Обучение и память: задача «помни-знай»

Наш опыт памяти разнообразен и сложен. Иногда мы можем помнить события в ярких деталях, в то время как в других случаях у нас может быть лишь смутное чувство знакомости.

Первый тип, воспоминание, это воспоминание, которое запоминается с четкими подробностями о времени, когда оно было изучено, например, ужин предыдущего вечера, где вспоминался не только ужин с омаром, но и картины на стене и персонал ресторана, который вас обслуживал.

С другой стороны, знакомое воспоминание похоже на вспоминаемое в том, что оно известно, но отличается тем, что вызывается без каких-либо явных деталей, окружающих событие. То есть, в привычном воспоминании отсутствует конкретика обстановки, например, официант, который подавал ужин, или какая была обстановка.

В этом видео показано, как сочетать функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) с задачей под названием «Помни-знай», чтобы исследовать, как мозг, особенно гиппокамп, реагирует на суждения, сделанные в отношении повторяющихся или новых изображений, основанных на предыдущей работе, выполненной Гимбелом и Брюером.

В этом эксперименте участников просят пройти две фазы: первоначальное кодирование и тестирование фМРТ. В первой части, кодировании, они подвергаются воздействию цветных изображений именуемых объектов, таких как яблоко, которые они должны запомнить.

После презентации каждого пункта задается вопрос, способствующий привлечению внимания участников в ходе этого процесса.

Впоследствии, на втором этапе тестирования фМРТ, участников помещают внутрь сканера и с помощью проекционной системы показывают изображения: как те, которые наблюдались ранее, так и совершенно новые.

Перед каждым изображением предшествует фиксирующий крест, чтобы оптимизировать разделение гемодинамических реакций мозга по различным проявлениям.

Увидев каждое изображение, участников просят ответить одним из трех способов: «вспомнить», можно ли вспомнить предмет вместе с конкретными деталями его презентации; «знать», если это знакомо, но они не могут вспомнить конкретные детали о том, как видели это раньше; или «новый», если объект вообще не был виден.

В этом случае зависимой переменной является интенсивность гемодинамического сигнала, измеряемая после каждого типа ответа. Степень активации затем может быть визуализирована в виде кластеров вокселей на анатомическом сканировании мозга.

Ожидается, что гиппокамп — область в медиальной височной доле, особенно изученная в исследованиях обучения и памяти, — покажет большую активацию во время испытаний «помнить», чем во время испытаний «знать» и «новых».

Эти результаты подтверждают теорию двухпроцессного вспоминания, в которой гиппокамп поддерживает воспоминание, а другая нейронная область — за пределами гиппокампа — генерирует знакомство.

Для экспериментального контроля и обеспечения безопасности набирайте участников, которые являются правшами, с нормальным или скорректированным до нормальным зрением, не имеют в анамнезе психологических расстройств или клаустрофобии, а также не имеют металла в своем теле.

Попросите их заполнить форму магнитно-резонансного скрининга, добавив дополнительные вопросы, связанные с их здоровьем и безопасностью во время сеанса сканирования.

Прежде чем отправить участника в сканер, сядьте перед ноутбуком и познакомьте его с объектами, которые он должен запомнить для следующего сеанса. Объясните, что теперь они будут просматривать 256 цветных изображений, каждое в течение 3 секунд. Чтобы убедиться, что они внимательны, попросите их нажать клавишу «F», чтобы показать, что объект живой, или «J», если предмет неживой.

После того, как участник просмотрит все изображения, объясните, что эти изображения вместе с дополнительными 256 новыми элементами будут показаны внутри сканера. Также познакомьте их с кнопочной коробкой MR-safe, которую они будут использовать для классификации предметов как «помню», «знаю» или «роман», когда они появляются на экране.

Готовясь к входу в комнату сканирования, попросите участника убрать все металлические предметы со своего тела, включая сотовые телефоны, часы или ювелирные изделия, кошельки, ключи, ремни и монеты, из-за сильного магнитного поля. Используйте металлоискатель, чтобы убедиться, что на нем не осталось металлических предметов.

Далее провожайте участника возле сканера. Предоставьте беруши для защиты ушей от громких звуков и наушники, чтобы они могли слышать вас во время сканирования. Пусть они лягут на кровать, положив голову в катушку, и закрепите ее поролоновыми прокладками, чтобы избежать чрезмерных движений и размытия во время сканирования.

Поместите зеркало над глазами участника, чтобы отразить экран в задней части отверстия сканера. Убедитесь, что они оснащены сжимающим шариком на случай аварийной ситуации во время сканирования и кнопкой ответного ящика. Кроме того, напомните им, что очень важно держать их голову как можно более неподвижной на протяжении всего эксперимента.

После подъема станины сканера выровняйте участников и отправьте их в отверстие. В соседней комнате соберите анатомические изображения с высоким разрешением перед началом функциональной фазы, связанной с событием. Синхронизируйте начало предъявления стимула с началом функционального сканирования и позвольте участнику выполнить 512 попыток.

Чтобы завершить сеанс, выведите их из комнаты для сканирования. Проведите с ними брифинг, объяснив суть исследования и выплатив компенсацию за участие.

Чтобы начать анализ, сначала выполните предварительную обработку данных, выполнив коррекцию для уменьшения артефактов движения, временную фильтрацию для устранения дрейфа сигнала и пространственное сглаживание для увеличения отношения сигнал/шум.

Затем создайте модель ожидаемой гемодинамической реакции для каждого условия задачи. Подгонка данных под эту модель, в результате чего будет получена статистическая карта для каждого субъекта, где значение в каждом вокселе представляет степень, в которой этот воксель был вовлечен в условие задачи.

Зарегистрируйте мозг участника в стандартном атласе, чтобы объединить данные по всем предметам. Для выполнения анализа на уровне группы необходимо установить пороговые значения статистических карт с учетом поправки для множественных сравнений. Принимайте значимые воксели только в том случае, если они также встречаются в кластере заданного размера, чтобы свести к минимуму ложноположительные результаты.

Используя эти извлеченные кластеры, наложите их на средний анатомический мозг. Обратите внимание, что активация, измеренная во время испытаний «знать», была вычтена из активации, измеренной в испытаниях «помнить». Гиппокамп, очерченный здесь желтым цветом, показал значительно большую активацию для попыток «вспомнить» по сравнению с испытаниями «знать».

Чтобы изучить активацию гиппокампа более подробно, изобразите процент изменения сигнала во времени после начала действия стимула.

Изучение этого временного хода активности показало, что гиппокамп положительно реагировал, когда участники явно сообщали о запоминании стимулов и при определении новых стимулов.

Напротив, он реагировал отрицательно или очень мало, когда участники сообщали о чувстве знакомости или вообще не помнили образы.

Эти результаты подтверждают теорию двойственных процессов вспоминания памяти, в которой гиппокамп участвует в воспоминании, но не в знакомстве.

Теперь, когда вы знакомы с разработкой эксперимента с фМРТ, чтобы понять активацию мозга во время суждений о воспоминании и знакомстве у типичных взрослых, давайте рассмотрим дополнительные исследования, которые применяют парадигму «помни-знай».

Если гиппокамп играет центральную роль в воспоминании, его отсутствие может выявить диссоциацию в восстановлении памяти. Этот сценарий может быть рассмотрен путем сравнения пациентов с двусторонним повреждением гиппокампа с контрольной группой – индивидуумами без такого повреждения.

Интересно, что пациенты с повреждением показали ухудшение памяти по сравнению с контрольной группой, в то время как обе группы показали одинаково хорошие результаты во время испытаний знакомства. В совокупности эти результаты подтверждают особую роль гиппокампа в процессах воспоминаний.

Напротив, если бы у людей наблюдался увеличенный объем гиппокампа, мы бы предположили, что они также демонстрировали бы улучшенную память.

Один из таких примеров существует, и в нем участвуют лондонские таксисты, у которых было показано, что серое вещество гиппокампа увеличивается после многих лет запоминания обширных и сложных маршрутов по городу. Благодаря более крупным гиппокампам и превосходной памяти они своевременно доставляют пассажиров к месту назначения.

Исследователи также заинтересованы в получении более глубокого понимания механизмов, ответственных за восстановление памяти, чтобы улучшить ее другими способами. Возьмем, к примеру, лекцию по психологии в колледже, где представлено большое количество информации. Знание того, что материал хорошо знаком, не помогает при сдаче экзамена.

Вместо этого студенту нужно что-то еще, помимо чашки кофе, чтобы помочь ему запомнить. Возможно, прием соединения, улучшающего память, позволит лучше вспомнить всю дискуссию, чтобы успешно пройти этот важный тест.

Вы только что посмотрели вводное руководство JoVE к задаче «Помни-Знай». Теперь у вас должно быть хорошее понимание того, как планировать и проводить эксперимент по воспоминанию в сочетании с функциональной нейровизуализацией, как анализировать и интерпретировать результаты дифференциальной активации мозга и, наконец, как применять эту парадигму к сценариям реальной жизни.

Спасибо за просмотр!