Eine doppelte Dissoziation zwischen Ersparnissen und Langzeitgedächtnis beim motorischen Lernen Teil 5

Mechanismen zur Lernratenmodulation bei zeitlich volatiler Anpassung

Welche Mechanismen stecken hinter dem Anstieg der Lernrate bei zeitlich volatiler Anpassung?

Zeit ist eine magische Existenz. Es kann den Schmerz der Vergangenheit heilen und das Schicksal der Zukunft verändern. In unserem täglichen Leben beeinflusst der Lauf der Zeit oft unser Gedächtnis. Manchmal haben wir das Gefühl, dass wir uns nicht an einen bestimmten Zeitpunkt eines Ereignisses erinnern können oder dass unsere Erinnerung nachlässt. Obwohl diese Phänomene besorgniserregend klingen mögen, haben Zeitschwankungen viele positive Auswirkungen auf unser Gedächtnis.

Erstens hilft uns der Lauf der Zeit, Informationen besser zu verarbeiten und zu speichern. Manchmal lernen wir irgendwann etwas Neues, verstehen es aber zu diesem Zeitpunkt noch nicht ganz. Mit der Zeit verdauen wir dieses Wissen jedoch und speichern es in unserem Gehirn. Dieser Prozess der Verarbeitung und Speicherung von Informationen ist äußerst wichtig für unser Gedächtnis. In diesem Prozess können wir das Gelernte nach und nach festigen, bis es schließlich zu unserem gesunden Menschenverstand und unseren Fähigkeiten wird.

Zweitens können uns Zeitschwankungen auch dabei helfen, Geschichten besser auszudrücken und zu erzählen. Wir hören oft jemanden sagen: „Ich erinnere mich, dass ich letzte Woche etwas Interessantes gemacht habe, aber ich kann es wirklich nicht klar ausdrücken.“ In dieser Zeit wird uns der Lauf der Zeit helfen. Mit der Zeit werden uns die Einzelheiten dieses Ereignisses klarer und wir können es durch fortgesetzte Übung besser verstehen. Auf diese Weise können wir die Geschichte in zukünftigen Gesprächen besser ausdrücken und erzählen.

Schließlich können uns zeitliche Schwankungen in unserem Gedächtnis auch dabei helfen, uns an Erlebnisse und Gefühle besser zu erinnern. Manche mögen sagen, dass unsere Gefühle und Erfahrungen mit der Zeit verschwimmen. Tatsächlich macht der Lauf der Zeit unsere Erfahrungen aber auch tiefer. Beispielsweise können wir uns oft an aufregende oder überraschende Momente in unseren vergangenen Erfahrungen und Gefühlen erinnern. Diese Momente werden sich nach und nach tief in unsere Herzen einprägen und zu unseren ewigen Erinnerungen werden.

Kurz gesagt, Zeitschwankungen haben einen sehr engen Zusammenhang mit dem Gedächtnis. Obwohl der Lauf der Zeit einige Auswirkungen auf unser Gedächtnis haben kann, sollten wir ihn als positive Kraft betrachten. Mit der Zeit werden wir besser darin, Informationen zu verarbeiten und zu speichern, Geschichten besser auszudrücken und zu erzählen und uns besser an Erfahrungen und Gefühle zu erinnern. Aufgrund dieser positiven Effekte können wir unser starkes Gedächtnis in unserem Leben besser nutzen. Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen, und Cistanche deserticola kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche deserticola ein traditionelles chinesisches Arzneimittel ist, das viele einzigartige Wirkungen hat, darunter die Verbesserung des Gedächtnisses. Die Wirksamkeit von Hackfleisch beruht auf den verschiedenen darin enthaltenen Wirkstoffen, darunter Säure, Polysaccharide, Flavonoide usw. Diese Inhaltsstoffe können die Gesundheit des Gehirns auf verschiedene Weise fördern.

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Jüngste Arbeiten deuten darauf hin, dass ein solcher Anstieg der Lernrate durch Lernumgebungen mit erhöhter statistischer Konsistenz vorangetrieben werden kann, definiert als positive Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden Störungen (d. h. Lag-1-Autokorrelation) in der Umgebungsdynamik oder Fehlern von einem Versuch zum nächsten [ 52–54].

Dieser konsistenzgesteuerte Effekt wird noch verstärkt, wenn die Umgebung dieselbe Störung wiederholt [54], wobei hochkonsistente, sich wiederholende Wechselumgebungen die Lernraten um das Dreifache gegenüber dem Ausgangswert erhöhen und stark inkonsistente Umgebungen sie um das Fünffache verringern.

Entscheidend ist, dass die anfänglichen Trainingsperioden in Sparparadigmen, einschließlich des aktuellen, sowohl durch Konsistenz als auch durch Wiederholung gekennzeichnet sind, da sie normalerweise aus einer großen Anzahl von Versuchen mit derselben Störung bestehen, was zu einer Erhöhung der Lernbewertung während der Umschulung führt.

Einsparungen und explizite Anpassung

Experiment 3 ergab, dass die beobachteten zeitlich volatilen Einsparungen auf implizite Anpassung zurückzuführen sind. Dies ergänzt die jüngsten Beweise [19,20] gegen die Vorstellung, dass Einsparungen ausschließlich durch explizite Anpassung erzielt werden [18,43–45].

Obwohl durch explizite Strategien Einsparungen möglich sind, haben wir dies in unserem Experiment nicht beobachtet. Während dies zum Teil die erhebliche Variabilität im Gleichgewicht zwischen impliziter und expliziter Anpassung zwischen Individuen widerspiegeln könnte[74,86], war das Fehlen expliziter Einsparungen in unserer Studie wahrscheinlich auf ein experimentelles Design zurückzuführen, das implizite Anpassung förderte minimierte die explizite Strategie und bot daher wenig Möglichkeiten, explizite Einsparungen zu erkennen.

Zu den Designelementen gehörten das Fehlen von Zielanweisungen, das Fehlen von Markierungen im Arbeitsbereich, die das erneute Zielen erleichtern sollten, die Verwendung von Punkt-zu-Punkt-Bewegungen anstelle von Schussbewegungen und die Konstruktion einer geringen visuellen Rückmeldungslatenz (ungefähr 25 ms) für die Cursorbewegung auf dem Bildschirm. All dies kann implizites Lernen fördern [76,80–83].

Im Gegensatz dazu führten Studien, die die meisten dieser Designelemente umkehrten, hauptsächlich zu expliziten Anpassungen und fanden klare explizite Einsparungen [44].

Insgesamt deuten die Erkenntnisse nun darauf hin, dass sowohl implizite als auch explizite Anpassung zu Einsparungen führen kann, wenn auch über unterschiedliche Mechanismen.

Die aktuelle Studie zeigt, dass implizite Einsparungen insbesondere durch das schnellere Neulernen eines zeitlich flüchtigen Gedächtnisses verursacht werden, wohingegen frühere Arbeiten Belege dafür liefern, dass explizite Einsparungen durch zeitlich persistentes Gedächtnis verursacht werden, da explizite Einsparungen in Multi-Target-Paradigmen zu beobachten sind, die zeitlich flüchtige Erinnerungen minimieren würden Erinnerung [44,45].

Infolgedessen würden wir bei experimentellen Paradigmen, die in erster Linie explizites Lernen hervorrufen, erwarten, dass Einsparungen hauptsächlich durch diese zeitlich persistente Anpassung erzielt werden, und bei experimentellen Paradigmen, die ein Gleichgewicht zwischen implizitem und explizitem Lernen hervorrufen, würden wir die Dichotomie zwischen zeitlich persistent und temporär flüchtig erwarten Sparbeiträge werden verwischt.

Da wir diese Fälle jedoch nicht untersucht haben, können wir nicht wissen, ob sich unsere Erwartungen bestätigen oder ob komplexe Wechselwirkungen zwischen implizitem und explizitem Lernen zu unterschiedlichen Ergebnissen führen könnten, die anhand der aktuellen Ergebnisse nicht vorhergesagt werden können.

Parallelen zwischen zeitlich volatilem/zeitlich anhaltendem Lernen und den schnellen/langsamen Lernprozessen der motorischen Anpassung

Eine andere Arbeitsrichtung hat die motorische Anpassung untersucht, nicht experimentell, sondern basierend auf einem Rechenmodell mit zwei unterschiedlichen adaptiven Prozessen: einem schnellen adaptiven Prozess, der schnell lernt und eine schwache Retention zeigt, und einem langsamen adaptiven Prozess, der langsam lernt und eine starke Retention zeigt [10] .

Durch Manipulation der Trainingsdauer, um unterschiedliche Mengen an schnellem und langsamem Lernen hervorzurufen, ergab eine nachfolgende Studie, dass die 24-Stundenretention speziell durch die Menge an langsamem Lernen und nicht durch die Menge an schnellem Lernen oder der Gesamtanpassung vorhergesagt wurde [60].

Interessanterweise spiegelt diese modellbasierte Dissektion unsere auf zeitlicher Stabilität basierende Dissektion wider, da der langsame Prozess, wie die zeitlich persistente Anpassung, zu einer 24-h-Retention führt, während der schnelle Prozess, wie die zeitlich flüchtige Anpassung, dies nicht tut.

Es gibt eine bemerkenswerte Übereinstimmung zwischen der Studie von Joiner und Kollegen, die herausfand, dass 49 ± 6 % (95 % Konfidenz) des langsamen Lernens am ersten Tag nach 24 Stunden erhalten bleiben, und Experiment 4 in der aktuellen Studie, die herausfand, dass 46 ± 9 % davon erhalten blieben Das persistente Lernen am ersten Tag bleibt nach 24 Stunden erhalten. Darüber hinaus spiegeln die Versuch-zu-Versuch-Lerneigenschaften der schnellen und langsamen Prozesse diejenigen für die volatile bzw. persistente Anpassung wider. Insbesondere zeigt eine langsame Adaption ein langsameres Lernen und eine bessere Merkfähigkeit als eine schnelle Adaption, genauso wie eine zeitlich persistente Adaption ein langsameres Lernen und eine bessere Merkfähigkeit zeigt als eine zeitlich volatile Adaptation (siehe Abbildungen 3C, 3D bzw. 2A).

Diese Parallelen argumentieren, wenn auch spekulativ, dass das zeitlich flüchtige und zeitlich anhaltende Lernen aus unserer Analyse der Anpassung den impliziten Komponenten schneller und langsamer Prozesse aus dem Zwei-Zustands-Modell entspricht. Diese Möglichkeit stellt zwei herausragende Ideen aus der neueren Literatur in Frage. Erstens stellt die mögliche Entsprechung zwischen dem schnellen Prozess und dem impliziten zeitlich volatilen Lernen die Vorstellung in Frage, dass schnelles Lernen gleichbedeutend mit expliziter Anpassung ist [18,43,87].

Zweitens stellt die Möglichkeit einer messbaren Instanziierung von schnellem und langsamem Prozesslernen aus dem Zwei-Zustands-Modell die Behauptung in Frage, dass Modelle des kontextbasierten Lernens und des Wechsels zwischen Modellen adaptiver Prozesse mit unterschiedlichen Lernraten ersetzen sollten [41].

Die Koexistenz zeitlich flüchtiger und zeitlich persistenter Erinnerungen bietet einen Mechanismus für kontextuelle Interferenzen

Die mögliche Zuordnung einer zeitlich volatilen Anpassung zu einem Prozess des schnellen Lernens/geringen Behaltens und einer zeitlich anhaltenden Anpassung zu einem Prozess des langsamen Lernens/hohen Behaltens bietet eine interessante mögliche Erklärung für frühere Arbeiten zu kontextuellen Interferenzen sowohl bei motorischen als auch kognitiven Aufgaben. Kontextuelle Interferenz bezieht sich auf das Phänomen, dass Erinnerungen, die in Umgebungen mit hoher Interferenz gebildet werden, in denen die ausgeführte Aufgabe zufällig von einem Versuch zum nächsten wechselt, langsamer gelernt werden, aber eine höhere Retention aufweisen als Erinnerungen, die in Umgebungen mit geringer Interferenz gebildet werden, in denen eine einzelne Aufgabe seriell ausgeführt wird praktiziert[88–93].

Wenn, wie in der hier untersuchten VMR-Anpassungsaufgabe, sowohl zeitlich flüchtige als auch zeitlich persistente Erinnerungen zum Lernen bei Aufgaben beitragen, bei denen kontextuelle Interferenzen beobachtet wurden, dann können kontextuelle Interferenzeffekte allein auf der Grundlage des zeitlichen Abstands vorhergesagt werden, der den Paradigmen innewohnt, die sie hervorrufen.

Die Idee dabei ist, dass die Bedingung mit hoher Interferenz, bei der Aufgaben von einem Versuch zum nächsten zufällig vermischt werden, zwangsläufig den zeitlichen Abstand zwischen den Versuchen innerhalb jeder Aufgabe vergrößern würde, verglichen mit der Bedingung mit geringer Interferenz, bei der Aufgaben nacheinander geübt werden. Diese Vergrößerung des zeitlichen Abstands würde es ermöglichen, dass zeitlich flüchtige Erinnerungen zumindest teilweise zerfallen, und somit den Umfang des zeitlich flüchtigen Lernens verringern, was das gesamte Lernen verlangsamen und ein erhöhtes zeitlich anhaltendes Lernen fördern würde.

Darüber hinaus würden die daraus resultierende Verringerung des zeitlich volatilen Lernens und die Zunahme des zeitlich persistenten Lernens beide dazu beitragen, den Anteil des Lernens zu erhöhen, das im Zustand hoher Interferenzen temporär persistent ist, was wiederum die langfristige Bindung gemäß der Studie erhöhen würde aktuelle Erkenntnisse. Das verlangsamte Gesamtlernen und die erhöhte Merkfähigkeit, die hier für den Zustand hoher Interferenz vorhergesagt werden, sind tatsächlich die bestimmenden Merkmale der kontextuellen Interferenz.

Dementsprechend würde das Gegenteil, schnelleres Gesamtlernen, aber geringeres Behalten, für den Zustand geringer Interferenz vorhergesagt, bei dem seriell geübte Aufgaben mit reduziertem zeitlichen Abstand den schnellen Aufbau zeitlich flüchtiger Erinnerungen während des Trainings ermöglichen würden, um die Leistung zu verbessern, die jedoch vor dem Behalten oder Übertragen abklingen würden Test, was zu einer schlechten Retention führt.

Somit erklärt die Koexistenz von zeitlich flüchtigen und zeitlich persistenten Erinnerungen kontextuelle Interferenzen, die selbst keiner Interferenz bedürfen. Weitere Arbeiten sind erforderlich, um den Anteil der beobachteten kontextuellen Interferenzeffekte zu bestimmen, die auf diesen Mechanismus zurückzuführen sind.

Materialen und Methoden

Ethik-Erklärung

Diese Studie wurde vom Harvard University Committee on the Use of Human Subjects (CUHS) genehmigt. Die Teilnehmer waren hinsichtlich des Zwecks der Experimente naiv und gaben gemäß den CUHS-Richtlinien eine schriftliche Einverständniserklärung ab.

Teilnehmer

Insgesamt nahmen 118 Probanden (48 Männer, Alter 22,6 ± 4,7 Jahre, 13 Linkshänder) an der vorliegenden Studie teil (jeweils 20 in den Experimenten 1 und 2, 12 in Experiment S1, 41 in Experiment 3 und 25 in Experiment 4).

Gerät

Wir verwendeten den gleichen Versuchsaufbau wie in der jüngsten Arbeit [62,63]. Die Probanden saßen vor einem Apparat, der aus einem 200 Hz Digitalisiertablett (Wacom Intuos 3 12" × 19", Auflösung der Positionsdaten: 0,005 mm; Genauigkeit: 0,25 mm) bestand unten ein 23" 120 Hz LCD-Monitor.

Während des Experiments bewegten die Probanden einen speziell angefertigten Griff, der einen Stift enthielt, auf der Oberseite des Tablets, sodass wir die Handposition aufzeichnen konnten. Die Sicht auf die Hand war durch den Monitor eingeschränkt und die Probanden beobachteten stattdessen ihre Bewegung auf dem Bildschirm durch einen weißen Cursor, der die Handposition darstellte.

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