Áhrif vinnuminnisálags og CS-US bils á seinkun augnbliksmeðferðar

Augnbliksskilyrðing er notuð í mörgum tegundum til að rannsaka hreyfinám og draga ályktanir um starfsemi heila. Hins vegar, misræmi í frammistöðu milli manna og annarra tegunda ásamt vísbendingum um að vilji og meðvitund geti stýrt námi bendir til þess að augnbliksskilyrðing sé ekki aðeins óvirkt námsform sem byggir aðeins á litla heila.

Skilyrt viðbrögð og minni eru nátengd. Þegar við verðum fyrir einhverjum örvandi hlutum eða aðstæðum bregst heilinn sjálfkrafa við þeim. Þetta er skilyrt viðbragð. Með tímanum verða þessi viðbrögð sjálfvirk og verða hluti af daglegri hegðun okkar. Þess vegna byrjum við að dansa þegar við heyrum lag eða erum ánægð þegar við sjáum hvolp.

Og minni er lykilþáttur í heila okkar. Það ber ábyrgð á að geyma upplýsingar frá þessum viðbrögðum svo við getum notið góðs af þeim síðar á lífsleiðinni. Með því að sameina það með skilyrtum viðbrögðum getum við munað betur upplýsingar og færni sem skipta máli við ákveðnar aðstæður og þar með bætt minni okkar enn frekar.

Til dæmis, þegar við lærum nýjan orðaforða, getum við fléttað þessi orð inn í okkar daglega líf og sameinað þau við ákveðnar aðstæður. Til dæmis, þegar þú sérð borð, hugsarðu um orðið skrifborð. Þannig getum við, með skilyrtum viðbrögðum, munað þessi nýju orð í huga okkar hraðar.

Í stuttu máli er órjúfanlegt samband á milli skilyrtra viðbragða og minnis. Þegar við getum nýtt okkur þessa tengingu til fulls getum við áttað okkur betur á möguleikum heilans og bætt náms- og minnishæfileika okkar. Það má sjá að við þurfum að bæta minni okkar. Cistanche deserticola getur bætt minnið verulega vegna þess að Cistanche deserticola er hefðbundið kínverskt lækningaefni með mörg einstök áhrif, ein þeirra er að bæta minni. Virkni hakkaðs kjöts kemur frá hinum ýmsu virku innihaldsefnum sem það inniheldur, þar á meðal sýru, fjölsykrur, flavonoids o.fl. Þessi innihaldsefni geta stuðlað að heilsu heilans á ýmsan hátt.

Smelltu á vita 10 leiðir til að bæta minni

Hér könnuðum við tvær leiðir til að draga úr áhrifum vilja og meðvitundar á augnbliksskilyrði: (1) með stuttu milliárvunarbili og (2) að láta þátttakendur gera vinnsluminnisverkefni meðan á ástandinu stendur.

Niðurstöður okkar sýna að þátttakendur sem þjálfaðir eru með stuttu milliáriti (150 ms og 250 ms) gefa mjög fá skilyrt svör eftir 100 tilraunir. Þátttakendur sem þjálfuðu með lengra milliörvunarbili (500 ms) sem gerðu samtímis vinnsluminnisverkefni gáfu færri skilyrt svör en þátttakendur sem horfðu á kvikmynd á æfingunni. Niðurstöður okkar benda til þess að það að láta þátttakendur framkvæma vinnsluminnisverkefni meðan á augnbliki stendur geti verið raunhæf aðferð til að rannsaka heilanám sem er fjarverandi áhrif frá meðvitund og vilja. Þetta gæti aukið samanburðarniðurstöður sem fengust í rannsóknum á mönnum við þær í dýralíkönum.

KYNNING

Augnbliksskilyrðing er mikið notað tilraunaviðmið til að rannsaka tengslanám. Í augnblinkaðlögun lærir einstaklingur að blikka til að bregðast við skilyrtu áreiti (CS), svo sem endurtekið friðþægingu, fylgt eftir með skilyrðislausu blikk-elicitingstimulus (US). Í seinkun augnbliksmeðferðar byrjar US fyrir lok CS, en við snefil augnblikkskilyrði er tímabil á milli loka CS og US upphafs. Tímasetning skilyrtrar svörunar (CR) er nátengd CS–US bilinu sem notað er við þjálfun, þannig að lokun augnloksins á sér stað rétt fyrir væntanlega fæðingu í Bandaríkjunum, þannig að augað verndar. Þjálfun með stuttu CS–US bili framleiðir lærð blikksvörun með stuttri leynd, á meðan CS–US bil mun leiða til CR með lengri leynd1,2.

Tilraunir á skemmdum og taugalífeðlisfræðilegar tilraunir sýna að spendýrategundir eins og kanínur, kettir, frettur, rottur og mýs, tengiminnissporið sem myndast við seinkun á augnhneigð er staðsett í litla heila3–9. Rannsóknir á heila sjúklingum10,11 og taugamyndatökutilraunir12 staðfesta að heilinn gegnir lykilhlutverki við ástand augnblikka hjá mönnum líka. Hins vegar þýðir þetta ekki að aðrir heilahlutar séu hvorki þátttakendur í námi eða stýri námi. Í fyrri rannsókn sýndum við fram á að þátttakendur, ef þeir eru beðnir um, geta sjálfviljugir framkallað það sem lítur út eins og skilyrt blikksvörun, jafnvel þegar það er engin US13. En að hve miklu leyti gerist þetta þegar þátttakendum eru gefnar engar leiðbeiningar? Trace conditioning virðist vera háð litla heila en einnig hippocampus og heila14,15. Þetta getur útskýrt hvers vegna minnisleysissjúklingar hafa skort á rekstri en ekki tefja skilyrðingu16,17. Hins vegar sýndi önnur rannsókn að meðvitund um ófyrirséð áreiti hafði ekki áhrif á námshraða á seinkun eða sporskilyrði18. Þar að auki benda taugamyndgreiningargögn til þess að heilasvæði utan heila séu virk við seinkun á augnbliksmeðferð19.

Þátttaka utan heila í mönnum gæti skýrt misræmið á milli námsferla hjá dýrum og mönnum. Ómanneskjur, CRs koma oft fram í fyrstu tíu rannsóknunum, fylgt eftir með aðeins hóflegri aukningu á svörun20-22. Námsferlar hjá dýrum sýna aftur á móti hægfara aukningu á CR-líkum og það er sjaldgæft að sjá marktækt nám í fyrstu blokkunum5,23,24. Í stuttu máli er enn nokkrum spurningum ósvarað um taugarásina(r) ) ábyrgur fyrir ástandi augnblikka og hlutverki meðvitundar, sem er enn truflandi breyta. Til að tengja taugalífeðlisfræðilega verkun heilans við ástand augnblikka hjá þátttakendum í dýrum og mönnum er æskilegt að draga úr áhrifum vitundar og vilja eins mikið og mögulegt er.

Hér prófuðum við tvær aðferðir til að draga úr áhrifum meðvitundar og vilja á skilyrðingu hjá mannlegum þátttakendum. Fyrsta aðferðin var að nota stutt CS–US hlé til að lágmarka tíma þátttakenda til að svara sjálfviljugir. Önnur aðferðin var að draga úr framlagi heilabarka til námsins með því að setja fram samhliða vinnsluminnisverkefni meðan á ástandi stendur. Við völdum vinnsluminnisverkefni sem fyrri rannsóknir benda til að taki heilaberki en ekki heila.

NIÐURSTÖÐUR

Línulegt blandað áhrif líkan

Til að prófa áhrif þjálfunar, milliörvunarbilsins (ISI) og vinnsluminnisverkefna á hlutfalli skilyrtra svara, gerðum við líkan CR prósentu með því að nota línulegt blandað áhrif líkan. Línulegt blönduð áhrifalíkan var notað frekar en endurtekna mælikvarðagreiningu á dreifni vegna þess að það er tölfræðilega öflugra, tekur tillit til einstaklingsmuna og tekst á við gagnapunkta sem vantar25,26. Sem fast áhrif notuðum við þjálfunarblokkina (1–10), ISI (150, 250 eða 500 ms), kynlíf (karl eða kona) og hvort viðfangsefnið gerði vinnsluminnisverkefni eða ekki (já eða nei).

Við settum líka inn auðkenni einstaklings sem tilviljunarkennd áhrif í líkanið. Líkanið var smíðað í MATLAB (Mathworks Inc.) með því að nota fitlmefunction með formúlunni: CRs ~1 + Block + Sex + WM + ISI + (1 |Subject).

Líkanið sýnir að blokk, ISI og WM verkefni hafa umtalsverð áhrif á hlutfall skilyrtra svara. Fyrir hverja blokk af 10 tilraunum hækkar CR prósentan um 2,15% að meðaltali. Yfir tíu blokkir þýðir þetta 2,15*10=21,5%. Þessi breyting er tölfræðilega marktæk(t=8.4339, P=4.4686e–16***, CI=1.65–2.65%). Líkanið okkar sýndi einnig að milliörvunarbilið hefur áhrif á CR prósentuna (mynd 1a). 1 ms hækkun á ISI leiðir til 0.17% hækkunar á hlutfalli CRs. Að skipta úr 150 ms ISI yfir í 500 ms ISI þýðir 0,17*350=59,5% hækkun á CR prósentu. Þessi áhrif eru einnig marktæk (t=10.30, P=1.74e–22***,CI=0.13–0.20%). Hins vegar, þvert á fyrri niðurstöður okkar20, hafði kyn ekki áhrif á CR (t=1.621, P=0.11, CI=−1,67 til 17,4%).

Meðvitund og vinnsluminni

Eftir þjálfunina voru þátttakendur í vinnsluminnishópnum spurðir: "Hefur þú tekið eftir einhverju sambandi á milli loftpúða og tón?" Af 11 einstaklingum í þessum hópi sögðust 3 hafa tekið eftir því að stundum kom áreitið saman og stundum eitt og sér, en ekkert meira. Sex af 11 þátttakendum töldu áreiti vera pirrandi og truflandi. Enginn af 11 þátttakendum greindi frá neinu um tímabundið samband milli áreita. Þrátt fyrir þetta tókst skilyrtum svörum að fást. Skýr vitund var því ekki nauðsynleg fyrir árangursríka skilyrðingu. Hvort þátttakendur leystu vinnuminnisverkefni á meðan á ástandinu stóð hafði áhrif á CR prósentuna (sýnt á mynd 1b). Þeir sem framkvæmdu minnisverkefni mynduðu 13,68% færri CR en þeir sem horfðu á kvikmynd. Þessi munur var tölfræðilega marktækur (t=2.77, P=0.{{20}}057 **,CI=3,99–23,4%). Í sérstöku líkani, sem innihélt aðeins þátttakendur sem unnu vinnsluminnisverkefnin, prófuðum við hvort hlutfallsleg röðun einstaklings á frammistöðu vinnsluminni spáði fyrir um hlutfall CRs. Niðurstöðurnar sýndu að þetta var ekki raunin (t=1.3189, P=0.18, CI=-0.9 til 5.0%).

Samantekt

Í stuttu máli sýna niðurstöðurnar að: (1) þjálfun leiðir til fleiri CRs;(2) lengri CS–US bil leiðir til fleiri CRs; (3) kynlíf hefur ekki áhrif á CR prósentu; (4) að gera vinnsluminnisverkefni minnkar hlutfall CRs; og (5) hversu vel þátttakendur standa sig í vinnsluminni hefur ekki áhrif á CR prósentuna.

UMRÆÐA

Tvær helstu niðurstöður þessarar rannsóknar eru þær að (1) milliörvunarbil<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%, sem breytti ekki miklu fyrir þær sjö blokkir sem eftir voru. Þetta er í samræmi við aðrar athuganir í augnbliksástandi hjá mannlegum þátttakendum11,19,20,22,30–32. Hins vegar er það frábrugðið ástandmynstri hjá öðrum spendýrum. Hjá ósnortnum kanínum, rottum og músum sjást skilyrt svörun stundum aðeins eftir nokkurra daga þjálfun5,24,27,28,33. Hámarkstíðni svörunar og háslétta meðalnámsferilsins tekur venjulega viðbótarþjálfunsdaga. Hugsanlegt er að þjálfun manna í lengri tíma eða margsinnis – eins og venjulega er gert hjá dýrum – gæti leitt til hærri tíðni skilyrtra svörunar.

Að gera vinnsluminnisverkefni meðan á þjálfun stendur með 500 msCS–US bilinu olli því að þátttakendur voru ómeðvitaðir um áreiti óvænt en kom ekki í veg fyrir nám. Þar sem við spurðum ekki þátttakendur sem gerðu ekki vinnsluminnisverkefni um vitund sína, getum við ekki sagt til um hvort þeir hafi vitað af áreiti tilvika. Hins vegar er reynsla okkar sú að þátttakendur átta sig fljótt á því að loftpúðan kemur á eftir hljóðinu, sem er einnig í samræmi við athuganir í sk. 18. Námsferill þátttakenda í vinnsluminnishópnum náði hálendi síðar en í samanburðarhópnum. Smám saman aukning á skilyrtum svörum náði yfir níu af tíu blokkum þjálfunar. Jafnframt, þó að nám hafi verið hægfara og svörunarhlutfallið hafi verið lægra frá fyrstu blokkinni, náði svörunarhlutfallið að lokum sama stigi (> 80%) og viðmiðunarhópurinn í lok tíu blokka þjálfunar. Niðurstöður okkar stangast á við fyrri tilraunir þar sem grímuverkefni hafði ekki áhrif á námshraða18. Hins vegar í fyrri rannsókninni voru þátttakendur beðnir um að endurtaka orð. Vinnuminnisverkefni okkar voru líklega mun erfiðari.

Í stuttu máli sýna fyrri tilraunir að meðvitund um örvunarskilyrði og sjálfviljug blikk getur verið uppspretta hraðaðs náms við seinkun á augnbliksskilyrðum. Þessi rannsókn bendir til þess að það að láta þátttakendur gera samhliða minnisverkefni meðan á ástandi stendur gæti dregið úr virkum áhrifum á nám, sem getur leitt til námsferlis sem er eingöngu háð heila og er því meira sambærilegt við skilyrt blikkviðbrögð sem greint er frá í dýrabókmenntum.

AÐFERÐIR

Þátttakendur

Þátttakendur voru 42 nemendur (konur=22; karlar=20) við háskólann í Lundi. Aldursbilið var 24,6 ± 5,38 ár (meðaltal ± SD). Þátttakendum var skipt í fjóra aðskilda hópa (sjá töflu 1). Þrír hópar voru þjálfaðir með þremur mismunandi CS–US millibilum: 150, 250 og 500 ms. Fjórði hópurinn var þjálfaður með 500 ms millibili, en auk skilyrðingarinnar var þátttakendum boðið að framkvæma vinnsluminni (WM) verkefni á meðan þeir voru þjálfaðir. Fyrir tilraunina skrifuðu þátttakendur undir skriflegt samþykkiseyðublað þar sem fram kom að þeir hefðu verið upplýstir um aðferðina almennt, þ.e. að blikksvörun þeirra yrðu skráð og að þau myndu birtast með tónum og loftpústum sem beint væri að augað. Samþykkið staðfesti einnig að þátttakendur vissu að þeir gætu hætt þátttöku hvenær sem er. Sem þakklætisvottur fékk viðfangsefnið bíómiða í lok tilraunarinnar (óháð því hvort þeir hefðu lokið við alla bókunina). Siðferðisnefnd (Regional etikprövningsnämnden Lund) samþykkti rannsóknina (DNR 2017–785).

Efni

Tilraunauppsetningin er sýnd á mynd 2. Til að greina augnlokshreyfingar var lítill kringlóttur neodymium segull (þvermál: 3 mm; þykkt: 1 mm) festur á vinstra augnlok einstaklingsins með því að nota tvöfalt límbandi. Breytingarnar á segulsviðinu sem urðu til voru skráðar með GMR flís (AAH002-02E, NVE Corporation). GMR flísinn og stúturinn sem skilaði loftpústinni voru festir við hægri hlið gleraugu sem viðfangsefnið var með í prófuninni . GMR skynjaragögnin voru tekin sýni við 1000 Hz og flutt yfir í tölvuna í gegnum Micro 1401 AD breytir (Cambridge Electronic Design). Micro 1401 var einnig notaður til að kveikja á hátölurunum sem spila tóninn — 1000 Hz tónn sem varir í 1 s — og til að opna D132202 segulloka (Aircom) og losa loftpúðann.

Augnbliksástand

Tilraunirnar voru gerðar í rólegu herbergi á háskólasvæðinu. Fyrir hvert viðfangsefni stilltum við styrk loftpústunnar þannig að hún framkallaði áreiðanlega viðbragðsblinkviðbrögð án þess að erta augað. Þrýstingurinn sem varð til var á bilinu 0,5 til 1 bör. Sömuleiðis var hljóðstyrkur tónsins stilltur þannig að hann heyrist en ekki óþægilegur. Hver einstaklingur fékk samtals 100 tilraunir (10 blokkir af 10 tilraunum). Af þessum 100 rannsóknum voru 25% tilraunarannsóknir sem þýðir að CS var sett fram eitt og sér. Tímabilið var 10 ± 2 s.

Í hópunum sem ekki sinntu vinnsluminnisverkefnum voru þátttakendur beðnir um að velja uppáhalds sjónvarpsþátt til að horfa á á fartölvu meðan á aðbúnaðinum stóð. Viðfangsefnið var beðið um að einbeita sér að prógramminu og reyna að stjórna ekki augnlokshreyfingum. Í hópnum sem fékk vinnsluminnisverkefni við skilyrðingu var þátttakendum sagt að einbeita sér og standa sig eins vel og hægt er á vinnsluminnisverkefnunum. Þeim var sagt að tilgangur tilraunarinnar væri að sjá hvaða áhrif truflandi áreiti í formi tóna og loftpúða hefðu á vinnsluminni. Markmiðið var að láta viðfangsefnið skynja tilraunina sem próf á vinnsluminni og gera sér ekki grein fyrir því að þetta væri í raun og veru augnblikkunartilraun. Eftir þjálfunina voru þátttakendur í vinnsluminnishópnum spurðir hvort þeir hefðu tekið eftir einhverju mynstri í kynning á áreiti.

Vinnuminnisverkefni

Þátttakendur í vinnsluminnishópnum fengu krefjandi vinnuminnisverkefni á meðan augnabliksmeðferðin stóð yfir. Við völdum nokkur af algengustu vinnsluminnisprófunum sem hægt var að sameina við skilyrðingaraðferðina og sem kröfðust ekki beint tímasetningar og hreyfifærni. Engu að síður eru vísbendingar sem sýna að nokkur þessara vinnuminnisverkefna fela í sér litla heila34,35. Nánar tiltekið gerðu þátttakendur eftirfarandi átta próf í eftirfarandi röð: (1) Corsi, (2) andlegur snúningur, (3) fjölverkavinnsla, (4) n-bak (3-bak), (5) Navon, (6) )Stroop, (7) sjónræn leit og (8) Wisconsin kortaflokkunarverkefnið. Vinnuminnisprófin voru keyrð á PsyToolkit nethugbúnaði (PsyToolkit er þróað af og tilheyrir prófessor GijsbertStoet og er aðgengilegt á www.psytoolkit.org). Hvert vinnuminnisverkefni byrjaði með leiðbeiningum á skjánum frá PsyToolkit. Viðbótarupplýsingar voru kynntar munnlega þegar þátttakendur óskuðu eftir því. Hvert próf byrjaði með nokkrum þjálfunardæmum (gefin af hugbúnaðinum) og eftir það hófust prófunin. Svör voru send með tölvulyklaborði og mús. Þegar þátttakandi hafði lokið öllum 8 prófunum var þeim bent á að byrja aftur á fyrsta prófinu. Þátttakendur luku að jafnaði 1,5 lotum af prófunum. Niðurstöður úr annarri umferð voru ekki greindar frekar.

Gagnagreining

Eyeblink gögnum var safnað með Spike2 v9.10 hugbúnaðinum (CED). Gögnin úr vinnsluminnisverkefnunum voru vistuð í MicrosoftExcel. Öll gögn voru síðan flutt út í og ​​greind í Matlab R2022a (Mathworks). Með því að nota sérsniðnar Matlab forskriftir, við flokkuðum hverja prufu sem (1) CR, (2) engin CR, eða (3) ógild prufuáskrift. Ef CR var til staðar, áætlaði handritið upphaf og hámark svarsins. Öll getraun var skoðuð handvirkt til að tryggja að handritið hefði gert réttar flokkanir. Villur voru leiðréttar handvirkt. Við greiningu á frammistöðu vinnsluminniprófa völdum við tvær breytur: viðbragðstíma (RT) og árangur í prófinu (rétt svör í %). Staðan var reiknuð út með því að nota rankfunction úr Microsoft Excel hugbúnaðinum og meðaltalsstaða sýndi eitt gildi fyrir hverja breytu RT og árangur hjá þeim sem prófaði.

Skýrsluyfirlit

Frekari upplýsingar um hönnun rannsókna er að finna í NaturePortfolio Reporting Summary sem tengist þessari grein.

HEIMILDIR

1. Kimble, GA Skilyrt sem fall af tíma milli skilyrts og óskilyrts áreitis. J. Exp. Psychol. 37, 1–15 (1947).

2. Steinmetz, AB o.fl. Mat á tvíátta milliörvunarbili (ISI) breytir seinkun á heyrnarlausri augnblikkandi ástandi hjá heilbrigðum mönnum. Læra. Hegðu þig. 39.358–370 (2011).

3. McCormick, DA & Thompson, RF Cerebellum: nauðsynleg þátttaka í klassískum skilyrtum augnloksviðbrögðum. Science 223, 296–299 (1984).

4. Yeo, CH, Hardiman, MJ & Glickstein, M. Aðskildar meinsemdir í heilaberki afnema klassískt skilyrt nictitating himnuviðbrögð kanínunnar. Behav. Brain Res. 13, 261-266 (1984).

5. Ten Brinke, MM o.fl. Þróunarlíkön af Pavlovian ástandi: heilabarkar gangverki í vöku hegðunarmúsum. Cell Rep. 13, 1977–1988 (2015).

6. Jirenhed, D.-A. & Hesslow, G. Eru Purkinje frumuhlé ökumenn fyrir klassískt skilyrt blikkviðbrögð? Cerebellum 15, 526–534 (2016).

7. Zucca, R., Rasmussen, A. & Bengtsson, F. Klifurtrefjastjórnun á sjálfsprottinni Purkinje frumuvirkni og heilaháð blikkviðbrögð. eNeuro 3,ENEURO.0067-15.2015 (2016).

8. Freeman, JH & Steinmetz, AB Taugarásir og mýktarkerfi sem liggja til grundvallar seinka augnbliksástandi. Læra. Mem. 18, 666–677 (2011).

9. Norman, RJ, Villablanca, JR, Brown, KA, Schwafel, JA & Buchwald, JS Klassísk augnbliksskilyrðing í tvíhliða hálfkúlubrotnum kött. Exp.Neurol. 44, 363-380 (1974).

10. van Gaalen, J. o.fl. Óeðlileg augnbliksástand er snemma merki um truflun á heilastarfsemi hjá forklínískum SCA3 stökkbreytingarberum. Exp. Brain Res. 237.427–433 (2019).

For more information:1950477648nn@gmail.com