnych fazach uczenia się każdej marmozety, oznaczonych jako „Nowicjusz”, „Uczeń” i „Ekspert”. Fazę nowicjusza zdefiniowano jako próby, podczas których wyniki nie odbiegały od oczekiwanych przez przypadek i rozpoczynały się od pierwszej w historii przeprowadzonej próby. Koniec fazy nowicjusza określono za pomocą testów dobroci dopasowania Kołmogorowa-Smirnowa w celu zidentyfikowania punktu początkowego, w którym 100 kolejnych, zmierzonych eksperymentalnie rozkładów FSL różniło się znacząco od rozkładu zerowego wyciągniętego z symulacji Monte Carlo.

Faza ucznia rozpoczęła się natychmiast po fazie nowicjusza i zakończyła się na próbie przed osiągnięciem 90. percentyla wyników. Faza ExpertPhase obejmowała badania z wynikami mieszczącymi się w przedziale od 90. do 100. percentyla włącznie.

Fazy ​​te różniły się od siebie i żadne badania nie mieściły się w kilku kategoriach. Aby zweryfikować definicje faz, sprawdziliśmy, czy zgodnie z oczekiwaniami średnia wydajność znacznie wzrosła w trzech fazach i odkryliśmy, że tak było (ryc. 3C; nieparametryczny test Friedmana: x2(2)=30, p=3.1 107); testy post hoc Nemenyi’ego w parach: Nowicjusz vs Uczeń: p=0.017; Nowicjusz kontra ekspert: p=1.4 107; Uczeń kontra ekspert: s.=0.017).

For more information:1950477648nn@gmail.com