Επιπτώσεις του φορτίου μνήμης εργασίας και των διαστημάτων CS-US στην προετοιμασία των βλεφαρίδων με καθυστέρηση

Η προετοιμασία των ματιών χρησιμοποιείται σε πολλά είδη για τη μελέτη της κινητικής μάθησης και την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τη λειτουργία της παρεγκεφαλίδας. Ωστόσο, οι αποκλίσεις στην απόδοση μεταξύ ανθρώπων και άλλων ειδών σε συνδυασμό με στοιχεία ότι η θέληση και η επίγνωση μπορούν να ρυθμίσουν τη μάθηση υποδηλώνουν ότι η προετοιμασία των βλεφαρίδων δεν είναι απλώς μια παθητική μορφή μάθησης που βασίζεται μόνο στην παρεγκεφαλίδα.

Τα εξαρτημένα αντανακλαστικά και η μνήμη συνδέονται στενά. Όταν εκτιθέμεθα σε κάποια διεγερτικά πράγματα ή καταστάσεις, ο εγκέφαλός μας ανταποκρίνεται αυτόματα σε αυτά. Αυτό είναι ένα εξαρτημένο αντανακλαστικό. Με τον καιρό, αυτές οι απαντήσεις γίνονται αυτόματες και γίνονται μέρος της καθημερινής μας συμπεριφοράς. Αυτός είναι ο λόγος που αρχίζουμε να χορεύουμε όταν ακούμε μια μελωδία ή νιώθουμε χαρούμενοι όταν βλέπουμε ένα κουτάβι.

Και η μνήμη είναι βασικό συστατικό του εγκεφάλου μας. Είναι υπεύθυνο για την αποθήκευση πληροφοριών από αυτές τις αντιδράσεις, ώστε να μπορούμε να επωφεληθούμε από αυτές αργότερα στη ζωή. Συνδυάζοντάς το με εξαρτημένα αντανακλαστικά, μπορούμε να θυμόμαστε καλύτερα πληροφορίες και δεξιότητες σχετικές με ορισμένες καταστάσεις, βελτιώνοντας έτσι περαιτέρω τη μνήμη μας.

Για παράδειγμα, όταν μαθαίνουμε νέο λεξιλόγιο, μπορούμε να εντάξουμε αυτές τις λέξεις στην καθημερινότητά μας και να τις συνδυάσουμε με ορισμένες καταστάσεις. Για παράδειγμα, όταν βλέπετε ένα τραπέζι, σκέφτεστε τη λέξη γραφείο. Με αυτόν τον τρόπο, μέσω εξαρτημένων αντανακλαστικών, μπορούμε να θυμόμαστε αυτές τις νέες λέξεις στο μυαλό μας πιο γρήγορα.

Εν ολίγοις, υπάρχει μια άρρηκτη σύνδεση μεταξύ των εξαρτημένων αντανακλαστικών και της μνήμης. Όταν μπορούμε να εκμεταλλευτούμε πλήρως αυτή τη σύνδεση, μπορούμε να συνειδητοποιήσουμε καλύτερα τις δυνατότητες του εγκεφάλου μας και να βελτιώσουμε τις ικανότητες μάθησης και μνήμης. Μπορεί να φανεί ότι πρέπει να βελτιώσουμε τη μνήμη μας. Το Cistanche deserticola μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μνήμη επειδή το Cistanche deserticola είναι ένα παραδοσιακό κινέζικο φαρμακευτικό υλικό με πολλά μοναδικά αποτελέσματα, ένα από τα οποία είναι η βελτίωση της μνήμης. Η αποτελεσματικότητα του κιμά προέρχεται από τα διάφορα ενεργά συστατικά που περιέχει, όπως οξύ, πολυσακχαρίτες, φλαβονοειδή κ.λπ. Αυτά τα συστατικά μπορούν να προάγουν την υγεία του εγκεφάλου με διάφορους τρόπους.

Κάντε κλικ στο Μάθετε 10 τρόπους για να βελτιώσετε τη μνήμη

Εδώ διερευνήσαμε δύο τρόπους για να μειώσουμε την επιρροή της βούλησης και της επίγνωσης στην προετοιμασία των βλεφαρίδων: (1) χρησιμοποιώντας ένα σύντομο διάστημα μεταξύ διέγερσης και (2) ζητώντας από τους συμμετέχοντες να κάνουν εργασίες μνήμης εργασίας κατά τη διάρκεια της προετοιμασίας.

Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι οι συμμετέχοντες που εκπαιδεύτηκαν με μικρά διαστήματα μεταξύ ερεθισμάτων (150 ms και 250 ms) παράγουν πολύ λίγες εξαρτημένες απαντήσεις μετά από 100 δοκιμές. Οι συμμετέχοντες που εκπαιδεύτηκαν με μεγαλύτερο διάστημα μεταξύ ερεθισμάτων (500 ms) που έκαναν ταυτόχρονα εργασίες μνήμης εργασίας παρήγαγαν λιγότερες εξαρτημένες απαντήσεις από τους συμμετέχοντες που παρακολούθησαν ταινία κατά τη διάρκεια της προπόνησης. Τα αποτελέσματά μας υποδηλώνουν ότι η εκτέλεση εργασιών μνήμης εργασίας από τους συμμετέχοντες κατά τη διάρκεια της προετοιμασίας των βλεφαρίδων μπορεί να είναι μια βιώσιμη στρατηγική για τη μελέτη της παρεγκεφαλιδικής μάθησης που δεν επηρεάζεται από την επίγνωση και τη βούληση. Αυτό θα μπορούσε να ενισχύσει τη συγκρισιμότητα των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται σε μελέτες σε ανθρώπους με εκείνα σε ζωικά μοντέλα.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η προετοιμασία των ματιών είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο πειραματικό παράδειγμα για τη μελέτη της συνειρμικής μάθησης. Στην προετοιμασία των βλεφαρίδων, ένα υποκείμενο μαθαίνει να αναβοσβήνει ως απόκριση σε ένα ερέθισμα υπό όρους (CS), όπως εξιλέωση που ακολουθείται επανειλημμένα από ένα ερέθισμα πρόκλησης βλεφαρίδων άνευ όρων (ΗΠΑ). Στην προετοιμασία των ματιών με καθυστέρηση, η έναρξη του US ξεκινά πριν από το τέλος του CS, ενώ στο trace eyeblink conditioning, υπάρχει ένα χρονικό διάστημα μεταξύ του τέλους του CS και της έναρξης των ΗΠΑ. Ο χρονισμός της απόκρισης υπό όρους (CR) συνδέεται στενά με το διάστημα CS–US που χρησιμοποιείται κατά τη διάρκεια της προπόνησης, έτσι ώστε το κλείσιμο του βλεφάρου να συμβαίνει ακριβώς πριν από την αναμενόμενη παράδοση στις ΗΠΑ, προστατεύοντας έτσι το μάτι. Η προπόνηση με ένα σύντομο διάστημα CS–US παράγει μια εκμαθημένη απόκριση αναλαμπής με σύντομο λανθάνον χρόνο, ενώ κατά μήκος του διαστήματος CS–US θα έχει ως αποτέλεσμα ένα CR με μεγαλύτερο λανθάνοντα χρόνο1,2.

Βλάβες και νευροφυσιολογικά πειράματα δείχνουν ότι είδη θηλαστικών όπως κουνέλια, γάτες, κουνάβια, αρουραίοι και ποντίκια, το συσχετιστικό ίχνος μνήμης που σχηματίζεται κατά την καθυστερημένη ρύθμιση των ματιών βρίσκεται στην παρεγκεφαλίδα3-9. Μελέτες σε ασθενείς με παρεγκεφαλίδα10,11 και πειράματα νευροαπεικόνισης12 επιβεβαιώνουν ότι η παρεγκεφαλίδα παίζει καθοριστικό ρόλο στη ρύθμιση των βλεφαρίδων και στους ανθρώπους. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι άλλα μέρη του εγκεφάλου δεν εμπλέκονται ή δεν ρυθμίζουν τη μάθηση. Σε μια προηγούμενη μελέτη, δείξαμε ότι οι συμμετέχοντες, εάν ζητηθούν, μπορούν να παράγουν οικειοθελώς κάτι που μοιάζει με εξαρτημένες αποκρίσεις βλεφαρίσματος ακόμη και όταν δεν υπάρχει US13. Αλλά σε ποιο βαθμό συμβαίνει αυτό όταν δεν δίνονται οδηγίες στους συμμετέχοντες; Η προετοιμασία των ιχνών φαίνεται να εξαρτάται από την παρεγκεφαλίδα αλλά και από τον ιππόκαμπο και τον εγκέφαλο14,15. Αυτό μπορεί να εξηγήσει γιατί οι ασθενείς με αμνησία έχουν ελλείμματα στο ίχνος αλλά όχι καθυστερημένη προετοιμασία16,17. Ωστόσο, μια άλλη μελέτη έδειξε ότι η επίγνωση των απρόβλεπτων ερεθισμάτων δεν επηρέασε τον ρυθμό μάθησης στην καθυστέρηση ή την προετοιμασία του ίχνους18. Επιπλέον, τα δεδομένα νευροαπεικόνισης υποδεικνύουν ότι οι εξωπαρεγκεφαλιδικές περιοχές του εγκεφάλου είναι ενεργές κατά τη διάρκεια της καθυστερημένης προετοιμασίας των βλεφαρίδων19.

Η μη παρεγκεφαλιδική εμπλοκή στους ανθρώπους θα μπορούσε να εξηγήσει τη διαφορά μεταξύ των καμπυλών μάθησης σε ζώα και ανθρώπους. Στους απάνθρωπους, τα CR εμφανίζονται συχνά στις πρώτες δέκα δοκιμές, ακολουθούμενα από μέτριες αυξήσεις στην ανταπόκριση20–22. Οι καμπύλες μάθησης σε ζώα, αντίθετα, παρουσιάζουν μια πιο σταδιακή αύξηση της πιθανότητας CR, και είναι σπάνιο να δούμε σημαντική μάθηση στα πρώτα μπλοκ5,23,24.Συνοπτικά, υπάρχουν ακόμα αρκετά αναπάντητα ερωτήματα σχετικά με το νευρωνικό κύκλωμα ) υπεύθυνη για τη ρύθμιση των βλεφαρίδων και τον ρόλο της επίγνωσης, που παραμένει μια μπερδεμένη μεταβλητή. Για να συσχετιστούν οι νευροφυσιολογικοί μηχανισμοί της παρεγκεφαλίδας με την προετοιμασία των βλεφαρίδων σε ζώα και ανθρώπους που συμμετέχουν, είναι επιθυμητό να μειωθεί όσο το δυνατόν περισσότερο η επίδραση της επίγνωσης και της βούλησης.

Εδώ δοκιμάσαμε δύο στρατηγικές για να μειώσουμε την επιρροή της επίγνωσης και της βούλησης στην προετοιμασία σε ανθρώπινους συμμετέχοντες. Η πρώτη στρατηγική ήταν να χρησιμοποιήσουμε ένα σύντομο διάστημα CS–US για να ελαχιστοποιήσουμε τον χρόνο εθελοντικής απόκρισης των συμμετεχόντων. Η δεύτερη στρατηγική ήταν να μειωθεί η συνεισφορά του φλοιού στη μάθηση παρουσιάζοντας ταυτόχρονες εργασίες μνήμης εργασίας κατά τη διάρκεια της προετοιμασίας. Επιλέξαμε εργασίες μνήμης εργασίας που προηγούμενες έρευνες υποδεικνύουν ότι καταλαμβάνουν τον φλοιό αλλά όχι την παρεγκεφαλίδα.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Γραμμικό μοντέλο μικτών εφέ

Για να ελέγξουμε τα αποτελέσματα της εκπαίδευσης, το διάστημα μεταξύ ερεθισμάτων (ISI) και τις εργασίες μνήμης εργασίας στο ποσοστό των συνθηκών αποκρίσεων, μοντελοποιήσαμε το ποσοστό CR χρησιμοποιώντας ένα γραμμικό μοντέλο μικτών επιδράσεων. Χρησιμοποιήθηκε ένα γραμμικό μοντέλο μικτών επιδράσεων αντί για επαναλαμβανόμενες μετρήσεις της ανάλυσης διακύμανσης, επειδή είναι στατιστικά πιο ισχυρό, λαμβάνει υπόψη μεμονωμένες διαφορές και αντιμετωπίζει ελλείποντα σημεία δεδομένων25,26. Ως σταθερά εφέ, χρησιμοποιήσαμε το μπλοκ προπόνησης (1–10), το ISI (150, 250 ή 500 ms), το φύλο (αρσενικό ή θηλυκό) και αν το άτομο έκανε εργασίες μνήμης εργασίας ή όχι (ναι ή όχι).

Συμπεριλάβαμε επίσης το αναγνωριστικό θέματος ως τυχαίο εφέ στο μοντέλο. Το μοντέλο δημιουργήθηκε στο MATLAB (Mathworks Inc.) χρησιμοποιώντας τη συνάρτηση fitlme με τον τύπο: CRs ~1 + Block + Sex + WM + ISI + (1 |Subject).

Το μοντέλο δείχνει ότι οι εργασίες μπλοκ, ISI και WM έχουν σημαντική επίδραση στο ποσοστό των εξαρτημένων αποκρίσεων. Για κάθε μπλοκ 10 δοκιμών, το ποσοστό CR αυξάνεται κατά μέσο όρο 2,15%. Πάνω από δέκα μπλοκ, αυτό μεταφράζεται σε 2,15*10=21,5%. Αυτή η αλλαγή είναι στατιστικά σημαντική (t=8.4339, P=4.4686e–16***, CI=1.65–2,65%). Το μοντέλο μας έδειξε επίσης ότι το διάστημα μεταξύ των ερεθισμάτων επηρεάζει το ποσοστό CR (Εικ. 1a). Μια αύξηση 1 ms στο ISI έχει ως αποτέλεσμα 0.17% αύξηση στο ποσοστό των CR. Η εναλλαγή από ISI 150 ms σε ISI 500 ms μεταφράζεται σε 0,17*350=59,5% αύξηση στο ποσοστό CR. Αυτό το φαινόμενο είναι επίσης σημαντικό (t=10.30, P=1.74e–22***,CI=0.13–0.20%). Ωστόσο, σε αντίθεση με τα προηγούμενα ευρήματά μας20, το σεξ δεν επηρέασε τους CR (t=1.621, P=0.11, CI=-1,67 έως 17,4%).

Επίγνωση και μνήμη εργασίας

Μετά την εκπαιδευτική συνεδρία, οι συμμετέχοντες στην ομάδα μνήμης εργασίας ρωτήθηκαν: "Έχετε παρατηρήσει κάποια σχέση μεταξύ των αεραγωγών και του τόνου;" Από τα 11 άτομα αυτής της ομάδας, 3 είπαν ότι είχαν παρατηρήσει ότι μερικές φορές τα ερεθίσματα συνέρρεαν και μερικές φορές μόνα τους, αλλά τίποτα περισσότερο. Έξι από τους 11 συμμετέχοντες θεώρησαν ότι τα ερεθίσματα ήταν ενοχλητικά και αποσπούν την προσοχή. Κανένας από τους 11 συμμετέχοντες δεν ανέφερε τίποτα σχετικά με τη χρονική σχέση μεταξύ των ερεθισμάτων. Παρόλα αυτά, οι εξαρτημένες απαντήσεις αποκτήθηκαν με επιτυχία. Επομένως, η ρητή επίγνωση δεν ήταν απαραίτητη για την επιτυχή προετοιμασία. Το αν οι συμμετέχοντες έλυσαν εργασίες μνήμης εργασίας κατά τη διάρκεια της προετοιμασίας επηρέασε το ποσοστό CR (που απεικονίζεται στο Σχ. 1β). Όσοι εκτελούσαν εργασίες μνήμης εργασίας παρήγαγαν 13,68% λιγότερα CR από όσους παρακολούθησαν μια ταινία. Αυτή η διαφορά ήταν στατιστικά σημαντική (t=2.77, P=0.{{20}}057 **,CI=3.99–23,4%). Σε ένα ξεχωριστό μοντέλο, το οποίο περιελάμβανε μόνο τους συμμετέχοντες που έκαναν τις εργασίες μνήμης εργασίας, δοκιμάσαμε εάν η σχετική κατάταξη ενός υποκειμένου στην απόδοση της μνήμης εργασίας προέβλεπε το ποσοστό των CR. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι αυτό δεν συνέβαινε (t=1.3189, P=0.18, CI=-0,9 έως 5,0%).

Περίληψη

Συνοπτικά, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι: (1) η εκπαίδευση έχει ως αποτέλεσμα περισσότερα CR, (2) ένα μεγαλύτερο διάστημα CS–ΗΠΑ οδηγεί σε περισσότερα CR. (3) το φύλο δεν επηρεάζει το ποσοστό CR. (4) η εκτέλεση μιας εργασίας μνήμης εργασίας μειώνει το ποσοστό των CR. και (5) το πόσο καλά εκτελούν οι συμμετέχοντες στις εργασίες της μνήμης εργασίας δεν επηρεάζουν το ποσοστό CR.

ΣΥΖΗΤΗΣΗ

Τα δύο κύρια ευρήματα αυτής της μελέτης είναι ότι (1) ένα ενδιάμεσο διάστημα διέγερσης<250 ms produces very few conditioned responses, and (2) having participants do working memory tasks reduces the learning rate. The lack of learning with a short CS–US interval goes against results in animal models where CS–US intervals between 150 ms and 500 ms typically produce high rates (80–100%) of conditioned responses23,24,27–29. However, it is largely consistent with previous research on humans where interstimulus intervals of <250 ms are associated with poor learning1,21, although in one study, 200 ms did produce some learning30. Given that we only tested four participants with a 150 ms ISI, we are not able to rule out that learning can occur with such a short ISI. However, the lack of learning to both 150 ms and 250 ms ISIs, combined with results from previous studies, indicate that using short CS–US intervals does not support eyeblink conditioning in humans. Furthermore, this also means that using short ISIs is not a viable strategy to reduce active influences on eyeblink conditioning because no conditioning occurs, at least not when the training consists of ~100 trials.

Training with a 500 ms ISI did induce learning. In the control group (without the working memory distraction), there was a rapid increase in rates of responding. Within the first three blocks, the response rate reached an average of >80%, το οποίο δεν άλλαξε πολύ για τα υπόλοιπα επτά μπλοκ. Αυτό είναι σύμφωνο με άλλες παρατηρήσεις για την προετοιμασία των βλεφαρίδων με ανθρώπους που συμμετέχουν11,19,20,22,30–32. Ωστόσο, διαφέρει από τα πρότυπα προετοιμασίας σε άλλα θηλαστικά. Σε άθικτα κουνέλια, αρουραίους και ποντίκια, μερικές φορές παρατηρούνται αντιδράσεις σε συνθήκες μόνο μετά από αρκετές ημέρες εκπαίδευσης5,24,27,28,33. Τα μέγιστα ποσοστά ανταπόκρισης και πλάτωμα της μέσης καμπύλης μάθησης απαιτούν συνήθως πρόσθετες ημέρες εκπαίδευσης. Είναι κατανοητό ότι η εκπαίδευση των ανθρώπων για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα ή πολλές φορές - όπως γίνεται παραδοσιακά στα ζώα - μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερα ποσοστά εξαρτημένων απαντήσεων.

Η εκτέλεση εργασιών μνήμης εργασίας κατά τη διάρκεια της εκπαίδευσης με το διάστημα των 500 msCS–ΗΠΑ κατέστησε τους συμμετέχοντες άγνοια για τα απρόβλεπτα ερεθίσματα, αλλά δεν εμπόδισε τη μάθηση. Εφόσον δεν ρωτήσαμε τους συμμετέχοντες που δεν έκαναν εργασίες μνήμης εργασίας σχετικά με την επίγνωσή τους, δεν μπορούμε να πούμε αν γνώριζαν τα απρόβλεπτα ερεθίσματα. Ωστόσο, η εμπειρία μας είναι ότι οι συμμετέχοντες αντιλαμβάνονται γρήγορα ότι η ρουφηξιά έρχεται μετά τον ήχο, κάτι που είναι επίσης συνεπές με τις παρατηρήσεις στην αναφορά. 18. Η καμπύλη μάθησης των συμμετεχόντων στην ομάδα μνήμης εργασίας έφτασε σε ένα οροπέδιο αργότερα από την ομάδα ελέγχου. Η σταδιακή αύξηση των ανταποκρίσεων κατά συνθήκη επεκτάθηκε σε εννέα από τα δέκα τμήματα εκπαίδευσης. Επίσης, αν και η μάθηση ήταν πιο σταδιακή και τα ποσοστά ανταπόκρισης ήταν χαμηλότερα από το πρώτο μπλοκ, το ποσοστό απόκρισης έφτασε τελικά στο ίδιο επίπεδο (> 80%) με την ομάδα ελέγχου μέχρι το τέλος των δέκα ομάδων εκπαίδευσης. Τα αποτελέσματά μας έρχονται σε αντίθεση με προηγούμενα πειράματα όπου μια εργασία κάλυψης δεν επηρέασε τον ρυθμό μάθησης18. Ωστόσο, στην προηγούμενη μελέτη, ζητήθηκε από τους συμμετέχοντες να επαναλάβουν λέξεις. Οι εργασίες μας στη μνήμη εργασίας ήταν πιθανότατα πολύ πιο δύσκολες.

Συνοπτικά, προηγούμενα πειράματα δείχνουν ότι η επίγνωση των συνθηκών ερεθίσματος και το εκούσιο ανοιγόκλειμα μπορεί να είναι πηγή επιταχυνόμενης μάθησης κατά τη διάρκεια της καθυστερημένης προετοιμασίας των βλεφαρίδων. Αυτή η μελέτη προτείνει ότι το να κάνουν οι συμμετέχοντες ταυτόχρονα εργασίες μνήμης κατά τη διάρκεια της προετοιμασίας μπορεί να μειώσει τις ενεργές επιρροές στη μάθηση, κάτι που μπορεί να αποφέρει μια διαδικασία μάθησης που εξαρτάται περισσότερο από την παρεγκεφαλίδα και επομένως πιο συγκρίσιμη με τις κλειστές αποκρίσεις βλεφαρίδων που αναφέρονται στη βιβλιογραφία για τα ζώα.

ΜΕΘΟΔΟΙ

Συμμετέχοντες

Οι συμμετέχοντες ήταν 42 φοιτητές (γυναίκες=22· άνδρες=20) στο Πανεπιστήμιο του Λουντ. Το ηλικιακό εύρος ήταν 24,6 ± 5,38 έτη (μέσος όρος ± SD). Οι συμμετέχοντες χωρίστηκαν σε τέσσερις διακριτές ομάδες (βλ. Πίνακα 1). Τρεις ομάδες εκπαιδεύτηκαν με τρία διαφορετικά διαστήματα CS–US: 150, 250 και 500 ms. Η τέταρτη ομάδα εκπαιδεύτηκε με ένα διάστημα 500 ms, αλλά εκτός από την προετοιμασία, οι συμμετέχοντες έλαβαν οδηγίες να εκτελούν εργασίες μνήμης εργασίας (WM) ενώ εκπαιδεύονταν. Πριν από το πείραμα, τα υποκείμενα υπέγραψαν ένα έντυπο γραπτής συγκατάθεσης δηλώνοντας ότι είχαν ενημερωθεί για τη διαδικασία με γενικούς όρους, δηλ. ότι οι αποκρίσεις τους στο κλείσιμο θα καταγραφούν και ότι θα παρουσιαζόντουσαν με τόνους και εισπνοές αέρα στραμμένες στο μάτι. Η συναίνεση επαλήθευσε επίσης ότι τα υποκείμενα γνώριζαν ότι μπορούσαν να αποσύρουν τη συμμετοχή τους ανά πάσα στιγμή. Ως ένδειξη ευγνωμοσύνης, το υποκείμενο έλαβε ένα εισιτήριο κινηματογράφου στο τέλος του πειράματος (ανεξάρτητα αν είχαν ολοκληρώσει ολόκληρο το πρωτόκολλο). Η τοπική ηθική επιτροπή (Regional etikprövningsnämnden Lund) ενέκρινε τη μελέτη (DNR 2017–785).

Υλικά

Η πειραματική διάταξη απεικονίζεται στο Σχ. 2. Για την ανίχνευση των κινήσεων των βλεφάρων, ένας μικρός στρογγυλός μαγνήτης νεοδυμίου (διάμετρος: 3 mm, πάχος: 1 mm) προσαρτήθηκε στο αριστερό βλέφαρο του ατόμου χρησιμοποιώντας διπλή ταινία κολλήματος. Οι αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο που προέκυψαν καταγράφηκαν χρησιμοποιώντας ένα τσιπ GMR (AAH002-02E, NVE Corporation). Το τσιπ GMR και το ακροφύσιο που απελευθερώνει την εισπνοή αέρα προσαρτήθηκαν στη δεξιά πλευρά ενός ζευγαριού γυαλιών που φορούσε το άτομο κατά τη διάρκεια της δοκιμής . Τα δεδομένα του αισθητήρα GMR δειγματολήφθηκαν στα 1000 Hz και μεταφέρθηκαν στον υπολογιστή μέσω ενός μετατροπέα Micro 1401 AD (Cambridge Electronic Design). Το Micro 1401 χρησιμοποιήθηκε επίσης για να πυροδοτήσει τα ηχεία που παίζουν τον τόνο —ένας τόνος 1000 Hz διάρκειας 1 δευτερολέπτου— και το άνοιγμα της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας D132202 (Aircom), απελευθερώνοντας τον αέρα.

Περιποίηση ματιών

Τα πειράματα διεξήχθησαν σε ένα ήσυχο δωμάτιο στην πανεπιστημιούπολη. Για κάθε θέμα, προσαρμόσαμε την ένταση της εισπνοής αέρα έτσι ώστε να προκαλεί αξιόπιστα μια αντανακλαστική απόκριση βλεφαρίσματος χωρίς να ερεθίζει το μάτι. Η προκύπτουσα πίεση κυμαινόταν από 0,5 έως 1 bar. Ομοίως, η ένταση του ήχου ρυθμίστηκε ώστε να είναι ηχητική αλλά όχι δυσάρεστη. Κάθε άτομο έλαβε έναν συνολικό αριθμό 100 δοκιμών (10 μπλοκ των 10 δοκιμών). Από αυτές τις 100 δοκιμές, το 25% ήταν προφήτριες που σημαίνει ότι το CS παρουσιάστηκε μόνο του. Το ενδιάμεσο διάστημα ήταν 10 ± 2 δευτερόλεπτα.

Στις ομάδες που δεν εκτελούσαν εργασίες μνήμης εργασίας, ζητήθηκε από τους συμμετέχοντες να επιλέξουν μια αγαπημένη τηλεοπτική εκπομπή για να παρακολουθήσουν σε φορητό υπολογιστή κατά τη διάρκεια της συνεδρίας προετοιμασίας. Ζητήθηκε από το υποκείμενο να επικεντρωθεί στο πρόγραμμα και να προσπαθήσει να μην ελέγξει τις κινήσεις των βλεφάρων. Στην ομάδα που έλαβε εργασίες μνήμης εργασίας κατά τη διάρκεια της προετοιμασίας, οι συμμετέχοντες κλήθηκαν να εστιάσουν και να αποδώσουν όσο το δυνατόν καλύτερα στις εργασίες της μνήμης εργασίας. Τους είπαν ότι ο σκοπός του πειράματος ήταν να δουν τα αποτελέσματα στην απόδοση της εργασιακής μνήμης από ερεθίσματα που αποσπούν την προσοχή με τη μορφή τόνων και εισπνοών αέρα. Ο στόχος ήταν το υποκείμενο να αντιληφθεί το πείραμα ως ένα τεστ εργασιακής μνήμης και να μην γνωρίζει ότι στην πραγματικότητα ήταν ένα πείραμα προετοιμασίας των ματιών. Μετά την εκπαίδευση, οι συμμετέχοντες στην ομάδα εργασιακής μνήμης ρωτήθηκαν αν είχαν παρατηρήσει κάποιο μοτίβο στο παρουσίαση των ερεθισμάτων.

Εργασίες μνήμης εργασίας

Στους συμμετέχοντες στην ομάδα μνήμης εργασίας δόθηκαν απαιτητικές εργασίες μνήμης εργασίας κατά τη διάρκεια της συνεδρίας προετοιμασίας ματιών. Επιλέξαμε μερικά από τα πιο κοινά τεστ εργασιακής μνήμης που ήταν δυνατό να συνδυαστούν με το πρωτόκολλο προετοιμασίας και που δεν απαιτούσαν άμεσα χρονισμό και κινητικές δεξιότητες. Παρόλα αυτά, υπάρχουν στοιχεία που δείχνουν ότι αρκετές από αυτές τις εργασίες μνήμης εργασίας αφορούν πράγματι την παρεγκεφαλίδα34,35. Συγκεκριμένα, οι συμμετέχοντες έκαναν τις ακόλουθες οκτώ δοκιμές με την ακόλουθη σειρά: (1) Corsi, (2) νοητική περιστροφή, (3) multitask, (4) n-back (3-πίσω), (5) Navon, (6 )Stroop, (7) οπτική αναζήτηση και (8) εργασία ταξινόμησης καρτών Wisconsin. Οι δοκιμές μνήμης εργασίας εκτελέστηκαν σε διαδικτυακό λογισμικό PsyToolkit (Το PsyToolkit αναπτύχθηκε από τον καθηγητή GijsbertStoet και ανήκει στον καθηγητή GijsbertStoet και είναι διαθέσιμο στη διεύθυνση www.psytoolkit.org). Κάθε εργασία μνήμης εργασίας ξεκίνησε με οδηγίες στην οθόνη που παρέχονται από το PsyToolkit. Συμπληρωματικές πληροφορίες παρουσιάστηκαν προφορικά όταν ζητήθηκαν από τους συμμετέχοντες. Κάθε δοκιμή ξεκινούσε με μερικά παραδείγματα εκπαίδευσης (που παρέχονται από το λογισμικό) και μετά ξεκινούσε η δοκιμή. Οι απαντήσεις έγιναν χρησιμοποιώντας ένα πληκτρολόγιο υπολογιστή και ένα ποντίκι. Όταν ένας συμμετέχων είχε ολοκληρώσει και τις 8 δοκιμές, του δόθηκε η οδηγία να ξεκινήσουν από την αρχή με το πρώτο τεστ. Οι συμμετέχοντες συνήθως συμπλήρωναν 1,5 γύρους των δοκιμών. Τα αποτελέσματα από τον δεύτερο γύρο δεν αναλύθηκαν περαιτέρω.

Ανάλυση δεδομένων

Τα δεδομένα του Eyeblink συλλέχθηκαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό Spike2 v9.10 (CED). Τα δεδομένα από τις εργασίες μνήμης εργασίας αποθηκεύτηκαν στο MicrosoftExcel. Όλα τα δεδομένα στη συνέχεια εξήχθησαν και αναλύθηκαν στο Matlab R2022a (Mathworks). Χρησιμοποιώντας προσαρμοσμένα σενάρια Matlab, κατηγοριοποιήσαμε κάθε δοκιμή ως (1) CR, (2) χωρίς CR ή (3) μη έγκυρη δοκιμή. Εάν υπήρχε CR, το σενάριο υπολόγιζε την έναρξη και την κορύφωση της απόκρισης. Όλες οι σαρώσεις ελέγχθηκαν χειροκίνητα για να διασφαλιστεί ότι το σενάριο είχε κάνει τις σωστές κατηγοριοποιήσεις. Τα σφάλματα διορθώθηκαν με μη αυτόματο τρόπο. Για την ανάλυση της απόδοσης του τεστ μνήμης εργασίας, επιλέξαμε δύο μεταβλητές: χρόνο αντίδρασης (RT) και επιτυχία στο τεστ (σωστές απαντήσεις σε %). Η κατάταξη υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας τη συνάρτηση κατάταξης από το λογισμικό Microsoft Excel και μια μέση κατάταξη παρουσίαζε μία τιμή για κάθε μεταβλητή RT και επιτυχία στο άτομο που δοκιμάζει.

Περίληψη αναφοράς

Περαιτέρω πληροφορίες σχετικά με τον σχεδιασμό της έρευνας είναι διαθέσιμες στη σύνοψη αναφοράς NaturePortfolio που συνδέεται με αυτό το άρθρο.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ

1. Kimble, GA Conditioning ως συνάρτηση του χρόνου μεταξύ εξαρτημένων και μη εξαρτημένων ερεθισμάτων. J. Εχρ. Psychol. 37, 1–15 (1947).

2. Steinmetz, ΑΒ et αϊ. Η αξιολόγηση του αμφίδρομου διαστήματος διέγερσης (ISI) μετατοπίζει την ανοησιακή καθυστέρηση του βλεφαρίσματος των ματιών σε υγιείς ανθρώπους. Μαθαίνω. Συμπεριφορά. 39.358–370 (2011).

3. McCormick, DA & Thompson, RF Παρεγκεφαλίδα: ουσιαστική συμμετοχή στην κλασικά ρυθμισμένη απόκριση των βλεφάρων. Science 223, 296-299 (1984).

4. Yeo, CH, Hardiman, MJ & Glickstein, M. Οι διακριτές βλάβες του φλοιού της παρεγκεφαλίδας καταργούν την κλασικά ρυθμισμένη απόκριση της νυκτιδωτικής μεμβράνης του κουνελιού. Συμπεριφορά. Brain Res. 13, 261-266 (1984).

5. Ten Brinke, MM et al. Εξελισσόμενα μοντέλα Pavlovian conditioning: παρεγκεφαλιδοφλοιώδης δυναμική σε ποντίκια που συμπεριφέρονται σε εγρήγορση. Cell Rep. 13, 1977–1988 (2015).

6. Jirenhed, D.-A. & Hesslow, G. Είναι οι παύσεις κελιών Purkinje οδηγοί κλασικά ρυθμιζόμενων αποκρίσεων βλεφαρίσματος; Cerebellum 15, 526–534 (2016).

7. Zucca, R., Rasmussen, A. & Bengtsson, F. Ρύθμιση ινών αναρρίχησης της αυθόρμητης δραστηριότητας των κυττάρων Purkinje και των εξαρτώμενων από την παρεγκεφαλίδα αποκρίσεων βλεφαρίσματος. eNeuro 3,ENEURO.0067-15.2015 (2016).

8. Freeman, JH & Steinmetz, AB Μηχανισμοί νευρικών κυκλωμάτων και πλαστικότητας που υποκρύπτουν την καθυστέρηση των βλεφαρίδων. Μαθαίνω. Μεμ. 18, 666–677 (2011).

9. Norman, RJ, Villablanca, JR, Brown, KA, Schwafel, JA & Buchwald, JSΚλασική ρύθμιση βλεφαρίδων στη γάτα με αμφίπλευρη ημισφαιρική εκτομή. Exp.Neurol. 44, 363-380 (1974).

10. van Gaalen, J. et al. Η μη φυσιολογική ρύθμιση των βλεφαρίδων είναι ένας πρώιμος δείκτης παρεγκεφαλιδικής δυσλειτουργίας σε προκλινικούς φορείς μετάλλαξης SCA3. Exp. Brain Res. 237.427–433 (2019).

For more information:1950477648nn@gmail.com