Het raadsel van het werkgeheugen: veranderende opvattingen, deel 2

Verborgen neurale netwerken in het werkgeheugen onthullen

Het is veel uitdagender om de hypothese te onderzoeken dat dynamisch gekoppelde, elektrisch stille neurale netwerken ten grondslag liggen aan het werkgeheugen, omdat fysiologische technieken, zoals EEG, fMRI en elektrofysiologie, de neuronale activiteit monitoren. Voortbouwend op de TMS-studies van Rose en anderen (2016), bedachten Wolff en anderen (2017) een unieke aanpak om te testen op de aanwezigheid van een elektrisch stil neuraal netwerk dat een onbeheerd werkgeheugen in stand houdt (Fig. 1A).

De afgelopen jaren heeft een toenemend aantal onderzoeken aangetoond dat er een nauw verband bestaat tussen dynamische koppeling en geheugen. Dynamische koppeling verwijst naar de coördinatie en synchronisatie tussen verschillende gebieden in het menselijk brein, terwijl geheugen het vermogen van het menselijk brein is om informatie op te slaan, te verwerken en terug te roepen.

Uit onderzoek is gebleken dat dynamische koppeling de overdracht van informatie en de integratie tussen neuronen in het menselijk brein kan bevorderen, waardoor de menselijke cognitie en uitvoerende functies worden verbeterd. Tegelijkertijd helpt een goede dynamische koppeling ook het leer- en geheugenvermogen van mensen te bevorderen. Wanneer een persoon bijvoorbeeld nieuwe kennis leert, zal de coördinatie en synchronisatie tussen verschillende gebieden geleidelijk versterken, wat de opslag en verwerking van nieuwe kennis zal bevorderen en de consolidatie en verbetering van het geheugen zal vergemakkelijken.

Daarnaast heeft onderzoek uitgewezen dat verschillende soorten geheugen geassocieerd zijn met verschillende dynamische koppelingen. Het kortetermijngeheugen hangt bijvoorbeeld nauw samen met de mate van dynamische koppeling tussen bepaalde gebieden in de hersenen; Het langetermijngeheugen omvat een breder scala aan gebieden in de hersenen en de dynamische koppeling daartussen. Daarom zal het handhaven van een goede dynamische koppeling de verbetering van de verschillende soorten geheugencapaciteiten van mensen helpen bevorderen.

Alles bij elkaar genomen is er een positief verband tussen dynamische koppeling en geheugen. Door de dynamische koppeling te versterken, kunnen mensen de cognitieve en uitvoerende functies verbeteren en het leer- en geheugenvermogen bevorderen. Daarom moeten we actief een goede dynamische koppeling onderzoeken en onderhouden om ons geheugen en leervermogen te verbeteren en onze kwaliteit van leven te verbeteren. Het is duidelijk dat we het geheugen moeten verbeteren, en Cistanche deserticola kan het geheugen aanzienlijk verbeteren, omdat Cistanche deserticola een traditioneel Chinees medicinaal materiaal is dat veel unieke effecten heeft, waaronder het verbeteren van het geheugen. De werkzaamheid van gehakt komt voort uit de verschillende actieve ingrediënten die het bevat, waaronder zuren, polysachariden, flavonoïden, enz. Deze ingrediënten kunnen op verschillende manieren de gezondheid van de hersenen bevorderen.

Klik op Weet hoe u uw kortetermijngeheugen kunt verbeteren

De onderzoekers redeneerden dat als er zich een elektrisch stil neuraal netwerk had gevormd dat voor de duur van het werkgeheugen werd vastgehouden, de reactie van het netwerk op systeemniveau zou moeten verschillen van de reactie als dit stille netwerk niet was gevormd.

In plaats van een TMS-puls toe te passen, zorgden de onderzoekers voor een niet-gerelateerde visuele stimulus (doelvormige cirkels) om neurale netwerken te reactiveren die verband houden met de visuele werkgeheugentaak. Als synaptische plasticiteit dynamische veranderingen in connectiviteit in de werkgeheugentaak had veroorzaakt, zou het onderzoeken van deze netwerken met een andere stimulus een andere neurale respons moeten opleveren dan wanneer het netwerk niet was veranderd.

De auteurs noemen dit het 'pingen' van de neurale netwerken om hun reactie te beoordelen. Bovendien zou de niet-specifieke visuele stimulus, in theorie, de activiteit kunnen reactiveren in de synaptisch gekoppelde stille neurale netwerken die het geheugen coderen, vergelijkbaar met TMS. Dit zou kunnen lijken op een reactivering van de EEG-reacties die worden opgeroepen wanneer het object uit het geheugen wordt opgeroepen.

Ter voorbereiding op de onderzoeken waarbij het niet-gerelateerde doelvormige beeld werd gebruikt om de neurale netwerken te "pingen", keken de deelnemers naar een scherm met twee naast elkaar gelegen objecten, en kregen ze de opdracht om beide items te onthouden. Na een korte vertraging wees een pijl naar links of rechts om de waarnemer te vertellen welk object onthouden moet worden voor een volgende test.

Dit object zou dan in het onbewaakte werkgeheugen worden bewaard, terwijl het andere object in het onbeheerde (onbewuste) geheugen zou worden vergeten of vastgehouden. De te onthouden objecten waren twee met strepen gevulde cirkels die zo werden gedraaid dat de strepen op elk een verschillende oriëntatie hadden. Na een vertraging werd een gestreepte cirkel weergegeven en moesten de deelnemers aangeven of dat 'sonde'-object met de klok mee of tegen de klok in was gedraaid ten opzichte van de gestreepte cirkel die ze in het werkgeheugen bewaarden.

De resultaten toonden aan dat verhoogde activiteit in de alfaband op geschikte elektrode-opnamelocaties voor objecten in het visuele werkgeheugen overeenkwam met de mate waarin het sonde-object qua rotatie verschilde van het object in het geheugen. Als de oriëntatie van het object in het werkgeheugen was vergeten, zou deze onderscheidende EEG-respons niet zijn verschenen en zou de nauwkeurigheid van de gerapporteerde reacties van de proefpersonen tot toeval zijn vervallen.

Ten tweede zou de EEG-respons die indicatief is voor de mate van rotatie van het sondebeeld ten opzichte van het beeld in het geheugen met de tijd afnemen, aangezien het werkgeheugen slechts enkele seconden in stand wordt gehouden. De resultaten toonden aan dat deze EEG-activiteit toenam na de pijlsignaal en werd gehandhaafd totdat het beeld werd gepresenteerd om de herinnering te testen, maar de activiteit keerde langzaam terug naar de basislijn met de tijd voor het object in onbeheerd geheugen (Fig. 1B). Dit ondersteunt de hypothese dat er verschillende mechanismen zijn die onbeheerde en bezochte werkherinneringen in stand houden, waarbij aanhoudende neurale activiteit geassocieerd is met wel bezochte maar niet onbeheerde herinneringen.

De onderzoekers gebruikten vervolgens een derde, niet-gerelateerde visuele stimulans om het systeem te pingen op veranderingen in de neurale netwerkfunctie, aangedreven door synaptische plasticiteit die theoretisch het werkgeheugen registreert. De niet-gerelateerde stimulus verhoogde de neurale activiteit voor het object in het bewaakte geheugen, maar niet voor het object in het onbeheerde geheugen (figuur 1C). De auteurs concludeerden dat, in tegenstelling tot bewaakte werkherinneringen, onbeheerde werkherinneringen worden opgeslagen door synaptische plasticiteit, waardoor dynamisch gekoppelde, maar elektrisch stille neurale netwerken worden gevormd, zonder dat er een voortdurende toename van de neurale activiteit nodig is.

De gegevens opnieuw onderzoeken

In een recent onderzoek zijn de oorspronkelijke gegevens van Wolff en anderen (2017) opnieuw onderzocht en is gebleken dat de neurale reactie op het object in het onbeheerde geheugen gedurende de gehele duur aanhield voordat het werd opgeroepen, wanneer de gegevens op een andere manier werden geanalyseerd. In plaats van de EEG-spanning te monitoren, analyseerden Barbosa en anderen (2021) de kracht van de alfabandEEG-activiteit. De toegenomen kracht van de EEG-activiteit die indicatief was voor zowel de objecten in het bewaakte als het onbewaakte werkgeheugen bleef gehandhaafd gedurende de tijd vóór de herinnering (Fig. 1D).

De reacties in termen van alfakracht werden versterkt door de niet-gerelateerde visuele stimulus die het systeem 'pingde', maar het feit dat een actieve reactie duidelijk was voor zowel bezochte als onbeheerde herinneringen maakt de effecten van het uitlokken van actieve reacties op visuele pings als een methode om verborgen geheugen te onthullen enigszins betwistbaar. staten die geheugen opslaan. Bovendien zou visueel pingen de activiteit kunnen stimuleren in neurale netwerken die worden ondersteund door het afvuren van actiepotentialen, maar ook in vermeende elektrisch stille netwerken, zodat de visuele pingtechniek geen duidelijk onderscheid kan maken tussen deze twee mechanismen van informatieopslag.

Barbosa en anderen (2021) redeneren dat spanningsmetingen onderhevig zijn aan grotere variaties vanwege basislijndrift en variatie in de impedantie van hoofdhuidelektroden, terwijl de frequentie en het vermogen van oscillaties robuuster zijn voor dergelijke technische problemen. De voortdurende toename van neurale activiteit geassocieerd met onbeheerd geheugen werd dus niet gedetecteerd door Wolff en anderen (2017) vanwege signaal-ruisbeperkingen. Bovendien toonde hun analyse aan dat de kracht van de statistische analyse van de oorspronkelijke gegevens zwak was en dat een grotere steekproefomvang waarschijnlijk een verhoogde aanhoudende activiteit tijdens de vertragingsperiode zou hebben gedetecteerd voor objecten in een onbeheerd geheugen.

Bij nadere analyse bleek ook dat er sprake was van een grote variatie in reacties tussen proefpersonen, en dat in veel gevallen een aanhoudende toename van de EEG-spanning duidelijk gepaard ging met onbeheerd geheugen, maar bij andere proefpersonen was dit niet duidelijk. De toegenomen variantie zou de pogingen hebben ondermijnd om een ​​aanhoudende toename van de elektrische activiteit te identificeren die een onbeheerd geheugen in stand houdt.

Conclusies

Een heranalyse van de oorspronkelijke gegevens vernietigt de conclusies van het invloedrijke onderzoek van Wolff en anderen (2017), waarin geen signatuur van het werkgeheugen werd gevonden in termen van verhoogde aanhoudende EEG-activiteit, maar het ontkracht de experimenten niet en levert ook geen bewijs dat synaptische plasticiteit dat wel doet. vormen geen dynamische ensembles van neurale netwerken die ten grondslag liggen aan het werkgeheugen. De heranalyse demonstreert alleen maar de waarheid dat 'de afwezigheid van bewijs geen bewijs van afwezigheid is'. De oorspronkelijke experimenten en de gegevens zijn geldig, maar de conclusies veranderen wanneer ze anders worden geanalyseerd.

Belangrijk is dat deze twee artikelen de kracht van samenwerking in wetenschappelijk onderzoek aantonen, aangezien Wolff en collega's hun ruwe gegevens aan Barbosa en collega's hebben verstrekt voor heranalyse en zij dankbaar worden erkend voor hun nuttige discussies. Beide groepen erkennen dat het veel moeilijker is om experimenteel bewijs te verkrijgen ter ondersteuning van het synaptische plasticiteitsmechanisme voor het werkgeheugen, aangezien het per definitie elektrisch stil is.

Dit is vooral het geval als dergelijke stille mechanismen samenwerken met actieve mechanismen die de detectie ervan verstoren. Het axioma met betrekking tot 'de afwezigheid van bewijs...' heeft nog meer betrekking op het verwerpen van de stille neurale netwerkhypothese op basis van het huidige gebrek aan bewijs.

Deze twee mechanismen kunnen zelfs samenwerken. Uit onderzoek van Trübutschek en anderen (2017) blijkt dat deelnemers zich informatie kunnen herinneren waarvan ze zich niet bewust zijn, ook al wordt er geen actieve neurale respons gedetecteerd door EEG die aanhoudt tijdens de vertragingsperiode vóór het testen van de herinnering. Ze suggereren dat, na een voorbijgaande coderingsfase via actieve neuronale activering, onbewuste stimuli in stand kunnen worden gehouden door actieve kortetermijnveranderingen in synaptische gewichten zonder enige detecteerbare neurale activiteit, waardoor het ophalen gedurende enkele seconden mogelijk is.

Hoe het bestaan ​​van een mogelijk elektrisch stil neuraal proces kan worden onthuld, blijft een raadsel, maar het vinden van manieren om mogelijke veranderingen in de synaptische connectiviteit die het werkgeheugen kunnen beïnvloeden te onderzoeken, zal een krachtig streven blijven, dat ongetwijfeld tot nieuwe samenwerkingen en nieuwe ontwikkelingen zal leiden.

Verklaring van tegenstrijdige belangen

De auteur heeft verklaard dat er geen sprake is van mogelijke belangenverstrengeling met betrekking tot het onderzoek, het auteurschap en/of de publicatie van dit artikel.

Financiering

De auteur(s) hebben de ontvangst bekendgemaakt van de volgende financiële steun voor het onderzoek, het auteurschap en/of de publicatie van dit artikel: Dit werk werd ondersteund door de intramurale subsidie ​​nr.ZIAHD000713 van de NIH.

Referenties

1.Barak O, Tsodyks M, Romo R. 2010. Neuronale populatiecodering van parametrisch werkgeheugen. J Neurosci 30: 9424–30.

2.Barbosa J, Lozano-Soldevilla D, Compte, A. 2021. Het pingen van de hersenen met visuele impulsen onthult elektrisch actieve, niet activiteitsstille, werkherinneringen. PLoS Biol 19(10):e3001436.

3. Butters N, Pandya D. 1969. Behoud van het vertraagde afwisselingseffect van selectieve laesies van sulcus principalis. Wetenschap 165: 1271–3.

4.Courtney SM, Ungerleider LG, Keil K, Haxby JV. 1997. Voorbijgaande en aanhoudende activiteit in een gedistribueerd neuraal systeem voor werkgeheugen. Natuur 386: 608–11.

5. Foster JJ, Sutterer DW, Serences JT, Vogel EK, Awh E. 2016. De topografie van alfabandactiviteit volgt de inhoud van het ruimtelijke werkgeheugen. J Neurofysiol 115(1):168–77.

6.Fuster JM, Alexander GE. 1971. Neuronactiviteit gerelateerd aan kortetermijngeheugen. Wetenschap 173: 652–4.

7. Goldman-Rakic ​​PS. 1995. Cellulaire basis voor werkgeheugen. Neuron 14: 447–85.

8. Lewis-Peacock JA, Drysdale AT, Oberauer K, Postle BR. 2012. Neuraal bewijs voor een onderscheid tussen kortetermijngeheugen en de focus van aandacht. J Cogn Neurosci 24:61–79.

9. Linden DEJ. 2007. De werkgeheugennetwerken van het menselijk brein. Neurowetenschapper 13(3):257–67.

10.Mongillo G, Barak O, Tsodyks M. 2008. Synaptische theorie van werkgeheugen. Wetenschap 319: 1543–6.

For more information:1950477648nn@gmail.com