Uczenie się i pamięć: zadanie zapamiętywania

Nasze doświadczenie pamięci jest zróżnicowane i złożone. Czasami możemy przypomnieć sobie wydarzenia w żywych szczegółach, podczas gdy innym razem możemy mieć tylko mgliste poczucie znajomości.

Pierwszy rodzaj, wspomnienie przywołane, to taki, który jest pamiętany z mocnymi szczegółami na temat czasu, w którym się go nauczono – na przykład doświadczenie kulinarne poprzedniego wieczoru, gdzie przypomniano sobie nie tylko kolację z homarem, ale także obrazy na ścianie i personel restauracji, który cię obsługiwał.

Z drugiej strony, znajome wspomnienie jest podobne do wspomnienia pod tym względem, że jest znane, ale różni się tym, że jest przywoływane bez żadnych wyraźnych szczegółów dotyczących wydarzenia. Oznacza to, że w znajomym wspomnieniu brakuje szczegółów dotyczących otoczenia, takich jak kelner, który podał obiad lub jaki był d?cor.

Ten film pokazuje, jak połączyć funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego - fMRI - z zadaniem o nazwie Remember-Know, aby zbadać, w jaki sposób mózg - zwłaszcza hipokamp - reaguje na osądy dokonywane w stosunku do powtarzających się lub nowych obrazów na podstawie wcześniejszych prac wykonanych przez Gimbela i Brewera.

W tym eksperymencie uczestnicy są proszeni o wykonanie dwóch faz: wstępnego kodowania i badania fMRI. W części pierwszej, kodowaniu, są narażeni na kolorowe obrazki nazwanych obiektów, takich jak jabłko, które muszą zapamiętać.

Po prezentacji każdego elementu zadawane jest pytanie, które zachęca uczestników do zwrócenia uwagi podczas tego procesu.

Następnie, w drugiej fazie – badania fMRI – uczestnicy są umieszczani w skanerze i za pomocą systemu projekcyjnego pokazywane są obrazy: te wcześniej obserwowane wraz z zupełnie nowymi.

Każde zdjęcie poprzedza krzyż fiksacyjny, aby zoptymalizować separację reakcji hemodynamicznych mózgu w różnych prezentacjach.

Po obejrzeniu każdego obrazu uczestnicy są proszeni o udzielenie odpowiedzi na jeden z trzech sposobów: "zapamiętaj", czy przedmiot można sobie przypomnieć wraz z konkretnymi szczegółami dotyczącymi jego prezentacji; 'wiedzą', jeśli jest znajomy, ale nie mogą sobie przypomnieć konkretnych szczegółów na temat tego, że widzieli go wcześniej; lub "nowy", jeśli obiekt w ogóle nie był widziany.

W tym przypadku zmienną zależną jest intensywność sygnału hemodynamicznego mierzona po każdym typie odpowiedzi. Zakres aktywacji można następnie zobrazować w postaci klastrów wokseli na anatomicznym skanie mózgu.

Oczekuje się, że hipokamp – region w przyśrodkowym płacie skroniowym badany w szczególności w badaniach nad uczeniem się i pamięcią – będzie wykazywał większą aktywację podczas prób "zapamiętywania" niż podczas prób "wiedzieć" i "nowych".

Odkrycia te wspierałyby dwuprocesową teorię przypominania sobie, w której hipokamp wspiera przypominanie, a inny region neuronalny - ten poza hipokampem - generuje znajomość.

Ze względu na kontrolę eksperymentalną i względy bezpieczeństwa, rekrutuj uczestników, którzy są praworęczni, z normalnym lub skorygowanym do normalnego widzenia, bez historii zaburzeń psychicznych lub cierpiących na klaustrofobię i bez metalu w ciele.

Poproś ich, aby wypełnili formularz badania przesiewowego rezonansu magnetycznego z dodatkowymi pytaniami dotyczącymi ich zdrowia i bezpieczeństwa obejmującymi sesję skanowania.

Przed wysłaniem uczestnika do skanera usiądź przed laptopem i wystaw go na działanie przedmiotów, o których musi pamiętać na następną sesję. Wyjaśnij, że będą teraz oglądać 256 kolorowych obrazów, każdy przez 3 sekundy. Aby upewnić się, że zwracają uwagę, poinstruuj ich, aby nacisnęli klawisz "F", aby wskazać, że obiekt jest żywy lub "J", jeśli przedmiot jest nieożywiony.

Po tym, jak uczestnik obejrzy wszystkie obrazy, wyjaśnij dalej, że te obrazy, wraz z dodatkowymi 256 nowymi przedmiotami, zostaną pokazane wewnątrz skanera. Zapoznaj się również z polem na przyciski MR, którego będą używać do klasyfikowania przedmiotów - jako "pamiętaj", "wiem" lub "nowe" - gdy pojawią się na ekranie.

Przygotowując się do wejścia do pokoju skanowania, poproś uczestnika o usunięcie wszystkich metalowych przedmiotów ze swojego ciała, w tym telefonów komórkowych, zegarków lub biżuterii, portfeli, kluczy, pasków i monet, ze względu na silne pole magnetyczne. Użyj wykrywacza metali, aby sprawdzić, czy nie pozostały żadne metalowe przedmioty.

Następnie odprowadź uczestnika w pobliże skanera. Zapewnij zatyczki do uszu, aby chronić uszy przed głośnymi dźwiękami i słuchawki, aby mogły Cię słyszeć podczas skanowania. Poproś ich, aby położyli się na łóżku z głową w cewce i zabezpiecz ją piankowymi podkładkami, aby uniknąć nadmiernego ruchu i rozmycia podczas skanowania.

Umieść lustro nad oczami uczestnika, aby odbijać ekran z tyłu otworu skanera. Upewnij się, że są wyposażone w kulkę do ściskania w nagłych wypadkach podczas skanowania oraz skrzynkę odpowiedzi przycisku. Przypomnij im również, że bardzo ważne jest, aby przez cały czas trwania eksperymentu trzymać głowę tak nieruchomo, jak to możliwe.

Po podniesieniu łoża skanera wyrównaj uczestnika i wyślij go do otworu. W sąsiednim pomieszczeniu zbierz obrazy anatomiczne o wysokiej rozdzielczości przed rozpoczęciem fazy funkcjonalnej związanej ze zdarzeniem. Zsynchronizuj początek prezentacji bodźca z rozpoczęciem skanowania funkcjonalnego i pozwól uczestnikowi ukończyć 512 prób.

Na zakończenie sesji wynieś je z pokoju skanowania. Zwróć na nich uwagę, przedstawiając wyjaśnienie badania i wynagrodzenie za ich udział.

Aby rozpocząć analizę, najpierw wstępnie przedrukuj dane, wykonując korekcję w celu zmniejszenia artefaktów ruchu, filtrowanie czasowe w celu usunięcia dryftów sygnału i wygładzanie przestrzenne w celu zwiększenia stosunku sygnału do szumu.

Następnie utwórz model oczekiwanej odpowiedzi hemodynamicznej dla każdego warunku zadania. Dopasuj dane do tego modelu, co spowoduje utworzenie mapy statystycznej dla każdego tematu, gdzie wartość każdego woksela reprezentuje stopień, w jakim ten woksel był zaangażowany w warunek zadania.

Zarejestruj mózg uczestnika w standardowym atlasie, aby połączyć dane z różnych obiektów. Aby przeprowadzić analizę na poziomie grupy, należy określić próg map statystycznych, biorąc pod uwagę poprawkę na wielokrotne porównania. Akceptuj znaczące woksele tylko wtedy, gdy występują one również w klastrze o danym rozmiarze, aby zminimalizować wyniki fałszywie dodatnie.

Korzystając z tych wyodrębnionych klastrów, nałóż je na przeciętny anatomiczny mózg. Należy zauważyć, że aktywacja mierzona podczas badań "wiedzących" została odjęta od tej w badaniach "pamiętaj". Hipokamp, zaznaczony tutaj na żółto, wykazał znacznie większą aktywację w badaniach "zapamiętywania" w porównaniu z badaniami "znanymi".

Aby bardziej szczegółowo zbadać aktywację hipokampa, wykreśl procentową zmianę sygnału w czasie po wystąpieniu bodźca.

Badanie tego przebiegu aktywności w czasie wykazało, że hipokamp reagował pozytywnie, gdy uczestnicy wyraźnie zgłaszali zapamiętywanie bodźców i podczas identyfikowania nowych bodźców – odnotowanych tutaj z pozytywnym odchyleniem.

W przeciwieństwie do tego, reagował negatywnie lub bardzo nieznacznie, gdy uczestnicy zgłaszali uczucie znajomości lub w ogóle nie pamiętali obrazów.

Wyniki te wspierają teorię podwójnego procesu przypominania pamięci, w której hipokamp jest zaangażowany w przypominanie pamięci, ale nie w znajomość.

Teraz, gdy jesteś już zaznajomiony z projektowaniem eksperymentu fMRI, aby zrozumieć aktywację mózgu podczas oceny wspomnień i znajomości u typowych dorosłych, przyjrzyjmy się dodatkowym badaniom, które stosują paradygmat Zapamiętaj-Wiedz.

Jeśli hipokamp odgrywa kluczową rolę w zapamiętywaniu, jego brak może ujawnić dysocjacje w odzyskiwaniu pamięci. Scenariusz ten można rozwiązać, porównując pacjentów z obustronnym uszkodzeniem hipokampa z osobami z grupy kontrolnej – osobami bez takich uszkodzeń.

Co ciekawe, pacjenci z uszkodzeniami wykazywali upośledzoną pamięć w porównaniu z grupą kontrolną, podczas gdy obie grupy wypadły równie dobrze podczas prób znajomości. Podsumowując, wyniki te potwierdzają specyficzną rolę hipokampa w procesach zapamiętywania.

Wręcz przeciwnie, jeśli osoby wykazywały zwiększoną objętość hipokampa, przewidujemy, że będą również wykazywać lepszą pamięć.

Jeden z takich przykładów istnieje i dotyczy londyńskich taksówkarzy, u których wykazano, że zwiększają swoją szarą komórkę hipokampa po latach zapamiętywania rozległych i skomplikowanych tras wokół miasta. Dzięki większym hipokampom i doskonałej pamięci przewożą pasażerów do właściwego miejsca docelowego w odpowiednim czasie.

Naukowcy są również zainteresowani uzyskaniem dalszego wglądu w mechanizmy odpowiedzialne za odzyskiwanie pamięci, aby wzmocnić ją w inny sposób. Weźmy na przykład wykład z psychologii w college'u, na którym prezentowane są duże ilości informacji. Wiedza o tym, że materiał jest znany, nie jest pomocna w przypadku egzaminu.

Zamiast tego uczeń potrzebuje czegoś innego – poza filiżanką kawy – aby pomóc w zapamiętywaniu. Być może, biorąc związek poprawiający pamięć, pozwoliłoby lepiej przypomnieć sobie całą dyskusję, aby zdać ten ważny test.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do zadania Zapamiętaj-Znaj. Teraz powinieneś dobrze zrozumieć, jak zaprojektować i przeprowadzić eksperyment przywoływania pamięci w połączeniu z funkcjonalnym neuroobrazowaniem, jak analizować i interpretować wyniki różnicowej aktywacji mózgu, a wreszcie, jak zastosować paradygmat w rzeczywistych scenariuszach.

Dzięki za oglądanie!