Lernen und Gedächtnis: Die Remember-Know Aufgabe

Unsere Erfahrung des Gedächtnisses ist vielfältig und komplex. Manchmal können wir uns an Ereignisse in lebhaften Details erinnern, während wir manchmal nur ein vages Gefühl der Vertrautheit haben.

Die erste Art, eine erinnerte Erinnerung, ist eine, an die man sich mit starken Details über die Zeit erinnert, zu der sie gelernt wurde, wie z.B. an ein Abendessen am Vorabend, bei dem nicht nur an das Hummeressen erinnert wurde, sondern auch an die Gemälde an der Wand und das Restaurantpersonal, das einen bediente.

Auf der anderen Seite ähnelt eine vertraute Erinnerung einer erinnerten insofern, als sie bekannt ist, sich aber dadurch unterscheidet, dass sie ohne explizite Details rund um das Ereignis abgerufen wird. Das heißt, in einer vertrauten Erinnerung fehlen Einzelheiten über die Umgebung, wie z.B. der Kellner, der das Abendessen servierte, oder was der D?cor war.

Dieses Video zeigt, wie die funktionelle Magnetresonanztomographie - fMRT - mit einer Aufgabe namens Remember-Know kombiniert werden kann, um zu untersuchen, wie das Gehirn - insbesondere der Hippocampus - auf Urteile reagiert, die auf wiederholten oder neuartigen Bildern basieren, basierend auf früheren Arbeiten von Gimbel und Brewer.

In diesem Experiment werden die Teilnehmer gebeten, zwei Phasen zu durchlaufen: die Erstkodierung und den fMRT-Test. Im ersten Teil, der Kodierung, werden sie farbigen Bildern von benennbaren Objekten ausgesetzt, wie z. B. einem Apfel, die sie sich merken müssen.

Im Anschluss an die Präsentation jedes Gegenstandes wird eine Frage gestellt, die die Aufmerksamkeit der Teilnehmer während dieses Prozesses fördert.

In der zweiten Phase, der fMRT-Untersuchung, werden die Teilnehmer in einen Scanner gesetzt und über ein Projektionssystem werden Bilder gezeigt: die zuvor beobachteten und brandneue Bilder.

Jedem Bild geht ein Fixationskreuz voraus, um die Trennung der hämodynamischen Reaktionen des Gehirns zwischen den verschiedenen Präsentationen zu optimieren.

Nachdem sie jedes Bild gesehen haben, werden die Teilnehmer gebeten, auf eine von drei Arten zu antworten: "Merken", ob das Element zusammen mit spezifischen Details zu seiner Präsentation abgerufen werden kann; "wissen", ob es bekannt ist, aber sie können sich nicht an bestimmte Details erinnern, wenn sie es zuvor gesehen haben; oder "neu", wenn das Objekt überhaupt nicht gesehen wurde.

In diesem Fall ist die abhängige Variable die Intensität des hämodynamischen Signals, die nach jedem Antworttyp gemessen wird. Das Ausmaß der Aktivierung kann dann auf einem anatomischen Gehirnscan in Voxelclustern visualisiert werden.

Es wird erwartet, dass der Hippocampus - eine Region im medialen Temporallappen, die insbesondere in Lern- und Gedächtnisstudien untersucht wird - während der "Erinnerungs"-Studien eine stärkere Aktivierung zeigt als während der "Wissen"- und "Neu"-Studien.

Diese Ergebnisse würden eine Dual-Prozess-Theorie des Gedächtnisabrufs unterstützen, bei der der Hippocampus die Erinnerung unterstützt und eine andere neuronale Region - eine außerhalb des Hippocampus - Vertrautheit erzeugt.

Rekrutieren Sie aus Gründen der experimentellen Kontrolle und der Sicherheit Teilnehmer, die Rechtshänder sind, ein normales oder auf normales Sehvermögen korrigiert haben, keine psychischen Störungen in der Vorgeschichte haben oder an Klaustrophobie leiden und kein Metall in ihrem Körper haben.

Lassen Sie sie ein Magnetresonanz-Screening-Formular ausfüllen, mit zusätzlichen Fragen zu ihrer Gesundheit und Sicherheit, die die Scansitzung umfassen.

Bevor Sie den Teilnehmer in den Scanner schicken, setzen Sie sich vor einen Laptop und setzen Sie ihn Objekten aus, die er sich für die nächste Sitzung merken muss. Erklären Sie, dass sie jetzt 256 Farbbilder für jeweils 3 s anzeigen werden. Um sicherzustellen, dass sie aufmerksam sind, weisen Sie sie an, die Taste "F" zu drücken, um anzuzeigen, dass ein Objekt lebendig ist, oder "J", wenn es sich um einen nicht lebenden Gegenstand handelt.

Nachdem der Teilnehmer alle Bilder angesehen hat, erklären Sie weiter, dass diese Bilder zusammen mit weiteren 256 neuen Elementen im Scanner gezeigt werden. Stellen Sie ihnen auch die MR-sichere Schaltflächenbox vor, die sie verwenden werden, um Gegenstände als "erinnern", "Wissen" oder "Roman" zu klassifizieren, wenn sie auf dem Bildschirm erscheinen.

Bitten Sie den Teilnehmer in Vorbereitung auf den Betreten des Scan-Raums, aufgrund des starken Magnetfelds alle Metallgegenstände von seinem Körper zu entfernen, einschließlich Mobiltelefone, Uhren oder Schmuck, Geldbörsen, Schlüssel, Gürtel und Münzen. Verwenden Sie einen Metalldetektor, um zu überprüfen, ob keine Metallteile übrig geblieben sind.

Begleiten Sie den Teilnehmer anschließend in die Nähe des Scanners. Stellen Sie Ohrstöpsel bereit, um die Ohren vor lauten Geräuschen zu schützen, und Kopfhörer, damit sie Sie während des Scans hören können. Lassen Sie sie sich mit dem Kopf in der Spirale auf das Bett legen und sichern Sie sie mit Schaumstoffpolstern, um übermäßige Bewegungen und Unschärfen während des Scans zu vermeiden.

Platzieren Sie einen Spiegel über den Augen des Teilnehmers, um einen Bildschirm auf der Rückseite der Scannerbohrung zu reflektieren. Stellen Sie sicher, dass sie während des Scans mit einem Quetschball für den Notfall und der Button-Response-Box ausgestattet sind. Erinnern Sie sie auch daran, dass es sehr wichtig ist, ihren Kopf während des gesamten Experiments so ruhig wie möglich zu halten.

Nachdem Sie das Scannerbett angehoben haben, richten Sie den Teilnehmer aus und schicken Sie ihn in die Bohrung. Sammeln Sie im Nebenraum hochauflösende anatomische Bilder, bevor Sie mit der ereignisbezogenen, funktionellen Phase beginnen. Synchronisieren Sie den Beginn der Stimuluspräsentation mit dem Start des Funktionsscans und ermöglichen Sie dem Teilnehmer, 512 Versuche abzuschließen.

Um die Sitzung abzuschließen, bringen Sie sie aus dem Scanraum. Führen Sie eine Nachbesprechung durch, indem Sie eine Erklärung der Studie und eine Entschädigung für ihre Teilnahme geben.

Um mit der Analyse zu beginnen, verarbeiten Sie die Daten zunächst vor, indem Sie eine Korrektur durchführen, um Bewegungsartefakte zu reduzieren, eine zeitliche Filterung, um Signalabweichungen zu entfernen, und eine räumliche Glättung, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.

Erstellen Sie dann ein Modell der erwarteten hämodynamischen Reaktion für jede Aufgabenbedingung. Passen Sie die Daten an dieses Modell an, was zu einer statistischen Karte für jedes Subjekt führt, wobei der Wert an jedem Voxel das Ausmaß darstellt, in dem dieses Voxel an der Aufgabenbedingung beteiligt war.

Registrieren Sie das Gehirn des Teilnehmers in einem Standardatlas, um Daten über Probanden hinweg zu kombinieren. Um eine Analyse auf Gruppenebene durchzuführen, legen Sie einen Schwellenwert für die statistischen Karten fest, wobei die Korrektur für Mehrfachvergleiche berücksichtigt wird. Akzeptieren Sie signifikante Voxel nur, wenn sie auch innerhalb eines Clusters einer bestimmten Größe auftreten, um falsch positive Ergebnisse zu minimieren.

Überlagern Sie diese extrahierten Cluster mit einem durchschnittlichen anatomischen Gehirn. Es ist zu beachten, dass die während der "Know"-Versuche gemessene Aktivierung von der in den "Remember"-Versuchen gemessenen Aktivierung abgezogen wurde. Der Hippocampus, hier gelb umrandet, zeigte eine signifikant höhere Aktivierung für "Remember"-Studien im Vergleich zu "Know"-Studien.

Um die Aktivierung des Hippocampus genauer zu untersuchen, stellen Sie den Prozentsatz der Signaländerung im Laufe der Zeit nach dem Einsetzen des Stimulus dar.

Die Untersuchung dieses Zeitverlaufs der Aktivität zeigte, dass der Hippocampus positiv reagierte, wenn die Teilnehmer explizit angaben, sich an die Reize zu erinnern und wenn sie neue Reize identifizierten, die hier mit einer positiven Ablenkung festgestellt wurden.

Im Gegensatz dazu reagierte es negativ oder sehr wenig, wenn die Teilnehmer von Gefühlen der Vertrautheit berichteten oder sich überhaupt nicht an Bilder erinnerten.

Diese Ergebnisse unterstützen eine duale Prozesstheorie des Gedächtnisabrufs, bei der der Hippocampus an der Gedächtniserinnerung, aber nicht an der Vertrautheit beteiligt ist.

Nachdem Sie nun mit der Entwicklung eines fMRT-Experiments vertraut sind, um die Gehirnaktivierung während der Beurteilung von Erinnerung und Vertrautheit bei typischen Erwachsenen zu verstehen, schauen wir uns weitere Studien an, die das Remember-Know-Paradigma anwenden.

Wenn der Hippocampus eine zentrale Rolle beim Erinnern spielt, könnte sein Fehlen Dissoziationen beim Abrufen des Gedächtnisses offenbaren. Dieses Szenario kann durch den Vergleich von Patienten mit bilateralen Hippocampus-Schäden mit Kontrollpersonen ohne solche Schäden beantwortet werden.

Interessanterweise zeigten Patienten mit Schädigung im Vergleich zu Kontrollen eine beeinträchtigte Gedächtniserinnerung, während beide Gruppen in Vertrautheitsstudien gleich gut abschnitten. Zusammengenommen unterstützen diese Ergebnisse eine spezifische Rolle des Hippocampus bei Erinnerungsprozessen.

Im Gegenteil, wenn Individuen ein erhöhtes Hippocampusvolumen zeigten, würden wir vorhersagen, dass sie auch ein verbessertes Gedächtnis zeigen würden.

Ein solches Beispiel existiert und betrifft Londoner Taxifahrer, bei denen gezeigt wurde, dass sie ihre graue Substanz im Hippocampus vergrößern, nachdem sie sich jahrelang ausgedehnte und komplexe Routen durch die Stadt gemerkt hatten. Mit ihren größeren Hippocampi und ihrem hervorragenden Gedächtnis befördern sie die Passagiere rechtzeitig an ihr richtiges Ziel.

Die Forscher sind auch daran interessiert, weitere Einblicke in die Mechanismen zu gewinnen, die für den Abruf von Erinnerungen verantwortlich sind, um ihn auf andere Weise zu verbessern. Nehmen wir zum Beispiel eine Psychologie-Vorlesung an einer Hochschule, in der große Mengen an Informationen präsentiert werden. Zu wissen, dass der Stoff vertraut ist, ist für eine Prüfung nicht hilfreich.

Stattdessen braucht ein Schüler etwas anderes - als eine Tasse Kaffee zu trinken -, um sich zu erinnern. Vielleicht würde die Einnahme einer gedächtnisfördernden Verbindung ein verbessertes Erinnern an die gesamte Diskussion ermöglichen, um diesen wichtigen Test zu bestehen.

Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die Remember-Know-Aufgabe gesehen. Jetzt sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie das Gedächtnis-Recall-Experiment in Verbindung mit funktioneller Neurobildgebung entwerfen und durchführen, wie Sie unterschiedliche Gehirnaktivierungsergebnisse analysieren und interpretieren und schließlich, wie Sie das Paradigma auf reale Szenarien anwenden.

Danke fürs Zuschauen!