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Aprendizado e Memória: A Tarefa de Lembrar-Saber

Overview

Fonte: Laboratórios de Jonas T. Kaplan e Sarah I. Gimbel - Universidade do Sul da Califórnia

Nossa experiência de memória é variada e complexa. Às vezes nos lembramos de eventos em detalhes vívidos, enquanto outras vezes só podemos ter um vago senso de familiaridade. Pesquisadores da memória fizeram uma distinção entre memórias que são recolhidas versus aquelas que são familiares. Um item recolhido é aquele que não só é lembrado, mas carrega consigo detalhes do momento em que foi aprendido ou codificado. Como um item recolhido, um item familiar também é lembrado, mas é vazio de quaisquer detalhes sobre as circunstâncias em torno de sua codificação. Muitos estudos de recolhimento e familiaridade têm se concentrado no lobo temporal medial (MTL), especificamente no hipocampo, uma vez que seu envolvimento na codificação, consolidação e recuperação da memória é bem conhecido e bem estudado. 1-3

Este vídeo mostra como administrar a tarefa Remember-Know4 para comparar a ativação cerebral nesses dois tipos de recuperação de memória. Neste contexto, lembre-se é outro termo para lembrança, enquanto sabe se refere a memórias que são familiares, mas não explicitamente lembradas. Nesta versão da tarefa Remember-Know, os participantes são expostos a uma série de imagens coloridas e pedem para lembrar o que vêem. Dentro de um scanner fMRI, eles serão expostos tanto a imagens que foram estudadas quanto a novas imagens, e farão um julgamento "lembre-se", "saber" ou "novo" sobre cada imagem, indicando que tipo de memória eles têm para esse item. Após o exame, toda a atividade cerebral e hipocampal será examinada para determinar a atividade diferencial relacionada à lembrança e familiaridade. Este estudo é baseado em um estudo realizado por Gimbel e Brewer. 5

Procedure

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1. Recrutamento de participantes

  1. Recrute 20 participantes.
    1. Os participantes devem ser destros e não ter histórico de distúrbios neurológicos ou psicológicos.
    2. Os participantes devem ter uma visão normal ou corrigida para o normal para garantir que eles possam ver as pistas visuais corretamente.
    3. Os participantes não devem ter metal em seu corpo. Este é um importante requisito de segurança devido ao alto campo magnético envolvido na ressonância magnética.
    4. Os participantes não devem sofrer de claustrofobia, uma vez que o fMRI requer estar no pequeno espaço do furo do scanner.

2. Procedimentos de pré-digitalização

  1. Preencha a papelada pré-digitalizada.
  2. Quando os participantes entrarem para a varredura de ressonância magnética, instrua-os a primeiro preencher um formulário de tela metálica para garantir que não tenham contraindicações para ressonância magnética, um formulário de achados incidentais que dá consentimento para que seu exame seja examinado por um radiologista e um formulário de consentimento detalhando os riscos e benefícios do estudo.
  3. Mande o participante sentar na frente de um computador portátil, e mostrar-lhes 256 fotos coloridas de objetos namable (por exemplo,ventilador, maçã, beisebol), cada um por 3 s.
    1. Para cada objeto, os participantes pressionam um botão para indicar se era um objeto vivo ou não vivo. Esta tarefa garante sua atenção aos estímulos.
  4. Prepare os participantes para ir ao scanner removendo todo o metal de seu corpo, incluindo cintos, carteiras, telefones, grampos de cabelo, moedas e todas as joias.

3. Forneça instruções para o participante.

  1. No scanner, mostre ao participante todas as 256 fotos que foram estudadas antes da digitalização, e mais 256 fotos novas.
  2. Os participantes julgam cada imagem com respostas de "lembre-se", "saber" ou "novela" através de uma caixa de botão com segurança de MR.
    1. Instrua os participantes a responder "lembre-se" se viram a imagem durante a sessão de estudo e poderão recordar detalhes específicos sobre sua apresentação.
    2. Instrua os participantes a responder "saber" se a imagem era familiar, mas eles não se lembravam de detalhes específicos sobre vê-la antes.
    3. Instrua os participantes a responder "novos" se não tivessem visto a imagem antes.
  3. Estresse para o participante a importância de manter a cabeça parada durante todo o exame.

4. Coloque o participante no scanner.

  1. Dê aos participantes protetores de ouvido para proteger seus ouvidos do ruído do scanner e dos fones de ouvido para que eles possam ouvir o experimentador durante a varredura, e tê-los deitados na cama com a cabeça na bobina.
  2. Dê ao participante a bola de aperto de emergência e instrua-os a espremê-la em caso de emergência durante a varredura.
  3. Use almofadas de espuma para fixar a cabeça dos participantes na bobina para evitar o excesso de movimento durante a varredura, e lembre ao participante que é muito importante ficar o mais quieto possível durante a varredura, pois até mesmo os menores movimentos desfocam as imagens.

5. Coleta de dados

  1. Colete varredura anatômica de alta resolução.
  2. Comece a digitalização funcional.
    1. Sincronize o início da apresentação de estímulos com o início do scanner.
    2. Apresentar imagens através de um laptop conectado a um projetor. O participante tem um espelho acima dos olhos, refletindo uma tela na parte de trás do furo do scanner.
    3. Apresente cada foto para 3 s.
      1. A apresentação de imagens é intercalada com 1,5-4,5 s de uma linha de base transversal de fixação, pois esta é uma tarefa relacionada a eventos. A sobreposição diferencial na resposta hemodinâmica a cada ensaio torna os sinais mais separáveis.

6. Procedimentos pós-varredura

  1. Tire o participante do scanner.
  2. Interrogue o participante.

7. Análise de dados

  1. Pré-processo os dados.
    1. Execute a correção de movimento para reduzir os artefatos de movimento.
    2. Realize a filtragem temporal para remover derivas de sinal.
    3. Suavize os dados para aumentar a relação sinal-ruído.
  2. Modele os dados para cada participante.
    1. Crie um modelo do que a resposta hemodinâmica esperada deve ser para cada condição de tarefa.
    2. Encaixar os dados a este modelo, resultando em um mapa estatístico, onde o valor em cada voxel representa até que ponto esse voxel estava envolvido na condição de tarefa.
    3. Registre o cérebro do participante em um atlas padrão para combinar dados entre os participantes.
  3. Combine mapas estatísticos entre os sujeitos para uma análise em nível de grupo dos dados.
    1. Limiar os mapas estatísticos, levando em conta a correção para múltiplas comparações. Uma vez que os testes estatísticos são realizados em todos os voxels do cérebro, esperamos um número considerável de resultados falso-positivos com limiares estatísticos padrão. Uma maneira de lidar com isso é apenas aceitar voxels significativos se eles também ocorrerem dentro de um cluster de um determinado tamanho.

Nossa experiência de memória é variada e complexa. Às vezes podemos lembrar de eventos em detalhes vívidos, enquanto outras vezes podemos ter apenas um vago senso de familiaridade.

O primeiro tipo, uma memória lembrada, é lembrado com fortes detalhes sobre o tempo em que foi aprendido — como uma experiência gastronômica na noite anterior, onde não só o jantar de lagosta foi lembrado, mas também foram as pinturas na parede e os funcionários do restaurante que lhe serviram.

Por outro lado, uma memória familiar é semelhante a uma relembrada na que é conhecida, mas difere na sua volta sem quaisquer detalhes explícitos em torno do evento. Ou seja, uma memória familiar carece de detalhes sobre o cenário, como o garçom que serviu o jantar ou qual era a decoração.

Este vídeo demonstra como combinar ressonância magnética funcional — fMRI — com uma tarefa chamada Remember-Know para investigar como o cérebro — especialmente o hipocampo — responde a julgamentos feitos em imagens repetidas ou novas com base em trabalhos anteriores realizados por Gimbel e Brewer.

Neste experimento, os participantes são solicitados a completar duas fases: codificação inicial e teste de ressonância magnética. Na primeira parte, codificação, eles são expostos a imagens coloridas de objetos nameable, como uma maçã, que eles devem lembrar.

Após a apresentação de cada item, é feita uma pergunta, promovendo a atenção dos participantes durante esse processo.

Posteriormente, na segunda fase — testes de ressonância magnética — os participantes são colocados dentro de um scanner e, através de um sistema de projeção, são mostradas imagens: aquelas previamente observadas juntamente com as novas.

Uma cruz de fixação precede cada imagem para otimizar a separação das respostas hemodinâmicas do cérebro nas diferentes apresentações.

Ao ver cada imagem, os participantes são convidados a responder de uma das três maneiras: "lembre-se" se o item pode ser lembrado juntamente com detalhes específicos sobre sua apresentação; 'sabe', se é familiar, mas eles não se lembram de detalhes específicos sobre vê-lo antes; ou "novo", se o objeto não foi visto em tudo.

Neste caso, a variável dependente é a intensidade do sinal hemodinâmico medido após cada tipo de resposta. A extensão da ativação pode então ser visualizada em aglomerados de voxels em um escaneamento cerebral anatômico.

Espera-se que o hipocampo — uma região no lobo temporal medial notavelmente estudado em estudos de aprendizagem e memória — mostre maior ativação durante os ensaios de "lembre-se" do que durante os ensaios "saber" e "novos".

Essas descobertas apoiariam uma teoria de duplo processo de recordação de memória, onde o hipocampo suporta a lembrança e uma região neural diferente — uma fora do hipocampo — gera familiaridade.

Para questões experimentais de controle e segurança, recrute participantes que sejam destros, com visão normal ou corrigida ao normal, sem histórico de distúrbios psicológicos ou sofrendo de claustrofobia, e sem qualquer metal em seu corpo.

Que preencha um formulário de triagem de ressonância magnética, com perguntas adicionais relacionadas à sua saúde e segurança que abrangem a sessão de digitalização.

Antes de enviar o participante para o scanner, sente-se na frente de um laptop e exponha-os a objetos que eles precisam lembrar para a próxima sessão. Explique que agora eles vão visualizar 256 imagens coloridas, cada uma por 3 s. Para garantir que eles estejam prestando atenção, instrua-os a pressionar a tecla 'F' para indicar que um objeto está vivo ou 'J' se o item não estiver vivo.

Após o participante ver todas as imagens, explique ainda que essas imagens, juntamente com mais 256 itens novos, serão mostradas dentro do scanner. Também os introduzem à caixa de botão com segurança de MR que eles usarão para classificar itens — como 'lembre-se', 'saber' ou 'novela'— quando eles aparecerem na tela.

Em preparação para entrar na sala de digitalização, peça ao participante para remover todos os objetos metálicos de seu corpo, incluindo celulares, relógios ou joias, carteiras, chaves, cintos e moedas, devido ao forte campo magnético. Use um detector de metais para verificar se não restam itens metálicos.

Em seguida, escolte o participante perto do scanner. Forneça tampões de ouvido para proteger seus ouvidos contra ruídos altos e fones de ouvido para que eles possam ouvi-lo durante a varredura. Que deite-os sobre a cama com a cabeça na bobina, e fixe-a com almofadas de espuma para evitar movimentos excessivos e desfoque durante o scan.

Coloque um espelho acima dos olhos do participante para refletir uma tela na parte de trás do furo do scanner. Certifique-se de que eles estão equipados com uma bola de aperto em caso de emergência durante a varredura e a caixa de resposta do botão. Além disso, lembre-os de que é muito importante manter a cabeça o mais quieta possível durante todo o experimento.

Depois de levantar a cama do scanner, alinhe o participante e envie-os para o furo. Na sala adjacente, colete imagens anatômicas de alta resolução antes de iniciar a fase funcional e relacionada ao evento. Sincronize o início da apresentação de estímulo com o início da varredura funcional e permita que o participante complete 512 ensaios.

Para concluir a sessão, traga-os para fora da sala de varredura. Debrief-los fornecendo uma explicação do estudo e compensação por sua participação.

Para iniciar a análise, primeiro pré-processe os dados realizando correção para reduzir artefatos de movimento, filtragem temporal para remover derivas de sinal e suavização espacial para aumentar a relação sinal-ruído.

Em seguida, crie um modelo da resposta hemodinâmica esperada para cada condição de tarefa. Encaixar os dados a este modelo, resultando em um mapa estatístico para cada sujeito, onde o valor em cada voxel representa até que ponto esse voxel estava envolvido na condição de tarefa.

Registre o cérebro do participante em um atlas padrão para combinar dados entre os sujeitos. Para realizar uma análise em nível de grupo, limiar os mapas estatísticos, levando em conta a correção para múltiplas comparações. Só aceite voxels significativos se eles também ocorrerem dentro de um cluster de um determinado tamanho para minimizar resultados falso-positivos.

Usando esses aglomerados extraídos, sobreponha-os em um cérebro anatômico médio. Observe que a ativação medida durante os ensaios de 'know' foi subtraída disso nos ensaios de 'lembre-se'. O hipocampo, aqui descrito em amarelo, mostrou significativamente mais ativação para ensaios de "lembre-se" em comparação com ensaios de "saber".

Para examinar a ativação hipocampal com mais detalhes, plote a porcentagem de mudança de sinal ao longo do tempo após o início do estímulo.

A inspeção desse curso de tempo de atividade revelou que o hipocampo respondeu positivamente quando os participantes relataram explicitamente lembrar os estímulos e ao identificar novos estímulos — notado aqui com uma deflexão positiva.

Em contraste, respondeu negativamente ou muito pouco quando os participantes relataram sentimentos de familiaridade ou não se lembravam de imagens.

Esses resultados suportam uma teoria de duplo processo de memória, onde o hipocampo está envolvido com a memória, mas não familiaridade.

Agora que você está familiarizado com a concepção de um experimento fMRI para entender a ativação cerebral durante julgamentos de memória e familiaridade em adultos típicos, vamos olhar para estudos adicionais que aplicam o paradigma Remember-Know.

Se o hipocampo desempenha um papel central na memória, sua ausência pode revelar dissociações na recuperação da memória. Esse cenário pode ser abordado comparando pacientes com danos hipocampais bilaterais versus controles — indivíduos sem qualquer dano.

Curiosamente, os pacientes com danos apresentaram memória prejudicada em comparação com os controles, enquanto ambos os grupos tiveram um desempenho igualmente bom durante os ensaios de familiaridade. Juntos, esses resultados apoiam um papel específico do hipocampo nos processos de recolhimento.

Pelo contrário, se os indivíduos mostrassem volumes hipocampais aumentados, prediíamos que eles também mostrariam uma lembrança melhorada.

Um desses exemplos existe e envolve os taxistas londrinos, que foram mostrados para aumentar sua matéria cinzenta hipocampal após anos de memorização de rotas extensas e complexas ao redor da cidade. Com seu hipocampi maior e memória soberba, eles transportam passageiros para seu destino correto em tempo hábil.

Os pesquisadores também estão interessados em obter mais informações sobre os mecanismos responsáveis pela recuperação da memória, a fim de melhorá-la de outras formas. Veja, por exemplo, uma palestra de psicologia universitária, onde grandes quantidades de informações são apresentadas. Saber que o material é familiar não é útil para um exame.

Em vez disso, um aluno precisa de outra coisa — além de tomar aquela xícara de café — para ajudar na lembrança. Talvez, tomar um composto de melhoramento de memória permitiria uma melhor lembrança de toda a discussão para ace esse teste importante.

Você acabou de assistir a introdução de JoVE à tarefa De Lembrar-Saber. Agora você deve ter uma boa compreensão de como projetar e conduzir o experimento de recordação de memória em conjunto com a neuroimagem funcional, como analisar e interpretar resultados diferenciais de ativação cerebral e, finalmente, como aplicar o paradigma a cenários da vida real.

Obrigado por assistir!

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Results

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Regiões mais ativas para lembrar respostas do que para respostas de know são mostradas na Figura 1. Notavelmente, o hipocampo, uma estrutura localizada no MTL e conhecida por estar envolvida em muitos estágios de formação e recuperação da memória, mostrou maior atividade para lembrar em comparação com os ensaios conhecidos.

Figure 1
Figura 1: Mapas de cluster de Remember menos Know. Hipocampo é delineado em amarelo. Os clusters são sobrepostos em um cérebro anatômico médio dos participantes do estudo(p < 0,01, corrigidos para múltiplas comparações). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

A inspeção do tempo-curso de atividade no hipocampo (Figura 2) mostra que essa estrutura está respondendo seletivamente quando os participantes relatam lembrar explicitamente os estímulos, e não responde quando só têm sentimentos de familiaridade, ou quando não se lembram dos estímulos.

Figure 2
Figura 2. Atividade hipocampal ao longo do tempo. Cada linha mostra atividade no hipocampo ao longo de ensaios de cada tipo. "Lembre-se" e "Saber" são ensaios em que os participantes relataram corretamente lembrar os estímulos. Os ensaios "Miss" referem-se a estímulos que foram apresentados antes, mas não lembrados corretamente pelo participante. "Rejeições corretas" são novos estímulos que os participantes identificaram corretamente como novos. Eixo Yé uma mudança percentual de sinal da linha de base; X-eixo é tempo (s) após o início do estímulo.

Esses resultados sugerem que o hipocampo está envolvido no processo de recuperação da memória, mas que não contribui para sentimentos de familiaridade, apoiando uma teoria de dois processos. Segundo essa visão, um segundo processo cognitivo, que não depende do hipocampo, gera familiaridade. No entanto, na tarefa Lembrar-Saber, a força da memória pode ser confundida com o tipo de memória. Em outras palavras, é possível que a atividade hipocampal seja maior para lembrar os ensaios porque essas memórias são mais fortes, e não porque são qualitativamente diferentes dos ensaios conhecidos. Para distinguir entre essas explicações, a força da memória teria que ser equiparada entre os tipos de ensaio.

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Este experimento demonstra como neurocientistas cognitivos tentam separar as contribuições específicas de uma região cerebral para uma tarefa cognitiva. Isolar variações sutis dentro de um domínio cognitivo, neste caso as diferentes experiências subjetivas associadas à recuperação da memória, podem revelar dissociações nos sistemas neurais que suportam essas funções. Entender como o cérebro funciona durante diferentes tipos de recuperação de memória é importante para entender os prejuízos de memória, como aqueles que resultam de lesão cerebral traumática ou de doenças degenerativas. Além disso, uma compreensão da neurociência cognitiva da recuperação da memória também pode informar estratégias para melhorar a memória.

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References

  1. 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).
  2. 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).
  3. Scoville, W.B. & Milner, B. Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20, 11-21 (1957).
  4. 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).
  5. 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).

Transcript

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