Overview
מקור: מעבדות של ג'ונאס ט. קפלן ושרה גימבל – אוניברסיטת דרום קליפורניה
חוויית הזיכרון שלנו מגוונת ומורכבת. לפעמים אנו זוכרים אירועים בפירוט רב, בעוד שבפעמים אחרות ייתכן שיש לנו רק תחושה מעורפלת של היכרות. חוקרי זיכרון עשו הבחנה בין זיכרונות שנזכרים לעומת אלה המוכרים. פריט שנזכר הוא פריט שלא רק זכור, אלא נושא איתו פרטים על התקופה שבה הוא נלמד או קודד. כמו פריט שנזכר, גם פריט מוכר נזכר, אך הוא ריק מכל פרט על הנסיבות הסובבות את הקידוד שלו. מחקרים רבים של זיכרון והיכרות התמקדו באונה הטמפורלית המתייחדת (MTL), במיוחד ההיפוקמפוס, שכן מעורבותה בקידוד זיכרון, איחוד ואחזור ידועה ונחקרת היטב. 1-3
וידאו זה מראה כיצד לנהל את המשימה זכור-דע4 כדי להשוות את הפעלת המוח בשני סוגים אלה של אחזור זיכרון. בהקשר זה, זכור הוא מונח נוסף לזיכרון, בעוד ידע מתייחס לזיכרונות מוכרים אך לא נזכרים במפורש. בגירסה זו של משימת זוכר-דע, המשתתפים נחשפים לסדרה של תמונות צבעוניות, ומתבקשים לזכור מה הם רואים. בתוך סורק fMRI, הם ייחשפו הן לתמונות שנחקרו והן לתמונות חדשניות, והם יעשו שיפוט "זכור", "יודע" או "חדש" על כל תמונה, המציין איזה סוג של זיכרון יש להם עבור פריט זה. לאחר הסריקה תיבדק פעילות מוחית והיפוקמפוס שלמה כדי לקבוע פעילות דיפרנציאלית הקשורה לזיכרון והיכרות. מחקר זה מבוסס על מחקר שבוצע על ידי גימבל וברואר. 5
Procedure
1. גיוס משתתפים
- לגייס 20 משתתפים.
- המשתתפים צריכים להיות ימניים ואין להם היסטוריה של הפרעות נוירולוגיות או פסיכולוגיות.
- המשתתפים צריכים להיות בעלי ראייה נורמלית או מתוקנת לנורמלית כדי להבטיח שהם יוכלו לראות את הרמזים החזותיים כראוי.
- המשתתפים לא צריכים להיות מתכת בגוף שלהם. זוהי דרישת בטיחות חשובה בשל השדה המגנטי הגבוה המעורב fMRI.
- המשתתפים לא צריכים לסבול קלסטרופוביה, שכן fMRI דורש שוכב בחלל הקטן של הסורק משעמם.
2. הליכי טרום סריקה
- מלא ניירת סריקה מראש.
- כאשר המשתתפים מגיעים לסריקת ה- fMRI שלהם, הנחו אותם למלא תחילה טופס מסך מתכת כדי לוודא שאין להם אינדיקציות נגדיות ל- MRI, טופס ממצאים מקריים המעניק הסכמה לסריקה שלהם להיבדק על ידי רדיולוג, טופס הסכמה המפרט את הסיכונים והיתרונות של המחקר.
- תם למשתתף לשבת מול מחשב נייד, ולהראות לו 256 תמונות צבעוניות של אובייקטים שניתן להם שמות(למשל,מאוורר, תפוח, בייסבול), כל אחד ל-3 s.
- עבור כל אובייקט, המשתתפים לוחצים על כפתור כדי לציין אם מדובר באובייקט חי או שאינו חי. משימה זו מבטיחה את תשומת לבם לגירויים.
- הכן את המשתתפים להיכנס לסורק על ידי הסרת כל המתכת מגופם, כולל חגורות, ארנקים, טלפונים, קליפסים לשיער, מטבעות וכל התכשיטים.
3. לספק הוראות למשתתף.
- בסורק, הצג למשתתף את כל 256 התמונות שנבדקו לפני הסריקה, ו-256 תמונות חדשניות נוספות.
- המשתתפים שופטים כל תמונה עם תגובות "זכור", "יודע", או "רומן" באמצעות תיבת כפתורים בטוחה MR.
- הנחה את המשתתפים להגיב "זכרו" אם הם ראו את התמונה במהלך פגישת המחקר ויכולים להיזכר בפרטים ספציפיים על המצגת שלה.
- הנחו את המשתתפים להגיב "לדעת" אם התמונה מוכרת אך הם לא זכרו פרטים ספציפיים על כך שראו אותה בעבר.
- הנחה את המשתתפים להגיב "חדש" אם הם לא ראו את התמונה לפני כן.
- להדגיש בפני המשתתף את החשיבות של שמירה על הראש שלהם עדיין לאורך הסריקה.
4. שים את המשתתף בסורק.
- תן את אטמי האוזניים של המשתתף כדי להגן על אוזניהם מפני הרעש של הסורק וטלפוני האוזן ללבוש כדי שיוכלו לשמוע את הנסיין במהלך הסריקה, ויש להם לשכב על המיטה עם הראש שלהם ב סליל.
- תן למשתתף את כדור סחיטה חירום והנחה אותם לסחוט אותו במקרה חירום במהלך הסריקה.
- השתמש רפידות קצף כדי לאבטח את הראש של המשתתפים ב סליל כדי למנוע תנועה עודפת במהלך הסריקה, ולהזכיר למשתתף כי חשוב מאוד להישאר בשקט ככל האפשר במהלך הסריקה, כמו אפילו התנועות הקטנות ביותר לטשטש את התמונות.
5. איסוף נתונים
- לאסוף סריקה אנטומית ברזולוציה גבוהה.
- התחל בסריקה פונקציונלית.
- סנכרן את תחילת מצגת הגירוי עם תחילת הסורק.
- הצג תמונות באמצעות מחשב נישא המחובר למקרן. למשתתף יש מראה מעל עיניהם, המשקפת מסך בחלק האחורי של הסורק.
- הצג כל תמונה עבור 3 s.
- מצגת תמונות משולבת עם 1.5-4.5 s של קו בסיס חוצה קיבוע, מכיוון שזוהי פעילות הקשורה לאירוע. חפיפה דיפרנציאלית בתגובה המודינמית לכל ניסוי הופכת את האותות להפרדה יותר.
6. נהלים שלאחר הסריקה
- תוציא את המשתתף מהסורק.
- לתחקר את המשתתף.
7. ניתוח נתונים
- מעבד מראש את הנתונים.
- בצע תיקון תנועה כדי להפחית את ממצאי התנועה.
- בצע סינון זמני כדי להסיר את הסחף האות.
- החלק את הנתונים כדי להגדיל את יחס האות לרעש.
- דוגמנו את הנתונים עבור כל משתתף.
- צור מודל של התגובה המודינמית הצפויה צריכה להיות עבור כל תנאי פעילות.
- התאם את הנתונים למודל זה, וכתוצאה מכך מפה סטטיסטית, שבה הערך בכל voxel מייצג את המידה שבה voxel היה מעורב במצב המשימה.
- רשום את מוח המשתתף לאטס סטנדרטי על מנת לשלב נתונים בין המשתתפים.
- שלב מפות סטטיסטיות בין נושאים לניתוח ברמת הקבוצה של הנתונים.
- סף המפות הסטטיסטיות, תוך התחשבות בתיקון להשוואות מרובות. מכיוון שבדיקות סטטיסטיות מבוצעות בכל ווקסל במוח, אנו מצפים למספר לא מבוטל של תוצאות חיוביות כוזבות עם סף סטטיסטי סטנדרטי. דרך אחת להתמודד עם זה היא לקבל voxels משמעותי רק אם הם מתרחשים גם בתוך אשכול בגודל נתון.
חוויית הזיכרון שלנו מגוונת ומורכבת. לפעמים אנו יכולים לזכור אירועים בפירוט רב, בעוד שבפעמים אחרות ייתכן שיש לנו רק תחושה מעורפלת של היכרות.
הסוג הראשון, זיכרון שנזכר, הוא כזה שנזכר בפרטים חזקים על התקופה שבה נלמד - כמו חווית אוכל בערב הקודם, שם לא רק נזכרה ארוחת הלובסטר, אלא גם הציורים שעל הקיר וצוות המסעדה שהגישו אתכם.
מצד שני, זיכרון מוכר דומה לזה שנזכר בכך שהוא ידוע, אך שונה בכך שהוא נזכר ללא פרטים מפורשים סביב האירוע. כלומר, זיכרון מוכר חסר פרטים על התפאורה, כמו המלצר שהגיש ארוחת ערב או מה היה העיצוב.
סרטון וידאו זה מדגים כיצד לשלב הדמיית תהודה מגנטית תפקודית – fMRI – עם משימה הנקראת Remember-Know כדי לחקור כיצד המוח – במיוחד ההיפוקמפוס – מגיב לפסיקות שנעשו כלפי תמונות חוזרות ונשנות או חדשניות המבוססות על עבודה קודמת שבוצעה על ידי גימבל וברואר.
בניסוי זה, המשתתפים מתבקשים להשלים שני שלבים: קידוד ראשוני ובדיקת fMRI. בחלק הראשון, קידוד, הם חשופים לתמונות צבעוניות של אובייקטים שמות, כגון תפוח, אשר הם חייבים לזכור.
לאחר המצגת של כל פריט, נשאלת שאלה, המקדמה את תשומת הלב של המשתתפים במהלך תהליך זה.
לאחר מכן, בשלב השני – בדיקות fMRI – המשתתפים ממוקמים בתוך סורק, ובאמצעות מערכת הקרנה, מוצגים תמונות: אלה שנצפו בעבר יחד עם חדשים לגמרי.
צלב קיבעון מקדים כל תמונה כדי למטב את ההפרדה בין התגובות המודינמיות במוח במצגות השונות.
לאחר שהם רואים כל תמונה, המשתתפים מתבקשים להגיב באחת משלוש דרכים: 'זכור' אם ניתן להחזיר את הפריט יחד עם פרטים ספציפיים על המצגת שלו; "יודע", אם זה מוכר אבל הם לא זוכרים פרטים ספציפיים על לראות את זה לפני; או 'חדש', אם האובייקט לא נראה כלל.
במקרה זה, המשתנה התלוי הוא עוצמת האות המודינמי הנמדד לאחר כל סוג תגובה. לאחר מכן ניתן לדמיין את מידת ההפעלה לאשכולות של ווקסלים בסריקת מוח אנטומית.
ההיפוקמפוס – אזור באונה הטמפורלית המתיונית הנחקרת במיוחד בלימודי למידה וזיכרון – צפוי להראות הפעלה רבה יותר במהלך הניסויים 'זכור' מאשר במהלך הניסויים 'יודע' ו'חדש'.
ממצאים אלה יתמכו בתיאוריה דו-תהליכית של זיכרון, שבה ההיפוקמפוס תומך בזיכרון ובאזור עצבי אחר – אחד מחוץ להיפוקמפוס – יוצר היכרות.
לדאגות שליטה ובטיחות ניסיוניות, לגייס משתתפים שהם ימניים, עם ראייה נורמלית או מתוקנת לנורמלית, ללא היסטוריה של הפרעות פסיכולוגיות או סובלים מקלסטרופוביה, וללא כל מתכת בגופם.
תמלאו טופס הקרנת תהודה מגנטית, עם שאלות נוספות הקשורות לבריאותם ובטיחותם המקיפה את מפגש הסריקה.
לפני שליחת המשתתף לסורק, שב מול מחשב נישא וחשוף אותו לאובייקטים שהם צריכים לזכור להפעלה הבאה. הסבר שהם יציגו כעת 256 תמונות צבעוניות, כל אחת עבור 3 s. כדי לוודא שהם שמים לב, הורה להם ללחוץ על מקש 'F' כדי לציין שאובייקט חי או 'J' אם הפריט אינו חי.
לאחר שהמשתתף צופה בכל התמונות, הסבר עוד כי תמונות אלה, יחד עם 256 פריטים חדשניים נוספים, יוצגו בתוך הסורק. כמו כן, הצג אותם לתיבת הלחצנים הבטוחה ל- MR שבה הם ישתמשו כדי לסווג פריטים - כ' זכור', 'יודע' או 'רומן' - כאשר הם מופיעים על המסך.
כהכנה להיכנס לחדר הסריקה, בקשו מהמשתתף להסיר את כל חפצי המתכת מגופם, כולל טלפונים סלולריים, שעונים או תכשיטים, ארנקים, מפתחות, חגורות ומטבעות, בשל השדה המגנטי החזק. השתמש בגלאי מתכות כדי לוודא שלא נותרו פריטי מתכת.
לאחר מכן, ללוות את המשתתף ליד הסורק. ספק אטמי אוזניים כדי להגן על אוזניהם מפני רעשים חזקים ואוזניות כדי שיוכלו לשמוע אותך במהלך הסריקה. יש להם לשכב על המיטה עם הראש שלהם ב סליל, ולאבטח אותו עם רפידות קצף כדי למנוע תנועה מוגזמת וטשטוש במהלך הסריקה.
הנח מראה מעל עיניו של המשתתף כדי לשקף מסך בחלק האחורי של הסורק. ודא שהם מצוידים בכדור סחיטה במקרה חירום במהלך הסריקה ותיבת התגובה לכפתור. כמו כן, להזכיר להם כי חשוב מאוד לשמור על ראשם שקט ככל האפשר לאורך הניסוי.
לאחר הרמת מיטת הסורק, יישרו את המשתתף ושלחו אותו לתוך השעמום. בחדר הסמוך, אספו תמונות אנטומיות ברזולוציה גבוהה לפני תחילת השלב הפונקציונלי הקשור לאירוע. סנכרן את תחילת מצגת הגירוי עם תחילת הסריקה הפונקציונלית, ואפשר למשתתף להשלים 512 ניסויים.
כדי לסיים את הפגישה, הוציאו אותם מחדר הסריקה. לתחקר אותם על ידי מתן הסבר על המחקר ופיצוי על השתתפותם.
כדי להתחיל בניתוח, תחילה קדם-עיבוד הנתונים על-ידי ביצוע תיקון כדי להפחית ממצאי תנועה, סינון זמני להסרת סחף אותות והחלקה מרחבית כדי להגדיל את יחס האות לרעש.
לאחר מכן, צור מודל של התגובה המודינמית הצפויה עבור כל תנאי פעילות. התאם את הנתונים למודל זה, וכתוצאה מכך מפה סטטיסטית עבור כל נושא, כאשר הערך בכל voxel מייצג את המידה שבה voxel היה מעורב במצב המשימה.
רשום את מוחו של המשתתף לאטס סטנדרטי כדי לשלב נתונים בין נושאים. כדי לבצע ניתוח ברמת הקבוצה, סף את המפות הסטטיסטיות, תוך התחשבות בתיקון עבור השוואות מרובות. קבל voxels משמעותי רק אם הם מתרחשים גם בתוך אשכול בגודל נתון כדי למזער תוצאות חיוביות כוזבות.
באמצעות אשכולות אלה שחולצו, לכסות אותם על מוח אנטומי ממוצע. שים לב שההפעלה שנמדדה במהלך הניסויים 'יודע' הופחתה מזה בניסויי 'זכור'. ההיפוקמפוס, המתואר כאן בצהוב, הראה הפעלה רבה יותר באופן משמעותי לניסויים 'זכור' בהשוואה לניסויים 'יודעים'.
כדי לבחון את הפעלת ההיפוקמפוס ביתר פירוט, התווה את אחוז שינוי האות לאורך זמן לאחר תחילת הגירוי.
בדיקה של מהלך זמן זה של פעילות העלתה כי ההיפוקמפוס הגיב בחיוב כאשר המשתתפים דיווחו במפורש על לזכור את הגירויים וכאשר זיהו גירויים חדשים – צוין כאן עם הסטה חיובית.
לעומת זאת, הוא הגיב באופן שלילי או מעט מאוד כאשר המשתתפים דיווחו על תחושות של היכרות או לא זוכרים תמונות בכלל.
תוצאות אלה תומכות בתיאוריית תהליך כפול של זיכרון, שבו ההיפוקמפוס מעורב בזיכרון הזיכרון אך לא בהיכרות.
כעת, כאשר אתם מכירים את עיצוב ניסוי fMRI כדי להבין את הפעלת המוח במהלך שיפוטים של זיכרון והיכרות אצל מבוגרים טיפוסיים, בואו נסתכל על מחקרים נוספים המיישמים את פרדיגמת זוכר-דע.
אם ההיפוקמפוס ממלא תפקיד מרכזי בזיכרון, היעדרו עלול לחשוף ניתוקים באחזור הזיכרון. ניתן לטפל בתרחיש זה על ידי השוואת חולים עם נזק היפוקמפוס דו-צדדי לעומת פקדים – אנשים ללא כל נזק כזה.
מעניין, חולים עם נזק הראו זיכרון לקוי בהשוואה לבקרות, בעוד שתי הקבוצות ביצעו באותה מידה במהלך ניסויי היכרות. יחד, תוצאות אלה תומכות בתפקיד מסוים של ההיפוקמפוס בתהליכי זיכרון.
להיפך, אם אנשים היו מראים נפחי היפוקמפוס מוגברים, היינו חוזים שהם גם יציגו זיכרון משופר.
דוגמה אחת כזו קיימת וכוללת נהגי מוניות בלונדון, שהוצגו כמגדילים את החומר האפור ההיפוקמפוס שלהם לאחר שנים של שינון מסלולים נרחבים ומורכבים ברחבי העיר. עם ההיפוקמפי הגדול והזיכרון המעולה שלהם, הם מעבירים את הנוסעים ליעדם הנכון בזמן.
החוקרים מעוניינים גם לקבל תובנה נוספת על המנגנונים האחראים על אחזור הזיכרון על מנת לשפר אותו בדרכים אחרות. קחו למשל הרצאה בפסיכולוגיה במכללה, שבה מוצגים כמויות גדולות של מידע. הידיעה שהחומר מוכר אינה מועילה לבחינה.
במקום זאת, תלמיד זקוק למשהו אחר – מעבר לכוס הקפה הזו – כדי לסייע בזיכרון. אולי, לקיחת תרכובת לשיפור הזיכרון תאפשר החזרה משופרת של כל הדיון כדי להסתמן במבחן החשוב הזה.
הרגע צפית בהקדמה של ג'וב למשימת "זכור-דע". עכשיו אתה צריך להבין היטב כיצד לעצב ולנהל את ניסוי אחזור הזיכרון בשילוב עם דימות מוחי פונקציונלי, כיצד לנתח ולפרש תוצאות הפעלת המוח דיפרנציאלי, ולבסוף כיצד ליישם את הפרדיגמה על תרחישים בחיים האמיתיים.
תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
אזורים פעילים יותר לתגובות זוכרות מאשר לתגובות יודעות מוצגות באיור 1. ראוי לציין, ההיפוקמפוס, מבנה הממוקם ב- MTL וידוע כמעורב בשלבים רבים של היווצרות זיכרון ואחזור, הראה פעילות רבה יותר לזכור בהשוואה לניסויים ידועים.
איור 1: מפות אשכול של זוכרים מינוס דע. היפוקמפוס מתואר בצהוב. אשכולות מכוסים במוח אנטומי ממוצע של משתתפי המחקר (p < 0.01, מתוקן להשוואות מרובות). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
בדיקת מהלך הפעילות בהיפוקמפוס(איור 2)מראה כי מבנה זה מגיב באופן סלקטיבי כאשר המשתתפים מדווחים על זיכרון מפורש של הגירויים, ואינו מגיב כאשר יש להם רק תחושות של היכרות, או כאשר הם אינם זוכרים את הגירויים כלל.
איור 2. פעילות היפוקמפוס לאורך זמן. כל שורה מציגה פעילות בהיפוקמפוס במהלך ניסויים מכל סוג. "זכור" ו "דע" הם ניסויים שבהם המשתתפים דיווחו נכונה על לזכור את הגירויים. ניסויי "מיס" מתייחסים לגירויים שהוצגו בעבר אך לא נזכרו כראוי על ידי המשתתף. "דחיות נכונות" הם גירויים חדשים שהמשתתפים זיהו כראוי כחדשים. ציר Yהוא אחוז שינוי אות מקו הבסיס; ציר Xהוא זמן (ים) לאחר תחילת הגירוי.
תוצאות אלה מצביעות על כך שההיפוקמפוס מעורב בתהליך אחזור הזיכרון, אך הוא אינו תורם לתחושות של היכרות, ותומך בתיאוריה דו-תהליכית. על פי השקפה זו, תהליך קוגניטיבי שני, שאינו תלוי בהיפוקמפוס, יוצר היכרות. עם זאת, במשימה זכור-דע, עוצמת הזיכרון עשויה להיות מבולבלת עם סוג הזיכרון. במילים אחרות, ייתכן כי פעילות ההיפוקמפוס גדולה יותר עבור לזכור ניסויים כי זיכרונות אלה חזקים יותר, ולא בגלל שהם שונים מבחינה איכותית מן הניסויים יודע. כדי להבחין בין הסברים אלה, יהיה יש להשוות את עוצמת הזיכרון בין סוגי ניסיון.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
ניסוי זה מדגים כיצד מדעני מוח קוגניטיביים מנסים להקניט את התרומות הספציפיות של אזור המוח למשימה קוגניטיבית. בידוד וריאציות עדינות בתוך תחום קוגניטיבי, במקרה זה החוויות הסובייקטיביות השונות הקשורות לאחזור זיכרון, יכול לחשוף ניתוקים במערכות העצביות התומכות בפונקציות אלה. הבנת האופן שבו המוח מתפקד במהלך סוגים שונים של אחזור זיכרון חשובה להבנת ליקויי זיכרון כגון אלה הנובעים מפגיעה מוחית טראומטית או ממחלות ניווניות. יתר על כן, הבנה של מדעי המוח הקוגניטיביים של אחזור זיכרון עשויה גם ליידע אסטרטגיות לשיפור הזיכרון.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
References
- Bayley, P.J. & Squire, L.R. Failure to acquire new semantic knowledge in patients with large medial temporal lobe lesions. Hippocampus 15, 273-280 (2005).
- Cohen, N.J. & Squire, L.R. Preserved learning and retention of pattern-analyzing skill in amnesia: dissociation of knowing how and knowing that. Science 210, 207-210 (1980).
- Scoville, W.B. & Milner, B. Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20, 11-21 (1957).
- Yonelinas, A.P. Components of episodic memory: the contribution of recollection and familiarity. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 356, 1363-1374 (2001).
- Gimbel, S.I. & Brewer, J.B. Reaction time, memory strength, and fMRI activity during memory retrieval: Hippocampus and default network are differentially responsive during recollection and familiarity judgments. Cogn Neurosci 2, 19-23 (2011).
