Hvernig hegðun mótar heilann og heilinn mótar hegðun: Innsýn úr minnisþróun

Fyrir meiri upplýsingar:ali.ma@wecistanche.com

Heimildarminnibatnar verulega á barnsaldri. Þessi framför er talin vera nátengd þroska hippocampus. Eins og fyrri rannsóknir hafa aðallega notað þversniðshönnun til að meta tengsl á milliupprunaminniog starfsemi hippocampus, er enn óþekkt hvort breytingar í heila séu á undan framförum íminnieða öfugt. Til að bregðast við þessu bili notaði núverandi rannsókn hraðari lengdarhönnun (n=200, 100 karlmenn) til að fylgja 4- og 6-árum börnum í 3 ár. Við raktum þroskabreytingar íupprunaminniog innri starfsemi hippocampus og metinn munur á milli 4- og 6-ára árganga í forspártengslum milliupprunaminnibreytingar og innri virkni hippocampus tengingar í fjarveru krefjandi verkefnis. Í samræmi við fyrri rannsóknir voru aldurstengdar hækkanir áheimildminniog innri starfræn tengsl milli hippocampus og barkarsvæða sem vitað er að taka þátt í minniskóðun. Nýjar niðurstöður sýndu að breytingar á minnisgetu snemma á lífsleiðinni spáðu fyrir um síðari tengingu milli hippocampus og cortical svæðisins og að innri starfsemi hippocampus tengsla spáði fyrir um síðari breytingar á upprunaminni. Þessar niðurstöður benda til þess að hegðunarupplifun og heilaþroski séu gagnvirk, tvíátta ferli, þannig að reynslan mótar framtíðarbreytingar í heilanum og heilinn mótar breytingar á hegðun í framtíðinni. Niðurstöður benda einnig til þess að bæði tímasetning og staðsetning skipti máli, þar sem áhrifin sem sáust voru háð bæði aldri barna og sértækri arðsemi heilans. Saman bæta þessar niðurstöður mikilvægri innsýn í gagnvirk tengsl vitsmunalegra ferla og undirliggjandi taugafræðilegra grunna þeirra meðan á þroska stendur.

Lykilorð: flýtt lengdarhönnun; heilaþroski;þáttaminni;starfræn tengsl hippocampus;minni þróun; upprunaminni

Fengji Geng, 1,3 Morgan Botdorf, 2 og Tracy Riggins2

1Department of Curriculum and Learning Sciences, Zhejiang University, Zijingang Campus, Hangzhou, 310058, 2Department of Psychology,

Háskólinn í Maryland, College Park, Maryland 20742, og 3Children's Hospital, Zhejiang University School of Medicine, National Clinical

Rannsóknarmiðstöð fyrir heilsu barna, Hangzhou, 310052

Mikilvægisyfirlýsing

Þversniðsrannsóknir hafa sýnt að hæfileikinn til að muna samhengisatriði fyrri reynslu (þ.e.upprunaminni) tengist þróun hippocampus í æsku. Ekki er vitað hvort virknibreytingar á hippocampus séu á undan framförum íminnieða öfugt. Með því að nota hraðari lengdarhönnun komumst við að því snemmaupprunaminnibreytingar spáðu fyrir um síðari innri virkni hippocampus tengingar og að þessi tenging spáði fyrir um síðari upprunaminnisbreytingar. Þessar niðurstöður benda til þess að hegðunarupplifun og heilaþroski séu gagnvirk, tvíátta ferli, þannig að reynslan mótar framtíðarbreytingar í heilanum og heilinn mótar hegðunarbreytingar í framtíðinni. Þar að auki voru þessi samskipti breytileg eftir aldri barna og heilasvæði, sem undirstrikar mikilvægi þroskasjónarmiðs þegar víxlverkanir á hegðun heila eru rannsakaðar.

Smelltu til Cistanche vítamínbúð og Cistanche fyrir minni

Kynning

Upprunaminni batnar verulega á barnsaldri (td Riggins, 2014). Nánar tiltekið, með aldrinum verða börn betri í að segja frá og varðveita samhengisupplýsingar um lífsreynslu (Bauer, 2007). Þessi þróun er nátengd þroska hippocampus, eins og sést af aldurs- og minnistengdum mun á uppbyggingu hippocampus og virkni þvert á þroska (sjá Ghetti og Bunge, 2012 til endurskoðunar; Sastre o.fl., 2016; Tang o.fl., 2018; Riggins o.fl., 2020). Fyrri rannsóknir hafa aðallega notað þversniðshönnun til að meta tengsl heila- og minnisþroska, sem gera ekki kleift að rannsaka raunverulegar þroskabreytingar og geta verið fyrir áhrifum af ruglandi þáttum, svo sem áhrifum á hópa. Þess vegna er enn óþekkt hvort breytingar í heila eru á undan endurbótum á minni eða öfugt. Að auki hafa fyrri rannsóknir beinst annað hvort að ungum börnum eða börnum á skólaaldri, sem gerir samanburð á mismunandi þroskaskeiðum erfiðan. Til að bregðast við þessum göllum notaði núverandi rannsókn hraðari lengdarhönnun til að fylgja 4- og 6-árum börnum í 3 ár. Þessi hönnun gerði okkur kleift að kanna þróunarbreytingar á innri starfsemi hippocampus (iHFC) og meta mun á 4- og 6-árahópnum í forspártengslum milli upprunaminni og starfrænnar tengingar (sjá mynd . 1).

Hjá fullorðnum er talið að innri starfræn tengsl endurspegli starfrænan arkitektúr heilans, sem kemur fram vegna verkefnasamvirkni milli heilasvæða (Fox og Raichle, 2007). Innra virkt tengslamynstur barna er líklega byggt upp á svipaðan hátt; Hins vegar hefur langtímamótunartilgátan lagt til að þessi tengslamynstur mótast með tímanum sem afleiðing af bæði þroska og reynslu (Gabard-Durnam o.fl., 2016). Til dæmis, með því að fylgja 4- til 18-ára eldri en 2 ára, bentu væntanlegar greiningar til þess að verkefnabundin amygdala virkni tenging spáði fyrir um virkni í hvíldarástandi 2 árum síðar, en ekki samtímis (Gabard-Durnam o.fl., 2016). Þessar niðurstöður benda til tengsla milli verkefnabundinnar heilavirkjunar og innri starfrænnar tengingar hjá bæði börnum og fullorðnum; þó geta slík samtök verið mismunandi eftir þróun.

Reynslugögn styðja einnig tvíátta áhrif milli heila og hegðunar. Í fyrsta lagi styðja fyrri rannsóknir þá hugmynd að hegðunarbreytingar móti verkefnabundna og innri starfræna tengingu (td Jolles o.fl., 2016; Clark o.fl., 2017; Rosenberg-Lee o.fl., 2018). Til dæmis, hjá 8- til 9-ára börnum, styrkti 8 vikna stærðfræðikennsla iHFC í innanhúð (Jolles o.fl., 2016). Í öðru lagi hafa empírískar rannsóknir sýnt að innri starfræn tengsl geta spáð fyrir um hagnað í vitsmunalegum hæfileikum síðar í þroska (td Hoeft o.fl., 2011; Supekar o.fl., 2013; Evans o.fl., 2015). Til dæmis, Supekar o.fl. (2013) komust að því að iHFC mæld fyrir stærðfræðikennslu spáði frammistöðubótum eftir kennslu á miðjum barnæsku.

Á grundvelli þessara rannsókna könnuðum við hvort tvíátta áhrif væru á milli breytinga á upprunaminni og innri starfrænni tengingu frá hippocampus til heilasvæða sem tilkynnt var að styðji samhengisupplýsingar um kóðun (Geng o.fl., 2019). Við notuðum hraða lengdarhönnun til að meta eftirfarandi: (a) aldurstengdar breytingar á samhliða tengslum milli upprunaminni og iHFC; (b) forspártengsl milli snemma breytinga á minni uppruna og síðari iHFC; og (c) forspártengsl milli snemma iHFC og síðari upprunaminnisbreytinga (mynd 1).

Við gerðum þá tilgátu að minnisaukning snemma uppruna myndi spá fyrir um síðari iHFC vegna þess að áhrif reynslunnar eru talin byggja upp með tímanum (Gabard-Durnam o.fl., 2016). Búist var við að uppsöfnuð reynsla af daglegu minnisstarfi myndi knýja fram þroskabreytingar í iHFC á barnsaldri. Þar að auki, vegna meiri mýktar snemma í þróuninni (td Tottenham og Sheridan, 2010), bjuggumst við við því að minnisbreytingar myndu spá betur fyrir um síðari tengsl í yngri á móti eldri árgangi.

Þar sem stungið hefur verið upp á tengingu heilans til að móta síðari hegðun (td Evans o.fl., 2015), gerðum við tilgátu um að iHFC myndi spá fyrir um aukningu á minnisgetu upprunans. Þar að auki, vegna þess að hippocampus virknin er þroskaðari á mið- og frumbernsku (Geng o.fl., 2019), gerðum við tilgátu um að tenging við 6 ára myndu spá betur fyrir um framtíðarminni en tengingu eftir 4 ár.

Efni og aðferðir

Þátttakendur Börn voru þátttakendur í stórri rannsókn sem rannsakaði minni og heilaþroska á frumbernsku sem notaði hraða lengdarhönnun (N=200, 100 karlar) (Riggins o.fl., 2018; Geng o.fl., 2019). Fyrsta bylgja (W1) rannsóknarinnar náði til 4- til 8-ára barna. 4- og 6-ára börnunum var boðið aftur í tvær síðari prófbylgjur (W2 og W3; mynd 2). Alls voru það þrjár bylgjur og hver bylgja innihélt unga og gamla árganga (ungur árgangur: W1=4 ár, ​​W2=5 ár, ​​W3=6 ár; gamall árgangur: W{{ 17}} ár, ​​W2=7 ár, ​​W3=8 ár). Tafla 1 sýnir fjölda barna sem gáfu 3, 2 eða 1 bylgju af gögnum til lokagreiningar í hverjum árgangi. Helstu ástæður þess að gögn um taugamyndatöku töpuðust voru þær að börnin hreyfðu sig of mikið, sofnuðu á meðan á skönnuninni stóð, neituðu að fara inn í skannann eða fjölskyldurnar náðu ekki að fylgja eftir.

Við mældum greindarvísitölu barna við W1 með því að nota orðaforða- og blokkhönnunar undirprófin úr annað hvort Wechsler Intelligence Scale for Children (Ed 4) (Wechsler, 2003) eða Wechsler Preschool and Primary Scale for Intelligence (Wechsler, 2012) ). Öll börn sem tóku þátt í greiningunum höfðu meðaltal til yfir meðallagi áætlaða greindarvísitölu. Enginn munur fannst á ungum og öldruðum árgangum í stigum í orðaforða (ungur: meðaltal=11.07, SD=2.96; gamalt: meðaltal=11.66, SD { {11}}.55; p=0.33) eða blokka hönnunarundirpróf (ungt: meðaltal=12.96, SD=2.73; gamalt: þýðir=13. 03, SD=3.00; p=0.92). Foreldrar sögðu að allir þátttakendur væru heilbrigðir án taugaþroskaraskana, taugasjúkdóma eða geðsjúkdóma. Að auki sögðu foreldrar að 88,5 prósent barna væru rétthent, 6,8 prósent sem örvhent, 3,7 prósent sem tvíhliða og 1 prósent sem ekki væri hægt að ákvarða.

Tilraunahönnun Kóðun. Í fyrstu heimsókninni lærðu börn nýjar staðreyndir (td "Hópur nashyrninga er kallaður hrun") frá einum af tveimur mismunandi heimildum, kvenkyns fullorðnum ("Abby") og karlrödduðum brúðu ("Henry") í gegnum stafræn myndbönd (Drummey og Newcombe, 2002; Riggins, 2014). Hver heimild gaf 6 staðreyndir fyrir samtals 12 staðreyndir. Lokað var fyrir framsetningu staðreynda eftir heimildum, þar sem börn lærðu fyrst 6 staðreyndir úr annarri heimildinni og síðan 6 staðreyndir úr hinni heimildinni og röð kubbanna var slembiraðað milli þátttakenda. Það voru þrír listar yfir staðreyndir; hver listi samanstóð af einstökum staðreyndum sem voru svipaðar á listanum (td "Hópur kengúra er kallaður múgur" eða "Hópur geita er kallaður ættkvísl"). Þessum listum var skipt af handahófi yfir þátttakendur. Börn voru beðin um að gefa gaum að staðreyndum þar sem þau yrðu prófuð á staðreyndum vikuna á eftir en ekki sagt að þau yrðu prófuð á uppruna staðreyndanna. Börn voru spurð hvort þau vissu staðreyndir fyrir tilraunina. Þekktar staðreyndir voru útilokaðar og þeim var skipt út fyrir frekari nýjar staðreyndir af lista sömu heimildar (en það kom sjaldan fyrir). Hver heimild hafði 8 mögulegar staðreyndir til að gera grein fyrir þeim möguleika að börn myndu vita 1 eða 2 af staðreyndunum. Ef barn vissi 3 eða fleiri staðreyndir úr einni heimild, minnkaði heildarfjöldi staðreynda sem barnið var prófað á (en þetta var sjaldgæft, n=4).

Endurheimt. Í seinni heimsókninni voru börn prófuð á minni þeirra fyrir staðreyndum og heimildum frá fyrstu heimsókninni. Börn voru beðin um að svara 22 léttvæga spurningum og segja tilraunamanninum hvar þau hefðu lært svörin við þessum léttvæga spurningum. Þeim var sagt að þeir hefðu lært sumar spurninganna vikuna áður af annaðhvort „Abby“ eða „Henry“, sumar gætu þeir hafa lært utan rannsóknarstofunnar (td frá kennara eða foreldri), og sumar þekktu þeir kannski ekki. Börnin lærðu 6 af 22 staðreyndum frá "Abby", 6 frá "Henry", 5 voru staðreyndir sem börn þekkja almennt (td "Hvaða litur er himinninn?") og 5 voru staðreyndir sem börn myndu venjulega ekki vita (td "Hvað heitir litaði hluti augans þíns?"). Hver listi með 22 staðreyndum hafði tvær tilviljanakenndar kynningarraðir og var mótvægi þessara raða milli þátttakenda. Ef börn gátu ekki munað uppruna ákveðinnar spurningar voru gefnir fimm fjölvalsmöguleikar: foreldrar, kennari, stelpa í myndbandinu, brúða í myndbandinu, eða bara vissi/giskaði.

Upprunaminni var reiknað sem hlutfall spurninga sem börn mundu nákvæmlega eftir eða þekktu bæði staðreyndina og upprunann af heildarfjölda staðreynda sem lærðar voru (sjá formúluna hér að neðan). Þessi mælikvarði á upprunaminni er talinn endurspegla bindingu staðreynda og heimilda, sem er mikilvægur þáttur þáttaminnis (Miller o.fl., 2013; Cooper og Ritchey, 2020).

Við verkefnalausa skönnun var fylgst með hreyfingu höfuð þátttakenda í rauntíma. Ef þátttakandi sýndi of mikla höfuðhreyfingu (0,2 mm í hvaða átt sem er) á fyrri hluta einhverrar hlaups var skönnunin endurræst og þátttakandinn minntur á að vera eins kyrr og hægt er.

Forvinnsla myndgagnagagna Í greiningunum voru allar 210 fMRI myndirnar í hvíldarástandi teknar með, þar sem fyrstu fjórum bindunum var hent fyrir gagnasöfnun vegna óstöðugleika upphafs MR merkisins og þátttakendaaðlögunar. Forvinnsla innihélt eftirfarandi skref. Fyrst voru sneiðtímaleiðrétting, leiðrétting á höfuðhreyfingum og sléttun framkvæmd með DPABI 1.3 (Yan o.fl., 2016). Óháð íhlutagreining var síðan keyrð á sléttum gögnum með því að nota MELODIC, FSL verkfærakistu, til að fjarlægja gripatengda íhluti (Geng o.fl., 2019). Eftir að hafa fjarlægt alla gripstengda íhluti var heilaútdráttur, eðlilegur og síun framkvæmdur. Eftir aðferðina sem Tillman o.fl. (2018), var heilaútdráttur á T1-veginni mynd framkvæmd sérstaklega í sex verkfærakistum: Advanced Normalization Tools, AFNI, FSL, BSE, ROBEX og SPM8 til að tryggja hágæða gögn. Voxelarnir sem teknir voru út með að minnsta kosti fjórum verkfærakistum voru innifalin í heilagrímunni. Háþróuð eðlileg tól voru notuð til að framkvæma samskráningu og stöðlun. Tölfræðilegar greiningar voru gerðar í AFNI (Cox, 1996). Tímabundin bandpass síun (0.01-0.1 Hz) og staðbundin jöfnun með 5 mm FWHM Gauss kjarna voru framkvæmdar í AFNI á stöðluðum gögnum.

Einstök fræsvæði (tvíhliða fremri og aftari hippocampus) voru fengin úr burðarvirkjaskönnun með Freesurfer 5.1 (Fischl, 2012) og breytt með því að nota Automatic Segmentation Adapter Tool (Wang o.fl., 20 11). Hippocampus var skipt í fremri og aftari hluta með því að nota handvirka auðkenningu á stöðluðum líffærafræðilegum kennileitum. Toppurinn frændi þjónaði sem landamæri milli fremri og aftari hippocampus (Duvernoy, 2005; Weiss o.fl., 2005). Matsmenn voru blindir á aldur og kyni þátttakenda. Áreiðanleiki fyrir auðkenningu þessara kennileita benti til 94,60 prósenta samkomulags innan 1 sneiðar og 99,99 prósents samkomulags innan 2 sneiða. Innanflokksfylgnistuðlar voru háir og voru á bilinu 0,897 til 0,985. Þegar ágreiningur var á milli matsaðila um rétta sneiðarstaðsetninguna var sneið vanameiri matsaðilans notuð.

Fylgni milli tímaraða einstakra fræsvæða (tvíhliða fremri og aftari hippocampus) og alls heilans voru reiknuð út til að búa til einstök virknikort í hvíldarástandi. Í kjölfarið var Fishers r-til-z umbreyting notuð til að breyta r kortum í z kort til að fá eðlilega dreifð gildi tengikortanna. Z gildin voru dregin út úr 6 arðsemishlutföllum: neðri/efri hnakkablöðru (IPL/SPL), neðri hnakkabeygjur (IOG), neðri neðri hnakkahreyfing (ITG), neðri lægri framhlið (IFG), fusiform gyrus og orbital frontal gyrus (OFG) (Mynd 3). Þessi heilasvæði voru skilgreind samkvæmt fyrri rannsóknum, sem gáfu til kynna að 4- til 8-ára gömul börn sýndu meiri virkjun á þessum svæðum við kóðun fyrir hluti (þ.e. myndir af dýrum og hlutum) sem síðan var munað með réttar heimildir en þær sem hafa rangar heimildir (þ.e. myndir af teiknimyndapersónum) (sjá nánar Geng o.fl., 2019). Virkjunarmunurinn bendir til þess að þessi sex heilasvæði séu mikilvæg til að kóða samhengisupplýsingar. Þess vegna voru þessi svæði valin sem arðsemi í núverandi rannsókn.

Tölfræðilegar greiningar Línuleg blönduð líkön voru notuð í ljósi getu þeirra til að meðhöndla ójafnvægi og ófullnægjandi lengdargögn. Nánar tiltekið var röð af föstum áhrifum líkana keyrð í SPSS 20.0 til að prófa tengslin milli aldurs, upprunaminni og iHFC. Í fyrsta lagi voru aldurstengdar breytingar á upprunaminni metnar. Síðan voru tengsl milli aldurs, upprunaminni og iHFC við hverja arðsemi greind til að meta breytingar á samhliða tengslum. Næst voru líkönin notuð til að kanna hvort fyrri breytingar á upprunaminni spáðu fyrir um síðari iHFC með hverri arðsemi og hvort fyrri virknitenging við hverja arðsemi spáði fyrir um síðari breytingar á upprunaminni.

Eins og lagt er til í innganginum tekur það tíma fyrir hegðunar- og heilabreytingar að móta hvort annað. Þess vegna greindum við tengsl minnisbreytinga á milli W1 og W2 við starfræna tengingu við W3 (mynd 1). Að auki reiknuðum við tengsl hagnýtra tenginga við W1 við minnisbreytingar á milli W1 og W3 (mynd 1). Önnur hagnýt ástæða fyrir því að minnisbreytingabilin voru mismunandi milli spágreininganna tveggja var sú að engin marktæk breyting var á upprunaminni milli W2 og W3 í gamla árganginum. [Önnur áhugaverð spurning væri hvernig breytingar á upprunaminni tengjast breytingum á iHFC; Hins vegar, í núverandi úrtaki, var of mikið gagnatap vegna hreyfingar til að kanna breytingar á iHFC innan tveggja árganga. Þess vegna eru gögn á einum tímapunkti notuð fyrir hagnýtar tengingargreiningar.]

Samfelldar fylgibreytur (aldur, meðaltal FD, breyting á upprunaminni og iHFC) í þessum líkönum voru staðlaðar yfir allt úrtakið. Upplýsingaviðmið Akaike var notað til að bera saman líkön af aðaláhrifum við líkön sem innihéldu bæði aðaláhrif og gagnvirk áhrif. Líkön með lægsta Akaike's Information Criterion gildi voru valin sem best passandi líkan. Í ljósi miðlungs úrtaksstærðar (sjá töflu 1) og takmarkaðs fjölda arðsemi var ekki beitt leiðréttingum fyrir margfaldan samanburð. Ef víxlverkanir sem tóku þátt í árgangi (ungur vs gamall) sáust, voru tengslin milli frumminnismælinga og iHFC metin aftur fyrir hvern árgang með því að staðla fylgibreyturnar fyrir hvern hóp fyrir sig og endurmeta líkanfæribreytur.

Niðurstöður

Niðurstöður hegðunar

Það voru 194 börn sem lögðu fram gögn fyrir atferlisgreiningar (tafla 1). Til að spá fyrir um frammistöðu upprunaminni, passuðu líkön með föstum áhrifum, þar á meðal aldur, árgang (ungur vs gamall) og samspil aldurshóps betur en líkanið sem aðeins innihélt aðaláhrif. Aldur var jákvætt tengdur frammistöðu minni uppruna (b=0.051, SE=0.023, t(353)= 2.281, bls.=0.023), og það var marktækt samspil milli aldurs og árgangs (b=–0.075, SE=0.031, t(353) {{17 }} 2.423, bls=0.016). Þegar þessi víxlverkun var könnuð sýndu niðurstöður að aldurstengdar breytingar á upprunaminni voru meiri hjá ungum á móti gömlum hópi (p, 0,001 á móti p=0}.028; mynd 4). Enginn munur kom fram á milli 6- ára barna úr unga árganginum sem voru prófuð á W3 og 6-ára barna úr gamla árganginum sem voru prófuð í W1 (bls. 0,90). Að auki prófuðum við hvort munur væri á upprunaminni milli aldurshópa í hverjum árgangi. Allur samanburður á milli aldurshópa náði marktækum hætti að undanskildum muninum á milli 7 og 8 ára (bls=0.24).

Aldurstengdar breytingar á samhliða tengslum milli upprunaminni og starfrænnar tengingar. Meðaltal FD var einnig tekið með í líkaninu vegna lítils marktæks sambands milli aldurs og meðal FD eins og greint var frá hér að ofan. Helstu áhrifalíkönin passuðu betur en líkönin með samspil aldursuppspretta. Það voru marktæk megináhrif aldurs við að spá fyrir um tengsl milli hippocampus og vinstri IPL/SPL, IOG, vinstri ITG, vinstri IFG, fusiform gyrus og OFG. Nánar tiltekið, þegar aldur jókst, jókst iHFC líka (mynd 5). Helstu áhrif upprunaminni voru ekki marktæk fyrir tenginguna milli hippocampus og hvers kyns arðsemi.

Að auki var munur á tengingu milli fremri og aftari hippocampus og fusiforms, vinstri ITG, IOG, OFG og vinstri IPL/SPL (tafla 3). Á öllum svæðum nema OFG voru tengingar meiri fyrir aftan samanborið við fremri hippocampus. Í IFG var stefna munur á starfrænni tengingu hippocampus (fremra, aftan; tafla 3).

Forspártengsl milli upprunaminni breytast úr W1 í W2 og hagnýtra tenginga við W3

Föst áhrif línulegu blönduðu líkananna voru undirsvæði (fremra vs aftan), árgang (ungur vs gamall) og breyting á upprunaminni (skilgreind sem munurinn á upprunaminni milli W1 og W2). Meðaltal FD var ekki tekið með í líkönin vegna þess að enginn munur var á hreyfibreytum (meðal FD, alger hreyfing og gagnalengd) á milli ungra og gamalla árganga (bls. 0.60). Líkönin sem innihalda samspil breytinga á minnisuppsprettu árgangsins leiddu til þess að líkan passaði betur fyrir vinstri IFG og OFG. Aftur á móti passuðu helstu áhrifalíkönin betur fyrir hinar fjórar arðsemisaðgerðirnar. Breytingar á upprunaminni á milli W1 og W2 voru jákvæðar tengdar W3 hippocampus virkni tengingu við vinstri IPL/SPL, IOG, vinstri ITG og fusiform gyrus (tafla 4; mynd 6).

Það voru marktæk víxlverkun milli breytinga á árgangi og upprunaminni sem spáði fyrir um innri starfræna tengingu frá hippocampus til vinstri IFG og OFG (tafla 4). Til að kanna þessar milliverkanir voru líkönin með föstum áhrifum notuð til að meta hvern hóp fyrir sig. Í unga árganginum voru breytingar á upprunaminni marktækt tengdar iHFC með vinstri IFG og OFG (b=0.109, SE=0.025, t( 73)=4.341, p , 0,001; b=0.068, SE=0.022, t(73)=3.117, p=0 .003). Hins vegar voru þessi tengsl ekki áberandi í gamla árganginum (p gildi 0,20). Þess vegna, aðeins í unga hópnum, gerði hegðunarbætur á upprunaminni síðar innri virknitengsl milli hippocampus og þessara barkarsvæða (mynd 7). Ennfremur endurgerðum við greiningarnar hér að ofan með upprunaminni á W1 og W2 sem eru innifalin í líkönunum til að prófa tengslin milli frumminnisbreytinga og síðari virkni hippocampus tengingar. Allar niðurstöður stóðu í stað, nema að megináhrif frumminnisbreytinga á vinstri IPL/SPL og IOG urðu óveruleg (p=0.18; p=0}.11). Að auki sýndi aftari hippocampus meiri tengingu við fusiform, vinstri ITG, IOG og vinstri IPL/SPL en fremri hippocampus. Munurinn á OFG og vinstri IFG náði ekki marktækni (tafla 3).

Forspártengsl milli virkra tenginga við W1 og upprunaminni breytast úr W1 í W3

Föst áhrifalíkön innihéldu iHFC við W1 og árgang (ungur vs gamall) sem sjálfstæðar breytur og upprunaminni breyting úr W1 í W3 sem háð breytu. Meðaltal FD var ekki innifalið í líkaninu þar sem það var ekki marktækt frábrugðið milli árganga (bls. 0.70). Fyrir vinstri ITG og fusiform passuðu víxlverkunarlíkönin betur. Fyrir hina arðsemina passuðu helstu áhrifalíkönin betur en gáfu engar marktækar niðurstöður.

Samskiptin milli hóps og iHFC í vinstri ITG og fusiform gyrus spáðu marktækt fyrir um breytingu á upprunaminni (tafla 5). Til að kanna víxlverkanirnar voru líkön með föstum áhrifum notuð til að prófa tengslin í hverjum árgangi fyrir sig. Í eldri árganginum var iHFC með vinstri ITG og fusiform gyrus tengt upprunaminnisbreytingu (b=–0.{{10}}90, SE=0 .024, t(60)=3.76, p , 0.001; b=0.086, SE=0.029, t(60)= 2.998, p=0.004). Hins vegar sást þetta samband ekki í unga árganginum (bls. 0,80). Þess vegna, aðeins í gamla hópnum, spáði starfræn tenging milli hippocampus og vinstri ITG og fusiform gyrus fram síðar umbótum á upprunaminni (Mynd 7).

Umræða

Þessi rannsókn notaði hraða lengdarhönnun til að kanna forspártengsl milli breytinga á upprunaminni og iHFC í æsku. Í fyrsta lagi fundum við aldurstengda aukningu á frammistöðu minni uppruna, sem styður fyrri rannsóknir sem sýna mikinn aldurstengdan mun á upprunaminni hjá þessum aldurshópi (Drummey og Newcombe, 2002; Riggins, 2014). Í öðru lagi bentu niðurstöður til þess að iHFC innan minnisnetsins jókst yfir barnæsku, sem er í samræmi við fyrri þversniðsrannsóknir sem sýndu svipuð tengsl á milli aldurs og virkni hippocampus tengsla (Blankenship o.fl., 2017; Geng o.fl., 2019). Að lokum bentu niðurstöður til þess að breytingar á minni frammistöðu spáðu fyrir um síðari virkni tengingar og snemma virkni tengsl spáðu fyrir um síðari upprunaminni breytingar.

Upprunaminnisbreytingar spáðu fyrir um starfræna tengingu hippocampus síðar

Upprunaminnisbreytingar snemma á lífsleiðinni spáðu síðar innri tengingu milli hippocampus og heilaberkissvæða án verkefnis, sem bendir til þess að hegðun hafi mótað síðar starfræna tengingu. Nánar tiltekið, hjá öllum börnum, spáðu breytingar í minni fyrir um innri tengingu frá hippocampus til fusiforms, yfirgaf ITG, IOG og yfirgaf IPL/SPL 1 ári síðar. Að auki, innan yngri hópsins, spáðu snemma minnisbreytingar einnig fyrir um starfræna tengingu hippocampus við vinstri IFG og OFG. Hins vegar, í greiningum sem meta aldurstengdar breytingar á samhliða samskiptum, var minnisgetan ekki tengd iHFC. Þessar niðurstöður styðja þá hugmynd að lífsreynsla móti heilann þvert á þroska, hugmynd sem hefur einnig notið stuðnings frá öðrum niðurstöðum (Fox og Raichle, 2007; Gabard-Durnam o.fl., 2016). Til dæmis hefur verið sýnt fram á að verkefnabundin virkni tenging spáir fyrir um virkni í hvíldarástandi 2 árum síðar en ekki samtímis (Gabard-Durnam o.fl., 2016). Að auki, eins og gagnvirka sérhæfingarramminn gaf til kynna, túlkuðum við niðurstöðurnar til að sýna fram á að breytingar á minni snemma á lífsleiðinni gætu ýtt undir starfræna samþættingu innan hippocampal minnisnetsins og að þetta ferli tekur tíma að þróast (Johnson, 2011; Poppenk o.fl., 2013). Með öðrum orðum, snemma minnisaukning getur endurspeglað smám saman betrumbót á hippocampal minnisnetinu með tímanum, sem að lokum leiðir til aukins iHFC, jafnvel meðan ekki er tiltekið verkefni. Þetta er í samræmi við fyrri rannsóknir á öðrum vitsmunalegum sviðum sem sýna að reikniþjálfun olli breytingum á hippocampus-parietal tengingu á miðjum bernsku (Rosenberg-Lee o.fl., 2018).

Virk tenging hippocampus spáði fyrir um breytingar á upprunaminni síðar

Tenging frá hippocampus við fusiform og ITG spáði fyrir um minnisbreytingar 2 árum síðar. Hins vegar átti þetta aðeins við um eldri árganginn, þannig að iHFC með fusiform og fór frá ITF 6 ára spáði fyrir um minnisbreytingar 2 árum síðar. Þessar niðurstöður styðja þá fullyrðingu að virkni í heila geti einnig mótað hegðun og benda til þess að starfræn samþætting innan hippocampal minnisnetsins geti spáð fyrir um framtíðarþróun í minnisgetu hjá börnum allt niður í 6 ára aldur. Þessi niðurstaða er í samræmi við fyrri rannsóknir sem benda til þess að fyrri iHFC geti spáð fyrir um hegðunarbreytingar af völdum inngripa í dæmigerðum og óhefðbundnum þroskahópum (Hoeft o.fl., 2011; Supekar o.fl., 2013). Þess vegna bendir rannsókn okkar til þess að snemma á ævinni sé víxlverkun heila og hegðunarþroska ekki einstefnu, heldur gagnkvæmt ferli: hegðunarbreytingar móta heilastarfsemi í framtíðinni og virkni heila mótar hegðunarbreytingar í framtíðinni.

Tímasetningaráhrif í samspili hegðunar- og heilaþroska

Niðurstöður okkar benda til þess að tímasetning skipti máli hvað varðar samskipti heilans og hegðunarþroska. Nánar tiltekið, þó að fyrri minnisbreytingar hafi spáð fyrir um síðari tengsl hippocampus við ákveðin svæði í heilaberki í bæði ungum og gömlum árgöngum, voru aðeins snemma minnisbreytingar innan yngri hópsins tengdar starfrænni tengingu frá hippocampus til vinstri IFG og OFG. Aftur á móti spáði snemma starfræn tenging við fusiform og vinstri ITG marktækt fyrir síðari minnisbreytingum eingöngu í eldri hópnum. Við leggjum til tvær mögulegar skýringar á þessum tímamismun. Í fyrsta lagi geta þessar niðurstöður stafað af þekktum mun á umfangi aldurstengdra breytinga á þróun upprunaminni á barnsaldri. Í samræmi við fyrri atferlisrannsóknir sem benda til hraðari breytinga á upprunaminni fyrir sjötta aldursárið (Riggins, 2014), bendir núverandi rannsókn til þess að minnisbreytingar fyrir 4-til-6-árahópinn hafi verið meiri umtalsvert en fyrir 6-til-8-árahópinn. Meiri minnisbreytingar geta valdið meiri breytingum í heilanum. Þetta gæti hjálpað til við að útskýra hvers vegna fyrri minnisbreytingar í yngri hópnum spáðu fyrir um tengsl milli hippocampus og IFG og OFG.

Að öðrum kosti getur tímasetningarmunurinn stafað af þekktum mun á þroskabreytingum í hippocampus á barnsaldri. Rannsóknir á mönnum og dýrum benda stöðugt til þess að minnisnet hippocampus upplifi verulega þróun í kringum sjötta aldursárið (Serres, 2001; Lavenex og Lavenex, 2013). Þess vegna geta 4-6 ár verið viðkvæmt tímabil fyrir þróun hippocampus, sem einkennist af meiri mýkt (Tottenham og Sheridan, 2010). Þessi fullyrðing er í samræmi við þau rök að mótun hagnýtrar byggingarlistar gæti verið sérstaklega áberandi á þroskatímabilum þegar taugakerfi eru mest plast og móttækileg fyrir inntak umhverfis (Bick og Nelson, 2017). Eftir að viðkvæma tímabilinu lýkur getur þroskaðari hippocampal minnisnetið byrjað að knýja fram þroskabreytingar á minnishæfileikum. Þetta gæti útskýrt hvers vegna iHFC spáði aðeins fyrir um hegðunarbreytingar í eldri hópnum. Þess vegna veltum við því fyrir okkur að aðeins eftir að heilinn nær ákveðnum þroskunarmörkum geti virkni hans spáð fyrir um hegðun á áreiðanlegan og stöðugan hátt. Áhrif tímasetningar geta einnig verið háð sérstökum heilasvæðum sem sýna starfræna tengingu við hippocampus. Snemma minnisbreytingar frá 4 í 5 ár spáðu fyrir um starfræna tengingu milli hippocampus og prefrontal svæða (IFG og OFG) eftir 6 ár. Hins vegar, í eldri árganginum, var ekki spáð fyrir um starfræna tengingu við 8 ára aldur með hegðunarbreytingum frá 6 til 7 ára. Aftur á móti spáði iHFC aðeins fyrir um minnisbreytingar í eldri hópnum 2 árum síðar, og þetta var sérstaklega fyrir fusiform og ITG. Þessar niðurstöður kannski vegna mismunandi þroskaferla þessara taugasvæða. Fyrri rannsóknir hafa sýnt að heilaþroski fer fram í stigveldisröð frá skynjunar- til tengslabarka til svæða sem eru mikilvæg fyrir vitræna starfsemi (Gogtay o.fl., 2004; Shaw o.fl., 2008). IFG og OFG eru svæði sem tengjast hærri röð skilningi sem þroskast seinna en skyn- eða tengslasvæði. Þannig eru niðurstöður þessarar rannsóknar í samræmi við þá hugmynd að prefrontal svæði, eins og IFG og OFG, séu minna þroskuð, og þar af leiðandi meira plast, í yngri á móti eldri árgangi. Þetta er einnig í samræmi við fyrri rannsóknir sem benda til þess að aukin virkni hippocampus tenging við PFC tengist þróun minnishæfileika (Qin o.fl., 2014). Núverandi niðurstöður lengja þessa vinnu og benda til þess að 4-6 ár gætu verið viðkvæmt tímabil fyrir starfræna samþættingu milli hippocampus og framhliðarsvæða. Aftur á móti eru fusiform og ITG tengd sjónrænni vinnslu og þroskast fyrr en prefrontal svæði. Slík snemmþroska gæti legið til grundvallar getu fusiforms og ITG til að spá fyrir um hegðunarbreytingar.

Styrkleikar og takmarkanir

Núverandi rannsókn hefur nokkra styrkleika. Með því að nota hraða lengdarhönnun raktum við þróunarbreytingar á upprunaminni, iHFC og samskiptum þeirra á milli. Þessi hönnun gerði okkur einnig kleift að prófa tímasetningarmun með því að bera saman tvo hópa barna. Með því að einblína á fyrirhugað viðkvæmt tímabil fyrir þróun upprunaminni gátum við skoðað hvernig minnisnet hippocampus er betrumbætt innan þessa mikilvæga þroskaglugga og hvernig það tengist endurbótum á minni.

Þessi rannsókn hefur líka takmarkanir. Vegna takmarkaðrar úrtaksstærðar gátum við ekki kannað hvernig breytingar á starfrænni tengingu með tímanum tengjast minni. Einnig, vegna úrtaksstærðar, völdum við að gera ekki greiningar á heila heila og treystum þess í stað á arðsemi sem fengin er úr verkefnabundinni rannsókn þar sem börn úr sömu lengdarrannsókn tóku þátt. Þannig geta niðurstöður með fleiri heilasvæðum, sem ekki eru innifalin í núverandi mengi arðsemi, einnig verið til. Að auki voru arðsemin skilgreind í verkefni með því að nota aðeins myndefni. Aftur á móti var upprunaminni í þessari rannsókn mælt í verkefni sem fól í sér bæði myndrænt og munnlegt efni. Ekki er vitað hvort mismunandi heilasvæði yrðu virkjuð til að umrita samhengisupplýsingar með því að slá á sjónræn á móti munnlegum hætti. Að lokum, þrátt fyrir að hlutfall barna í úrtakinu hafi lagt fram verkefnabundin fMRI gögn til að skilgreina arðsemi, þá höfðum við ekki næg verkefni byggt segulómunargögn til að meta þroskatengsl milli verkefnabundinnar virkni hippocampus og tengingarinnar sem mæld var án krefjandi verkefnis lögð á.

Að lokum, rannsókn okkar einbeitti sér að aðferðum sem tengjast þroskabreytingum á upprunaminni og undirliggjandi hippocampal neti á milli 4 og 8 ára. Niðurstöður benda til þess að hegðunarupplifun og heilabreytingar séu gagnvirk ferli, þannig að reynslan mótar breytingar á heilanum og heilinn mótar breytingar á hegðun. Að auki styðja niðurstöður okkar og útvíkka fyrri rannsóknir á heilaþroska með því að sýna að tímasetning skiptir máli hvað varðar hegðunarbreytingar sem móta tengingu heilans og slíkur tímamismunur fer einnig eftir því hvaða heilasvæði eiga í hlut. Saman veita þessar niðurstöður mikilvæga innsýn í þróun upprunaminni í æsku og stuðla að vaxandi fjölda bókmennta sem skrásetja gagnvirk og flókin tengsl milli vitsmunalegra ferla og taugafræðilegra grunna þeirra í þroska heilans.