Uwaga rytmicznie próbkuje obiekty wielofunkcyjne z pamięci roboczej, część 1

Uwaga pozwala nam selektywnie usprawniać przetwarzanie określonych lokalizacji lub obiektów w naszym środowisku zewnętrznym, jednocześnie odfiltrowując nieistotne informacje. Obecnie przypuszcza się, że osiąga się to poprzez wzmocnienie odpowiednich sygnałów sensorycznych, co zakłóca konkurencję między reprezentacjami neuronowymi.

Środowisko zewnętrzne jest nieuniknioną częścią naszego życia i może mieć ogromny wpływ na naszą kondycję fizyczną i psychiczną. Na przykład inny klimat, dieta, rytm pracy itp. będą miały wpływ na nasze zdrowie fizyczne, ale dla naszych mózgów bardzo ważnym czynnikiem jest również środowisko zewnętrzne. Badania ostatnich lat wykazały, że istnieje silny związek pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a pamięcią.

Po pierwsze, dobre środowisko może zapewnić doskonałą atmosferę do nauki i pracy, co jest bardzo korzystne dla naszego mózgu. Nasze mózgi są dobre w zapamiętywaniu i uczeniu się. Jeśli jednak znajdujemy się w stresującym, niespokojnym lub chaotycznym środowisku, mózg zostanie poważnie zakłócony, co wpłynie na naszą pamięć i zdolności myślenia. Dlatego ważne jest, aby zachować przyjemne i uporządkowane otoczenie.

Po drugie, aktywność fizyczna i dobry sen to także aspekty wpływu środowiska zewnętrznego na pamięć. Zdrowie ciała i zdrowie mózgu są ze sobą ściśle powiązane. Badania pokazują, że ćwiczenia i dobry sen to najlepsze sposoby na poprawę funkcjonowania mózgu i pamięci. Ćwiczenia mogą powodować, że nasz mózg wydziela więcej substancji chemicznych, takich jak serotonina i dopamina, co może poprawić nasz nastrój i zdolność myślenia, poprawiając w ten sposób naszą pamięć i zdolność myślenia. Dobry sen może zapewnić naszemu mózgowi wystarczający odpoczynek i zapewnić wystarczającą ilość czasu i miejsca na pamięć długoterminową. Dlatego powinniśmy cenić czas na ćwiczenia i sen, aby nasz mózg mógł być w pełni sprawny.

Wreszcie, kontakty towarzyskie oraz aktywność fizyczna i umysłowa są również dobre dla naszych mózgów. Nasze mózgi wymagają ciągłego uczenia się i myślenia, aby zachować swoją funkcjonalność i witalność. Interakcja społeczna zwiększa naszą zdolność komunikowania się i myślenia, stymulując w ten sposób naszą pamięć i kreatywność. Aktywności fizyczne i umysłowe, takie jak czytanie, podróżowanie, fotografowanie itp. również są rzadkimi sposobami ćwiczenia pamięci.

Podsumowując, istnieje ścisły związek pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a pamięcią. Powinniśmy wykorzystywać pozytywne postawy i działania, aby stworzyć dobre środowisko życia i zapewnić naszym mózgom lepszą stymulację, aby poprawić naszą pamięć i zdolności uczenia się. Widać, że musimy poprawić naszą pamięć. Cistanche desericola może poprawić pamięć, ponieważ Cistanche desericola może również 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 płynność krwi i promować transport tlenu, co może zapewnić mózgowi odpowiednią ilość składników odżywczych i energii, poprawiając w ten sposób witalność i wytrzymałość mózgu.

Kliknij i poznaj sposoby na poprawę funkcjonowania mózgu

Niedawne badania neurofizjologiczne i behawioralne ujawniły, że uwaga jest procesem zasadniczo rytmicznym, ściśle powiązanym z oscylacjami neuronalnymi w sieciach czołowo-ciemieniowych. Zamiast ciągłego podkreślania pojedynczego obiektu lub lokalizacji, uwaga rytmicznie przełącza się między wieloma odpowiednimi reprezentacjami z częstotliwością 3–8 Hz.

Jednak uwaga nie może być skierowana tylko na świat zewnętrzny, ale także na wewnętrzne reprezentacje wizualnej pamięci roboczej (VWM), np

przy wyborze jednego z kilku szablonów wyszukiwania w celu znalezienia odpowiednich obiektów w świecie zewnętrznym. Dwa ostatnie badania pokazują, że obiekty o pojedynczej funkcji w VWM są obsługiwane w podobny rytmiczny sposób, jak obiekty postrzegane. Uzupełniamy tutaj literaturę, pokazując, że nieprzestrzenne retrosygnały inicjują porównywalne teta-rytmiczne próbkowanie obiektów wielofunkcyjnych w VWM.

Nasze odkrycia uzupełniają zbieżny zbiór dowodów na to, że dostęp do zewnętrznych i wewnętrznych reprezentacji wizualnych zapewniają podobne rytmiczne mechanizmy uwagi i stanowią potencjalne rozwiązanie problemu wiążącego się z pamięcią roboczą.

Chociaż nasze subiektywne doświadczenie wizualne może wydawać się ciągłym strumieniem napływających informacji, coraz więcej dowodów sugeruje, że zarówno percepcja, jak i uwaga podlegają rytmicznym zmianom. Rytmy behawioralne najczęściej występują przy częstotliwościach od 3 do 6 Hz i od 8 do 12 Hz i zostały powiązane z odpowiednimi oscylacjami neuronalnymi w pasmach theta (3 do 8 Hz) i alfa (8 do 12 Hz)1.

Kiedy obserwujemy dwa obiekty w naszym polu widzenia, czasy reakcji na nieprzewidywalne cele są modulowane w funkcji czasu przy częstotliwości theta2–5, potencjalnie w wyniku rywalizacji neuronowej6,7.

Te okresowe modulacje wydajności obserwuje się indywidualnie dla każdej lokalizacji, ale często stwierdza się, że oscylują w przeciwfazie, zgodnie z rytmicznym światłem reflektora, które naprzemiennie i sekwencyjnie próbkuje wiele obiektów8,9. To rytmiczne próbkowanie wydaje się dotyczyć nie tylko lokalizacji obiektów, ale także cech nieprzestrzennych, takich jak kolor czy orientacja (tj. uwaga oparta na cechach10,11).

Zakłada się, że uwaga skierowana na przedmioty lub cechy świata zewnętrznego ułatwia przetwarzanie, przynajmniej częściowo, poprzez wzmocnienie sygnałów zmysłowych12–18. Podobny mechanizm może leżeć u podstaw korzyści behawioralnych obserwowanych podczas kierowania uwagi na wewnętrzne (zapamiętane) reprezentacje w wizualnej pamięci roboczej (VWM). Wykazano, że wskazówki predykcyjne skierowane do jednego lub większej liczby elementów pamięci roboczej zwiększają wydajność przypominania, nawet jeśli wskazówki pojawiają się kilka sekund po zakodowaniu, co jest powszechnie określane jako efekt retro cue (przegląd można znaleźć w Souza i Oberauer19).

Coraz większa liczba badań ujawniła silne nakładanie się neurofizjologicznych korelatów uwagi na bodźce zewnętrzne (obecnie postrzegane) i wewnętrzne procesy pamięci roboczej. To silne nakładanie się jest dodatkowo poparte odkryciami, które silnie implikują wczesną korę czuciową w utrzymywaniu reprezentacji pamięci roboczej, co często określa się jako hipotezę rekrutacji sensorycznej21–27.

Na przykład wykazano, że uważny wybór elementów w pamięci roboczej wpływa na aktywność w obszarach sensorycznych przetwarzających te bodźce28,29 i najsilniej moduluje dekodowalność cech elementów we wczesnych obszarach kory wzrokowej30.

Podsumowując, zarówno zewnętrzne bodźce wzrokowe, jak i wewnętrzne reprezentacje VWM są kodowane przynajmniej częściowo przez nakładające się populacje neuronowe, na które należy zwrócić uwagę. Rodzi to intrygującą możliwość, że podobne lub nawet identyczne mechanizmy uwagi mogą być zaangażowane w zewnętrzne i wewnętrzne reprezentacje wizualne. W ostatnich pracach zaczęto rozszerzać rytmiczną naturę uwagi wewnętrznej skierowanej na elementy VWM. Peters i wsp.31 poinstruowali uczestników, aby zapamiętali cztery kropki, które definiowały punkty końcowe, a tym samym kontury dwóch obiektów.

Następna retro-wskazówka skierowała i zresetowała uwagę na jeden z tych obiektów. W gęsto próbkowanych (200 ms do 1000 ms), ale nieprzewidywalnych punktach czasowych, prezentowany był cel, który mieścił się w lub poza zapamiętanymi konturami obiektu ze wskazówką lub bez. Zaobserwowali, że czasy reakcji (RT), mierzone jako funkcja odległości do wskazówki, zmieniały się rytmicznie z częstotliwością 6 Hz.

Co więcej, serie czasowe RT odpowiedzi na obiekt sygnalizowany w porównaniu z obiektem niesygnalizowanym były modulowane w przeciwfazie, co wskazuje, że uwaga obiektowa okresowo próbkowała dwie lokalizacje obiektów w VWM. Warto zauważyć, że czasy reakcji na cele znajdujące się w lokalizacjach różnych obiektów nigdy nie były krótsze niż w przypadku celów znajdujących się w lokalizacjach tego samego obiektu. Autorzy zinterpretowali to jako dowód na to, że uwaga nie była całkowicie okresowo przenoszona między obiektami, ale naprzemiennie priorytetyzowano jeden obiekt i żaden z obiektów.

Drugie badanie przeprowadzone przez Pompera i Ansorge32 wykazało, że podobne wahania wydajności występują pomiędzy dwoma zorientowanymi słupkami w VWM. Co ważne, prezentowali bodźce sekwencyjnie i w momencie fiksacji, redukując potencjalny wpływ rytmicznej uwagi przestrzennej. Efektywność przetwarzania sondy wahała się z częstotliwością 6 Hz i zaobserwowano antyfazową zależność pomiędzy szeregami czasowymi dokładności pierwszego i drugiego bodźca.

Niedawne pojawienie się badań stwierdzających rytmiczne fluktuacje behawioralne w uwadze wewnętrznej, bardzo przypominające te obserwowane w uwadze zewnętrznej, sugeruje ścisły związek pomiędzy obydwoma mechanizmami uwagi i centralnym zaangażowaniem rytmicznej aktywności mózgu. Potencjalne nakładanie się mechanizmów może mieć daleko idące konsekwencje dla naszego zrozumienia, w jaki sposób mózg wybiera informacje wewnętrzne i zewnętrzne oraz w jaki sposób ten wybór jest zorganizowany przez aktywność oscylacyjną. Co jednak ważne, rytmiczne funkcje uwagi oparte na obiektach w pamięci roboczej wykazano jedynie dla elementów składających się z pojedynczych cech31,32.
Ponieważ uwaga obiektowa jest silnie powiązana ze wspieraniem wiązania wielu cech zarówno podczas percepcji, jak i w pamięci roboczej33,34, postanowiliśmy dokładniej scharakteryzować behawioralne korelaty theta-rytmicznego próbkowania uwagi w pamięci roboczej, używając elementów składających się z wielu istotnych cechy paradygmatu retro-cue. Stawiamy hipotezę o rytmicznej modulacji skuteczności specyficznych porównań sond pamięci przy częstotliwości od 3 do 6 Hz po uwagach. Co więcej, stawiamy hipotezę, że behawioralne szeregi czasowe odpowiadające obu elementom pamięci będą modulowane w przeciwfazie, co wskazuje na naprzemienne uważne próbkowanie reprezentacji pamięci roboczej.

Znaczenie metodologiczne.

In a recent publication, Brookshire35 critically assesses the widely used statistical permutation tests based on the random shuffling of the behavior-SOA pairs (time shifting). This statistical procedure however does not take into account the non-periodic autocorrelational structure that might be present in the behavioral data and therefore leads to a large percentage (>5%) błędów typu-1. Brookshire35 proponuje alternatywny test statystyczny oparty na estymacji modeli autokorelacji AR(1).

Modele te wychwytują autokorelacyjną strukturę oryginalnych szeregów czasowych i skutecznie kontrolują współczynnik błędów typu-1. Aby przetestować wiarygodność naszych wyników, przeanalizowaliśmy nasze dane przy użyciu dwóch różnych technik składających się z (1) tradycyjnego przetwarzania wstępnego i przesuwania w czasie oraz (2) etapów wstępnego przetwarzania i metod statystycznych zalecanych przez Brookshire35. Pomogło to również uzyskać wgląd w to, czy i w jaki sposób te dwie techniki wpłynęły na wyniki. Chociaż obie techniki analizy dały częściowo różne wyniki, ujawniły porównywalne rytmiczne wahania zachowania w zakresie theta.

Materiały i metody

Uczestnicy. 26

W eksperymencie wzięły udział osoby (w wieku 19–28 lat, 19 kobiet) ze wzrokiem normalnym lub skorygowanym do normalnego. Formularze świadomej zgody zostały podpisane przed eksperymentem. Po ukończeniu uczestnicy otrzymywali punkty akademickie lub 12 euro. Eksperyment przeprowadzono zgodnie z protokołem zatwierdzonym przez Komisję Etyki Wydziału Nauk Społecznych i Behawioralnych Uniwersytetu w Utrechcie i zgodnie z Kodeksem Etycznym Światowego Stowarzyszenia Medycznego (Deklaracja Helsińska).

Eksperymentalny projekt.

Bodźce prezentowano z odległości 58 cm na wyświetlaczu LCD (27-cala, rozdzielczość 2560×1440, częstotliwość odświeżania 120 Hz) przy użyciu programu Psychophysics Toolbox działającego w programie MATLAB (MathWorks). Bodźce składały się z centralnego krzyża fiksacyjnego (średnica=0,3 stopnia), dwóch kołowych bodźców pamięciowych składających się z losowo zorientowanych siatek (średnica=10 stopnia; częstotliwość przestrzenna=4 cpdva), z których oba miały losowy kolor wybrany z przeciwnych faz przestrzeni barw CIELAB (48 próbkowanych kolorów; L=59, a=18, b=- 8), centralny wskaźnik koloru (0,93 stopnia), sondę (średnica=10 stopnia; częstotliwość przestrzenna=4 cpdva), której orientacja została nieznacznie przesunięta w stosunku do bodźca pamięciowego o tym samym kolorze, oraz maskę Mondriana składającą się z kolorowego wzoru (średnica=10 stopnia ; kod z 36).

Uczestnicy wykonali zadanie pamięci roboczej 2AFC, w którym poinstruowano ich, aby porównali orientację dwóch bodźców pamięciowych z orientacją sondy odpowiadającej kolorowi jednego z nich. Zachowanie w odpowiedzi na sondę mierzono przy użyciu metody gęstego próbkowania, która pozwoliła nam zmierzyć rytmiczny wpływ fluktuacji uwagi na przetwarzanie sondy. Próby rozpoczynano od prezentacji krzyża fiksacyjnego na pustym ekranie przez 1000 ms (ryc. 1). Następnie nastąpiła sekwencyjna prezentacja dwóch bodźców pamięciowych przez 1000 ms każdy (bodziec A i bodziec B). Po pustym opóźnieniu wynoszącym 1000 ms zaprezentowaliśmy wskazówkę przez 250 ms, która odpowiadała kolorowi bodźca A lub bodźca B i wskazywała, który z dwóch elementów pamięci roboczej będzie sondowany z 75% trafnością.

Na podstawie poprzednich badań postawiliśmy hipotezę, że wskazówka zresetuje rytmiczne próbkowanie uwagi, jednocześnie wymagając od uczestników zachowania reprezentacji elementu, który nie jest objęty wskazówką2,4,10,31. Po sygnale następował pusty ekran o zmiennym opóźnieniu (od 200 do 700 ms w krokach co 16,7 ms), po czym prezentowaliśmy bodziec sondujący przez 75 ms, który odpowiadał kolorem bodźcowi A lub bodźcowi B i był zorientowany lekko w prawo lub w lewo . Po kolejnym krótkim opóźnieniu wynoszącym 25 ms zaprezentowaliśmy maskę na 75 ms, po czym uczestnicy odpowiedzieli, jeśli orientacja sondy została przechylona zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara w stosunku do bodźca WM tego samego koloru. Uczestnicy odpowiadali, naciskając przycisk Q (w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara) lub przycisk P (w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara).

Eksperyment składał się z bloku zapoznawczego (~4 min), podczas którego uczestnicy przeprowadzili kilka prób z binarną informacją zwrotną na temat każdej próby. Następnie przeprowadzono procedurę schodkową (QUEST, 80 prób, ~10 min), która pozwoliła nam dostosować różnicę kątową w orientacji pomiędzy elementem pamięci a sondą, tak aby wydajność wynosiła średnio 75%37. Podczas tej procedury uczestnicy otrzymywali binarną informację zwrotną na koniec każdej próby. Po zakończeniu procedury schodów rozpoczął się główny eksperyment (20 bloków po 30 prób każdy, ~75 min). Główny eksperyment był identyczny z procedurą schodkową, z jedynym wyjątkiem: informacja zwrotna była teraz dostarczana na końcu każdego bloku w formie procentowej poprawności, a nie na końcu każdej próby. Zrobiono to, aby zminimalizować efekty treningu. W głównym eksperymencie wykorzystaliśmy stałą różnicę kątową pomiędzy próbką a sondami, która została wyznaczona podczas procedury schodkowej.

Analiza danych.

Rozważaliśmy tylko próby z czasem reakcji krótszym niż 2 s. W przypadku dwóch uczestników doprowadziło to do wykluczenia ponad 20% badań i dlatego zostali oni wykluczeni z analizy. W przypadku innego uczestnika nasze kryteria RT doprowadziły do ​​usunięcia wszystkich prób w określonej SOA i one również zostały usunięte z analizy. Do ostatecznej analizy włączono 23 uczestników. Średni czas reakcji i dokładność grupy analizowano za pomocą testów t dla dwóch próbek. Aby zbadać rytmiczne wahania zachowania, uśredniliśmy czasy reakcji w każdym z 30 kolejnych SOA dla każdego uczestnika. Pozwoliło nam to obliczyć behawioralne szeregi czasowe, które odzwierciedlają dynamiczne zmiany w skuteczności porównań sond (RT i dokładność) w okresie konserwacji.

Długość okna czasowego (500 ms) i odstępy między SOA (częstotliwość próbkowania 60 Hz) zostały wybrane tak, aby można było analizować częstotliwości od 2 do 30 Hz. Brano pod uwagę tylko prawidłowe próby, ponieważ najprawdopodobniej odzwierciedlały one pomyślne utrzymanie pamięci roboczej. Ponieważ postawiliśmy hipotezę, że wskazówka zresetuje próbkowanie uwagi do sygnalizowanego elementu, niezależnie od jego pozycji w szeregu, obliczyliśmy oddzielnie szeregi czasowe RT dla sond prawidłowo i nieprawidłowo. W poniższej sekcji przedstawiono odpowiednio kolejne etapy naszego pierwotnego potoku analizy i nowego potoku analizy.

For more information:1950477648nn@gmail.com