Überraschung erleben: Die zeitliche Dynamik ihrer Auswirkungen auf das Gedächtnis Teil 1

Um Informationen effizient zu verarbeiten, wechselt das Gehirn zwischen Kodierungs- und Abrufzustand und priorisiert entsprechend die Bottom-Up- oder Top-Down-Verarbeitung. Es hat sich gezeigt, dass eine Erwartungsverletzung vor oder während des Lernens einen adaptiven Kodierungsmechanismus auslöst, der zu einem besseren Gedächtnis für unerwartete Ereignisse führt.

Durch umfangreiche Forschung wurde ein enger Zusammenhang zwischen Abrufstatus und Gedächtnis entdeckt. Einfach ausgedrückt bezieht sich der Abrufstatus auf den Zustand, in dem wir bestimmte Informationen abrufen und abrufen müssen. Dieser Zustand kann unsere Gedächtnisleistung stark beeinträchtigen.

Wenn wir im Abrufzustand aktiver und organisierter sind und uns darauf konzentrieren, Informationen abzurufen und abzurufen, kann unser Gehirn Informationen effizienter in unserem Kurzzeitgedächtnis speichern und sie bei Bedarf schnell abrufen. Wenn umgekehrt unser Abrufstatus schlecht ist, wird unsere Fähigkeit, Informationen abzurufen und zu speichern, negativ beeinflusst.

Daher können wir einige aktive Methoden anwenden, um unseren Abrufstatus zu verbessern und so unser Gedächtnis zu verbessern.

Erstens können wir Ablenkungen bewusst reduzieren. Halten Sie Kleinigkeiten so weit wie möglich außen vor und lassen Sie nicht zu, dass sie unser Denken und unsere Konzentration stören. Nur wenn sich unser Gehirn auf die Informationen konzentriert, die wir abrufen müssen, ist es wahrscheinlich, dass wir sie schnell in unser Kurzzeitgedächtnis umwandeln?

Zweitens können wir Gedächtnistechniken nutzen, die uns dabei helfen, Informationen besser abzurufen und zu behalten. Informationen können beispielsweise in Bilder oder Geschichten umgewandelt werden, was nicht nur unsere Fantasie besser anregt, sondern uns auch dabei hilft, die Informationen besser mit unseren persönlichen Erfahrungen zu verknüpfen und sie so tiefer in unseren Erinnerungen zu verankern.

Schließlich sollten wir Stress und Ängste so weit wie möglich vermeiden. Stress kann unser Gehirn schädigen und das Speichern und Abrufen von Informationen behindern. Daher sollten wir beruhigende und entspannende Methoden nutzen, um Stress abzubauen, wie zum Beispiel Freizeitaktivitäten, Musik hören oder leichte Übungen machen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verbesserung unseres Abrufstatus unsere Gedächtnisfähigkeiten erheblich verbessern kann. Solange wir die richtigen Strategien anwenden und sie in unserem täglichen Leben umsetzen, können wir das Potenzial unseres Gehirns besser nutzen und bessere Gedächtnisergebnisse erzielen. Es ist ersichtlich, dass wir unser Gedächtnis verbessern müssen. Cistanche deserticola kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche deserticola ein traditionelles chinesisches Arzneimittel mit vielen einzigartigen Wirkungen ist, 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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Mithilfe von fMRI haben wir untersucht, (1) ob dieser Kodierungsmechanismus auch während des Abrufs ausgelöst wird, und wenn ja, (2) wie die zeitliche Dynamik seiner mnemonischen Konsequenzen ist. Männliche und weibliche Teilnehmer untersuchten Objektbilder und lernten dann anhand neuer Objekte eine Kontingenz zwischen einem Hinweis und einer semantischen Kategorie. Im Test wurden regeltreue (erwartete) und verletzende (unerwartete) Ziele und ähnliche Folien verwendet.

Wir fanden Wechselwirkungen zwischen den Erwartungen früherer und aktueller ähnlicher Ereignisse, so dass, wenn ein erwartetes Ereignis auf ein ähnliches, aber unerwartetes Ereignis folgte, dessen Leistung gesteigert wurde, unterstützt durch eine Aktivierung im Hippocampus, im Mittelhirn und im okzipitalen Kortex. Im Gegensatz dazu löste die Abfolge zweier unerwarteter ähnlicher Ereignisse auch eine okzipitale Belastung aus; die Speicherleistung wurde dadurch jedoch nicht verbessert.

Zusammengenommen deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass beim Abrufen überraschender Ereignisse ein Kodierungsmechanismus aktiviert wird, der durch Bottom-up-Verarbeitung unterstützt wird und das Gedächtnis für zukünftige verwandte Ereignisse verbessern kann.

Schlüsselwörter: Erwartungsverletzung; Hippocampus; Speicherzustände; Überraschung

Bedeutungserklärung

Die Optimierung des Gleichgewichts zwischen neuem Lernen und dem Abruf vorhandenen Wissens ist ein fortlaufender Prozess, der den Kern der menschlichen Kognition bildet. Frühere Untersuchungen zur Gedächtniskodierung legen nahe, dass das Erleben von Überraschungen dazu führt, dass das Lernen neuer Erinnerungen priorisiert wird und ein adaptiver Kodierungsmechanismus entsteht. Wir haben untersucht, ob dieser Mechanismus auch dann zum Einsatz kommt, wenn das aktuelle Ziel darin besteht, Informationen abzurufen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine erwartungsgesteuerte Verschiebung hin zu einem Kodierungszustand, unterstützt durch eine verbesserte Wahrnehmungsverarbeitung, für die korrekte Identifizierung nachfolgender erwarteter ähnlicher Ereignisse von Vorteil ist. Diese Erkenntnisse haben wichtige Auswirkungen auf unser Verständnis der zeitlichen Dynamik der adaptiven Kodierung von Informationen in das Gedächtnis.

Einführung

Um Eingaben effizient zu verarbeiten, wechselt das Gehirn zwischen Top-Down- und Bottom-Up-Strömen und balanciert so die Verarbeitung sensorischer Eingaben gegenüber der Nutzung gespeicherter Darstellungen aus. Dies spiegelt sich in der Existenz unterschiedlicher Kodierungs- und Abrufzustände wider (Buzsáki, 2002). Die Bottom-Up-Verarbeitung unterstützt den Hippocampus-Codierungszustand und priorisiert die Umwandlung von Wahrnehmungseingaben in Erinnerungen, während die Top-Down-Verarbeitung einen Abrufzustand unterstützt, indem sie den Zugriff auf gespeicherte Informationen erleichtert.

Die spezifischen Mechanismen, die Kodierungs-Abruf-Verschiebungen steuern, die möglicherweise kompetitiv funktionieren oder auch nicht, sind nicht gut verstanden, werden aber zumindest teilweise von den Faktoren bestimmt, die jeden Speicherzustand induzieren. Zwar gibt es zahlreiche Belege dafür, dass ein adaptiver Kodierungszustand durch das Erleben von Diskrepanzen zwischen erwarteten und aufgetretenen Ereignissen ausgelöst wird, es bleibt jedoch unklar, ob ein solcher impliziter Lernmechanismus auch dann zum Einsatz kommt, wenn das Hauptziel das Abrufen und nicht das Kodieren ist.

Anhand von Verhaltensdaten (Experiment 1) und fMRT-Daten (Experiment 2) untersuchen wir, ob Überraschung, die durch eine Erwartungsverletzung beim Abruf hervorgerufen wird, zu einer Verschiebung hin zu einem Kodierungszustand führt, begleitet von einer gesteigerten Wahrnehmungsverarbeitung; und ob dies auf Kosten der Rückholung geschieht. Wir untersuchen auch die erweiterten Konsequenzen dieser Erwartungsverletzung und die potenziellen iterativen Verschiebungen beim Codierungsabruf, die dadurch entstehen könnten, indem wir die Erkennung nachfolgender ähnlicher Ereignisse versuchsweise untersuchen.

Es wurde gezeigt, dass Überraschung, die durch eine Verletzung von Erwartungen hervorgerufen wird, die Hippocampus-Kodierung aktiviert (Axmacher et al., 2010; Kafkas und Montaldi, 2015; Long et al., 2016; Frank et al., 2020b), die zusammen mit dem dopaminergen System des Mittelhirns (Lisman andGrace, 2005; Shohamy und Wagner, 2008; Kafkas und Montaldi, 2018a) und eine verbesserte Wahrnehmungsverarbeitung (Stoppel et al., 2009; Hawco und Lepage, 2014; Kafkas und Montaldi, 2014, 2015) unterstützen die adaptive Gedächtnisbildung.

Beweise für diesen adaptiven Mechanismus stammen hauptsächlich aus Paradigmen, bei denen eine Erwartungsverletzung vor oder während des Lernens stattfindet (Li et al., 2003; Garrido et al., 2015; Long et al., 2016; Greve et al., 2017; Kafkas, 2021). Daher ist es wahrscheinlich, dass alle zusätzlichen Ressourcen, die in diesen Szenarien für die Kodierung verwendet werden, die spätere Gedächtnisleistung steigern (z. B. Aufmerksamkeitseffekte, siehe Aly und Turk-Browne, 2017).

Um jedoch die Allgegenwärtigkeit eines adaptiven Kodierungsmechanismus zu demonstrieren, ist es wichtig, den Nachweis einer Verschiebung hin zur Kodierung während des Abrufs zu erbringen. Dies wird wahrscheinlich Aufschluss über die Auswirkungen des schnellen und impliziten realen Zusammenspiels dieser Zustände geben. Unter diesen Umständen erfüllt die ansprechende Kodierung immer noch einen adaptiven Zweck, ist jedoch in Echtzeit möglicherweise nicht „vorteilhaft“.

Angesichts der Formbarkeit von Erinnerungen, die durch Überraschungen ausgelöst werden (Kim et al., 2014), wird es wichtig, darüber nachzudenken, welche mnemonischen Konsequenzen eine Verschiebung hin zur Kodierung haben könnte. Sollte eine Erwartungsverletzung auf Kosten einer Speichersuche einen Codierungsstatus auslösen, könnte dies die Verarbeitung des unerwarteten Ereignisses modulieren. Dies steht im Einklang mit der Ansicht, dass der Hippocampus kontinuierlich zwischen Kodierungs- und Abrufzuständen wechselt (Buzsáki, 2002; Hasselmo et al., 2002).

Dieses System kann mit einem Pendel verglichen werden, das rhythmisch zwischen den beiden Gedächtniszuständen hin und her schwingt und so die Informationsverarbeitung optimiert. Sollten situative Faktoren den laufenden Wechsel zwischen Zuständen stören und einen Zustand gegenüber dem anderen begünstigen, kann dies zu einer Veränderung der Gedächtnisleistung führen. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass ein expliziter Strategiehinweis einen Hippocampus-Kompromiss zwischen Kodierung und Abruf von Informationen fördert (Richter et al., 2016).

Wir haben untersucht, ob eine Erwartungsverletzung beim Abrufen spontan einen Kodierungszustand auslöst, und wenn ja, ob diese Reaktion von der Wahrnehmungsähnlichkeit zwischen den Eingaben abhängt. Wir haben auch die nachhaltigen mnemonischen Konsequenzen solcher iterativen Verschiebungen für aktuelle und nachfolgende Erkennungsentscheidungen berücksichtigt.

Die Erwartung wurde implizit und unabhängig von den Anforderungen der Abrufaufgabe manipuliert, was es uns ermöglichte, zwei wichtige Fragen zu beantworten. Erstens, ob eine Erwartungsverletzung einen Bottom-up-Kodierungsmechanismus in Gang setzt, auch wenn dieser nicht zielrelevant ist. Zweitens: Wie ist die zeitliche Dynamik der mnemonischen Konsequenzen des Erwartungsstatus für ein Ereignis und nachfolgende ähnliche Ereignisse? Wir kamen zu dem Schluss, dass eine erhöhte erwartungsgesteuerte Kodierung zwar aktuelle Abrufprozesse modulieren, aber die Genauigkeit der Erkennung nachfolgender ähnlicher Ereignisse verbessern könnte.

Materialen und Methoden

Experimentieren 1

Teilnehmer

Insgesamt 30 Teilnehmer (vier Männer) im Alter zwischen 18 und 22 Jahren (Mittelwert=19, SD=1,04) gaben ihre Einwilligung nach Aufklärung und nahmen an dem Experiment teil. Die Stichprobengröße wurde auf der Grundlage früherer Studien mit einem ähnlichen Design- und Analyseansatz ausgewählt (Kafkas und Montaldi, 2018b; Frank et al., 2020b). Die Teilnehmer hatten ein normales oder korrigiertes Sehvermögen und keine neurologischen oder psychiatrischen Störungen in der Vorgeschichte. Alle Verfahren wurden von der Forschungsethikkommission der Universität Manchester genehmigt. Vier Teilnehmer wurden von jeder weiteren Analyse ausgeschlossen, weil sie den Zusammenhang zwischen Hinweis und Ergebnis nicht erlernt hatten (drei) oder weil die Erkennungsleistung unter dem Zufallsprinzip lag (einer). Es werden Daten von 26 Teilnehmern gemeldet.

Materialien

Insgesamt 78 Bilder von natürlichen (39) und künstlichen (39) Objekten wurden aus der Similar Objects-Lures Image Database (SOLID; Franket al., 2020a) ausgewählt. Diese Bilder wurden als Zielobjekte verwendet und während der Kodierung präsentiert. Unter Verwendung des Unähnlichkeitsindex von SOLID wurden für jedes Zielbild drei Folien mit abnehmendem Ähnlichkeitsgrad (F1, am ähnlichsten; F2, mittlerer Grad; F3, niedrigste Ähnlichkeit) ausgewählt.

Zusätzlich wurde die Ähnlichkeit parametrisch manipuliert, indem der durchschnittliche Abstand zwischen den Ebenen konstant gehalten wurde [durchschnittliche Unähnlichkeit 2100 DI; siehe Abb. 1 für Beispiele und Frank et al. (2020a) für weitere Erläuterungen zu DI-Werten]. Diese Ähnlichkeitsniveaus wurden basierend auf unseren vorherigen Ergebnissen ausgewählt (Frank et al., 2020b), bei denen wir ein quadratisches Muster von Erwartungseffekten auf die Eingabeähnlichkeit beobachteten, als die Erwartung bei der Kodierung manipuliert wurde. bezüglich der Gedächtnisleistung. Daher wurden 78 Objektsätze (ein Ziel und drei Folien; insgesamt 312 Reize) verwendet.

Experimentelles Design

Das Experiment wurde mit PsychoPy Version 1.82 (Peirce, 2007) gesteuert und bestand aus vier Teilen (ähnlich dem zuvor verwendeten Design; Kafkas und Montaldi, 2018b). Zunächst wurden den Teilnehmern bei der Kodierung die Zielobjekte zweimal präsentiert, um eine ausreichende Belichtung sicherzustellen. Während der ersten Präsentation wurde das Objekt drei Sekunden lang auf dem Bildschirm gezeigt und die Teilnehmer wurden gebeten, zu entscheiden, ob das Objekt von Menschenhand oder natürlich hergestellt wurde. Drücken Sie die linke Pfeiltaste für „natürlich“ und die rechte Pfeiltaste für „künstlich“.

In der zweiten Präsentation wurden die Teilnehmer gebeten, den Bildern (jeweils 5 Sekunden lang) große Aufmerksamkeit zu schenken und ihnen wurde mitgeteilt, dass sie später zwischen dem präsentierten („alten“) Objekt und ähnlichen („neuen“) Objekten unterscheiden würden; Sie mussten während der zweiten Kodierungspräsentation keine Antwort geben. Die Reihenfolge der Bildpräsentation wurde zwischen den Teilnehmern randomisiert. Die nächste Phase umfasste eine 5-minütige Verzögerungsaufgabe, bei der die Teilnehmer Rechenaufgaben lösten.

In der dritten Phase wurde eine Regellernaufgabe verwendet, um die Manipulation von Erwartungen später beim Abruf zu ermöglichen. Die Teilnehmer wurden gebeten, die Kontingenz zwischen einem Symbol (das als Hinweis fungiert) und der Kategorie eines Objekts, ob künstlich oder natürlich, zu erlernen. Insgesamt wurden vier Symbole verwendet, zwei für jede Kategorie, und diese wurden zwischen den Teilnehmern ausgeglichen. Jeder Hinweis wurde 14 Mal präsentiert.

Die Versuche begannen mit einem Fixierungspunkt von 500- ms, gefolgt vom Hinweis, der 1 s lang präsentiert wurde. Während dieser Zeit wurden die Teilnehmer angewiesen, die Kategorie des folgenden Objekts zu erraten, indem sie dieselben Schlüssel wie in der Kodierungsphase verwendeten.

Anschließend wurden Feedback und ein neues Objekt (nicht getestet) gemeinsam für 2 s präsentiert. Diese Aufgabe stellte die Erwartungen der Teilnehmer an die Cue-Objekt-Sequenzen fest und wurde beim Abrufen entscheidend manipuliert. Um sicherzustellen, dass die Erwartungen festgelegt wurden, wurden nur Daten von Teilnehmern analysiert, die das Kriterium erreichten (über 50 % Genauigkeit in der ersten Hälfte und 75 % Genauigkeit in der zweiten Hälfte der Aufgabe) (zu Genauigkeit und RT in der Regellernaufgabe siehe). Erweiterte Daten Abb. 1-1).

Die letzte Phase war eine Alt/Neu-Erkennungsaufgabe, bei der alle festgelegten Ereignisse (Ziele, F1, F2 und F3) präsentiert wurden. Die Experimentatorin teilte den Teilnehmern mit, dass ihnen alte (Ziel-)Objekte und ähnliche neue (Folien) präsentiert würden. Jeder Abrufversuch begann mit einem Fixierungspunkt (500 ms), gefolgt von einem Hinweis (1 s) und einem Objekt (bis zu 5 s).

Die Teilnehmer wurden angewiesen, sich auf das Objekt zu konzentrieren und auf „Alt“ zu drücken, wenn sie dachten, es sei dasselbe wie das Ziel, das sie zuvor gesehen hatten. Die Teilnehmer wurden angewiesen, auf „Neu“ zu drücken, wenn sie etwas anderes an dem Objekt bemerkten. Nach 12 Übungsversuchen begann die Hauptaufgabe. Die entscheidende Manipulation beim Abrufen war die Gültigkeit des Hinweises. Ein Drittel der Hinweise war irreführend, sodass das Objekt unerwartet erkannt wurde. Gültige Versuche (z. B. Cue Natural, gefolgt von einem Natural-Objekt) wurden wie erwartet markiert.

Da eine Alt/Neu-Erkennungsaufgabe verwendet wurde, waren die vier Alt/Neu-Entscheidungen pro Objektsatz unabhängig voneinander, was entscheidend bedeutet, dass eine „alte“ Antwort für mehrere Satzereignisse (z. B. für das Ziel und eine oder mehrere Folien) gegeben werden konnte. Nach Abschluss des Experiments wurden die Teilnehmer über die Erwartungsmanipulation beim Abruf befragt. Nur zwei Teilnehmer an Experiment 1 und fünf Teilnehmer an Experiment 2 berichteten, dass sie während der Aufgabe die Nichtübereinstimmung zwischen Hinweis und Objekt bemerkten.

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