Erforschung des Informationsflusses vom posteromedialen Kortex während des visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisses: Eine Magnetenzephalographie-Studie Teil 1

Der posteromediale Kortex (PMC) ist ein wichtiger Knotenpunkt des Standardmodusnetzwerks des Gehirns und an einer Vielzahl intern gesteuerter Erkenntnisse beteiligt, einschließlich des visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisses.

Das Default Mode Network (DMN) des Gehirns bezieht sich auf ein spezifisches neuronales Schaltkreissystem im menschlichen Gehirn. Das DMN ist ohne äußere Stimulation aktiv, wird daher auch als „Selbstbewusstseinsnetzwerk“ bezeichnet und ist an komplexen Handlungen wie Denken, Erinnern, Planen und Selbsteinschätzung beteiligt. Eine wachsende Zahl von Forschungsergebnissen zeigt, dass das DMN eng mit dem Gedächtnis zusammenhängt.

Erstens kann das DMN eine Schlüsselrolle dabei spielen, wie wir uns an die Vergangenheit erinnern. Die Forscher fanden heraus, dass das DMN aktiviert wurde, wenn die Probanden an zuvor erlebte Personen, Orte und Ereignisse dachten und diese beschrieben. Diese als „autobiografisches Gedächtnis“ bezeichnete Form basiert auf Selbstbewusstsein.

Zweitens ist das DMN eng mit der „Sieben-Sekunden-Regel“ im Gehirn verbunden. Die sogenannte „Sieben-Sekunden-Regel“ bedeutet, dass das Gehirn des Menschen automatisch arbeitet und etwa sieben Sekunden lang ohne Reizeingabe weiterarbeitet. Dieser Prozess kann dem Gehirn helfen, sein Denken zu optimieren und die Denkflexibilität und Kreativität zu verbessern. Dies wirkt sich positiv auf die Verbesserung des Gedächtnisses aus.

Schließlich haben Wissenschaftler auch herausgefunden, dass das DMN bei weniger Hintergrundgeräuschen eine wichtige Rolle dabei spielen kann, wie wir neue Informationen hören und uns daran erinnern. Das bedeutet, dass wir uns, wenn wir versuchen, neue Inhalte zu lernen, von Ablenkungen in unserer Umgebung trennen müssen, damit das DMN die Informationen effizient verarbeiten und speichern kann.

Insgesamt ist das DMN auf vielfältige Weise eng mit unserem Gedächtnis verbunden. Die Förderung der Selbstwahrnehmung und das Training von tiefem Denken, Selbstbeobachtung und Aufmerksamkeit werden sich positiv auf die DMN-Entwicklung und eine Verbesserung der Gedächtnisfähigkeiten auswirken. Daher sollten wir uns darauf konzentrieren, das Standardmodusnetzwerk des Gehirns zu trainieren, um unser Gedächtnis und unsere kognitiven Fähigkeiten zu verbessern. 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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Der genaue Beitrag zu diesen kognitiven Prozessen bleibt jedoch unklar. Mithilfe von MEG haben wir die PMC-Aktivität bei gesunden menschlichen Teilnehmern (jungen Erwachsenen beiderlei Geschlechts) gemessen, während sie eine visuell-räumliche Arbeitsgedächtnisaufgabe durchführten.

Multivariate Musterklassifizierungsanalysen ergaben reizbezogene Informationen während der Kodierung und des Abrufs in einer Reihe a priori definierter kortikaler ROIs, einschließlich präfrontaler, okzipitaler und zentrotemporaler Kortizes sowie PMC.

Wir haben das Ausmaß, in dem diese Reizinformationen zwischen Bereichen ausgetauscht wurden, in einer Informationsflussanalyse gemessen und dabei Granger-kausale Zusammenhänge zwischen Bereichen im Zeitverlauf gemessen. In Übereinstimmung mit der visuellen Natur der Aufgabe prägten Informationen aus dem okzipitalen Kortex in den meisten Epochen andere Regionen. Allerdings formte der PMC Objektrepräsentationen im okzipitalen und präfrontalen Kortex während des visuellen Arbeitsgedächtnisses und beeinflusste den okzipitalen Kortex während des Abrufs und des PFC über alle Aufgabenepochen hinweg.

Unsere Ergebnisse stimmen mit einer vorgeschlagenen Rolle des PMC bei der Darstellung interner Inhalte, einschließlich erinnerter Informationen, und beim Vergleich externer Reize mit erinnertem Material überein.

Schlüsselwörter: episodisches Gedächtnis; Informationsflussanalyse; MEG; hinterer cingulärer Kortex; Visuell-räumliches Gedächtnis.

Bedeutungserklärung

Das menschliche Gehirn funktioniert als eine Ansammlung hochgradig miteinander verbundener Regionen. Die Abbildung der Funktion dieser Interkonnektivität sowie der Spezialisierungen innerhalb verschiedener Regionen ist von zentraler Bedeutung für das Verständnis der neuronalen Prozesse, die der Kognition zugrunde liegen.

Der posteromediale Kortex (PMC) ist eine stark vernetzte kortikale Region, die am visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnis beteiligt ist, obwohl ihr genauer Beitrag unklar bleibt.

Wir haben die Aktivität von PMC während einer visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisaufgabe gemessen und dabei getestet, wie verschiedene Regionen die Reize repräsentierten und ob diese Darstellungen von anderen kortikalen Regionen gesteuert wurden.

Wir fanden heraus, dass PMC die Reizinformationen in anderen Regionen über alle Aufgabenphasen hinweg beeinflusste, was darauf hindeutet, dass PMC eine Schlüsselrolle bei der Gestaltung von Reizdarstellungen während des visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisses spielt.

Einführung

Der posteromediale Kortex (PMC) umfasst den hinteren cingulären Kortex und den Precuneus und wird weithin als Träger verschiedener intern gesteuerter Formen der Kognition angesehen (Andrews-Hanna, 2012).

Als Knotenpunkt des Standardmodusnetzwerks des Gehirns weist der PMC weitreichende Verbindungen zum medialen Temporallappen sowie zu frontoparietalen Gehirnregionen auf, die mit der kognitiven Kontrolle verbunden sind (Leech et al., 2012).

fMRT-Studien, die Unterteilungen innerhalb des PMC abgrenzen, weisen auf unterschiedliche Konnektivitätsmuster mit anderen Bereichen im Ruhezustand hin (Margulies et al., 2009; Bzdok et al., 2015; Kernbach et al., 2018; Khan et al., 2020) sowie Divergente aufgabenbezogene funktionale Konnektivität mit zunehmender Aufgabenschwierigkeit (Leechet al., 2011, 2012; Bzdok et al., 2015).

Angesichts der Fülle dieser Verbindungen und der Heterogenität der PMC-Subregionen (Margulieset al., 2009; Leech et al., 2011) ist die PMC, vielleicht nicht überraschend, an einer Vielzahl kognitiver Funktionen beteiligt.

Zu diesen Funktionen gehören selbstreferenzielle Verarbeitung, visuelle Bilder, die Übersetzung egozentrischer in allozentrische Darstellungen und die Modulation intern gegenüber extern gerichteten Formen der Kognition (zur Übersicht siehe Bzdok et al., 2015).

Obwohl es keine direkten Verbindungen zum sensorischen Kortex gibt, scheint das PMC ideal positioniert zu sein, um konvergierende sensorische und wahrnehmungsbezogene Eingaben, größtenteils visuell, zu empfangen, um die Integration visuell-räumlicher Informationen zu unterstützen (Conti und Irish, 2021).

Diese Darstellungen können online verwaltet und bearbeitet werden (d. h. Arbeitsgedächtnis) (Kravitz et al., 2011; Hunsaker und Kesner, 2018) oder in kontextreiche Rekonstruktionen vergangener Erfahrungen integriert werden (d. h. episodisches Gedächtnis) (Lega et al., 2017; Natu et al., 2019).

Ein konsistenter Befund in der Gedächtnisliteratur ist die signifikante PMC-Aktivierung bei Aufgaben, die die Wiederherstellung kontextueller Informationen erfordern (Bird et al., 2015).

Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Aktivität innerhalb von PMC-Subregionen parametrisch mit der Lebendigkeit der abgerufenen Informationen skaliert, was auf eine wichtige Rolle in der Gedächtnisphänomenologie schließen lässt. Im Gegensatz dazu wurde vermutet, dass andere Unterregionen von PMC einzigartige Konfigurationen von Ereignismerkmalen darstellen (Cooper und Ritchey, 2019).

Insgesamt weisen diese Studien auf eine zentrale Rolle des PMC bei der Darstellung und Integration verschiedener Arten von Informationen im Dienste des Gedächtnisses hin (zur Übersicht siehe Ritchey und Cooper, 2020).

Studien, die den sich entwickelnden zeitlichen Verlauf der PMC-Aktivität über Aufgabenphasen hinweg untersuchen, haben durchweg einen „Kodierungs-/Abruf-Umschlag“ gezeigt, bei dem erfolgreiches Erinnern mit einer abgeschwächten PMC-Aktivität während der Kodierung, aber einer erhöhten Aktivität während des Abrufs verbunden ist (Daselaar et al., 2004, 2009; Huijbers et al. , 2012,2013).

Vannini et al. (2011) zeigten, dass dieselben PMC-Unterregionen den Kodierungs-/Abruf-Flip modulieren. Es wurde auch gezeigt, dass sich Muster funktionaler Konnektivität mit PMC über die Phasen von Gedächtnisaufgaben hinweg entwickeln (z. B. Piccoli et al., 2015).

Beispielsweise sagt die Synchronität zwischen medialem Temporallappen und neokortikaler Thetaphase zuverlässig den Grad der visuellen Bilder voraus, die während des Abrufs des autobiografischen Gedächtnisses gesammelt werden, und korreliert insbesondere mit der Aktivität im Precuneus (Fuentemilla et al., 2014), was mit der vorgeschlagenen Rolle des PMC bei der Wiederherstellung der visuell-räumlichen Sensorik übereinstimmt -Wahrnehmungsdetails.

Obwohl es Hinweise darauf gibt, dass es während der Gedächtnisleistung zu einem Informationstransfer zwischen dem PMC und anderen Hirnregionen kommt (Canolty et al., 2006; Fell und Axmacher, 2011; Sauseng et al., 2019), ist die Richtung dieses Informationsaustauschs nach wie vor kaum verstanden.

Das Ziel dieser Studie bestand darin, die zeitliche Präzision von MEG zu nutzen, um die Muster des Informationsflusses zwischen dem PMC und anderen Gehirnregionen während der visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisleistung zu ermitteln.

Wir haben ein neuartiges Maß für den Granger-kausalen Informationsaustausch verwendet, um Beweise dafür zu testen, dass PMC Reizattribute innerhalb verschiedener Aufgabenphasen kodiert, und um zu bestimmen, ob solche Informationen vom PMC auf andere Gehirnregionen übertragen werden.

Wir gingen davon aus, dass, wenn die Konnektivität zwischen PMC und anderen Regionen den Informationsaustausch widerspiegelt, der für die Gedächtnisleistung entscheidend ist, wir Beweise dafür finden sollten, dass das PMC den erinnerten Reiz kodiert und die Kodierung dieser Informationen in anderen Regionen vorantreibt.

Materialen und Methoden

Teilnehmer. Wir sammelten psychophysische, MEG- und MRT-Daten von 12 Teilnehmern (10 Frauen, 2 Männer, Alter 19-31 Jahre, Mittelwert=23,8 Jahre). Jeder Teilnehmer absolvierte das psychophysikalische Experiment in einer einstündigen Sitzung, gefolgt von eine Woche später durch das MEG-Experiment in einer 2-stündigen Sitzung.

Die anatomischen MRT-Bilder wurden in einer halbstündigen Sitzung an einem separaten Tag aufgenommen. Ein Teilnehmer brach die MEG-Studie aufgrund von Kopfschmerzen vorzeitig ab, sodass seine Daten ausgeschlossen wurden.

Alle Teilnehmer waren gesund, hatten keine neurologischen und/oder psychiatrischen Erkrankungen in der Vorgeschichte und gaben eine Einverständniserklärung ab. Jeder Teilnehmer hatte eine normale oder auf normal korrigierte Sehschärfe.

Die Rekrutierung von Teilnehmern und die Experimente wurden mit Genehmigung des Ethikausschusses für Humanforschung der Macquarie University und der Deklaration von Helsinki durchgeführt.

For more information:1950477648nn@gmail.com