La dinàmica és l'única constant de la memòria de treball

Resum

En aquesta breu perspectiva, reflexionem sobre la nostra tendència a utilitzar tasques simplificades i idiosincràtiques en la recerca de descobrir mecanismes generals de la memòria de treball. Parlem de com el treball de Mark Stokes i els seus col·laboradors ha mirat més enllà de l'activitat neuronal localitzada i temporalment persistent i ha centrat l'atenció cap a la importància dels codis neuronals dinàmics i distribuïts per a la memòria de treball. Una lliçó crítica d'aquest treball és que l'ús de tasques simplificades no simplifica automàticament el comportament de suport dels càlculs neuronals (encara que voldríem que fos així). A més, els coneixements de Stokes sobre la dinàmica multidimensional posen de manifest la flexibilitat dels codis neuronals subjacents a la cognició i han empès el camp a mirar més enllà de les mesures estàtiques de la memòria de treball.

Beneficis de la cistanche tubulosa-Malaltia d'Alzheimer

L'objectiu central de la investigació de la memòria de treball és entendre com tenim temporalment en ment la informació mentre ens movem pel món per assolir els nostres objectius de comportament. La memòria de treball és una funció cognitiva crítica que ens permet vincular les nostres experiències en una narració coherent. No sorprèn, doncs, a les xerrades i conferències a l'aula que nosaltres, com a científics, fem sobre memòria de treball, a tots ens agrada començar amb exemples atractius del món real. Podríem mostrar un passadís ple de supermercats ple de verdures de colors i destacar com utilitzeu la memòria de treball per tenir en compte la vostra llista de queviures mentre cerqueu les maduixes perfectes. O bé, podem mostrar un carrer concorregut de la ciutat i explicar com pots trobar un amic entre la multitud visualitzant la seva cara o la seva boina rosa. No falten exemples vívids per obrir les diapositives de la conferència. No obstant això, al voltant de la diapositiva 5, invariablement passem al següent: unes quantes caixes grises discretes que representen una pantalla d'ordinador configurada seqüencialment en una línia de temps. En una de les primeres caselles, hi ha un toc de ratlles o un toc de color, que es demana a la gent que recordi. A continuació, hi ha un quadre gris, destinat a indicar el retard de la memòria de treball. I a l'últim quadre, hi ha de nou algunes ratlles o colors utilitzats com a prova.

El glucòsid de feniletanol és el principal component actiu de Cistanche deserticola

Els que ens dediquem a la investigació de la memòria de treball estem tan familiaritzats amb aquest pivot del món real al laboratori que amb prou feines ens n'adonem. Els oients per primera vegada, però, poden tenir problemes per veure la connexió. Per descomptat, hi ha una raó per la qual a tots estimem les nostres tasques artificials, i hi ha un gran valor en elles. Com a psicòlegs, aprenem que una tasca és un mitjà per exercir un control experimental a costa del naturalisme. Com a neurocientífics, trobem que les tasques artificials són particularment útils per guiar els cervells de les persones aproximadament al mateix estat una i altra vegada, de manera que puguem extreure el senyal del soroll. Per contra, si us trobeu passejant pel passadís del supermercat un bon matí, com l'exemple de la diapositiva 1, és difícil (actualment, gairebé impossible) per a un neurocientífic recollir informació de la vostra ment.

Principals components químics de Cistanche deserticola

Com que són senzills, ens agrada pensar que les nostres tasques típiques de memòria de treball són previsibles i intercanviables. Com seguir una recepta a la cuina, podeu predir el comportament en funció del temps assignat per a la codificació i la retenció. Igual que les peces de les prestatgeries IKEA, podeu barrejar i combinar els components de la tasca per obtenir l'efecte desitjat. Tanmateix, el treball en curs ha demostrat com fins i tot els components de la tasca més senzills no són tan formulats. Per exemple, una pregunta de llarga data que va contribuir a la separació de la psicologia cognitiva del conductisme és com un estímul pot mapejar molts comportaments diferents. Treure un as de la baralla és de vegades la millor carta i de vegades la pitjor; tot depèn del joc de cartes que esteu jugant actualment. En termes tècnics, un mateix estímul desencadena diferents operacions mentals i comportaments en diferents contextos.

Entendre com un estímul es pot assignar de manera flexible a diferents comportaments és un problema particularment difícil quan es veu des de la perspectiva de les neurones individuals. En neurociència visual, sovint és fructífer caracteritzar les preferències de sintonització de les neurones. És fàcil imaginar representacions mentals que sorgeixen de neurones sintonitzades de manera estable; si voleu representar un element "vertical", en teoria, ho podríeu aconseguir si les neurones que prefereixen verticalment es disparin de manera persistent per superar un retard. No obstant això, un esquema com aquest no pot explicar completament la flexibilitat de la memòria de treball: de vegades, "vertical" podria significar "prem el botó A" i altres vegades podria significar "mira a la teva dreta". Per enllaçar ràpidament peces arbitràries d'informació requereix canvis flexibles en la representació de la informació. Una visió clau de Stokes et al. (2013) és que un paisatge multidimensional sorgeix quan l'activitat d'una neurona individual es veu com l'activitat de totes les altres neurones. En aquest paisatge, cada neurona travessa una sola dimensió al llarg del temps, i totes les neurones juntes recorren una trajectòria altament dinàmica que pot establir-se en estats estables durant diverses èpoques de la tasca de memòria de treball. Aquest espai d'estat dinàmic i multidimensional es pot considerar a totes les neurones, però també es pot condensar de nou en menys dimensions mirant només aquells components que expliquen la major part de la variància en una tasca determinada (utilitzant una tècnica de reducció de la dimensionalitat com la PCA). De Stokes et al. (2013), aprenem que es pot observar un estat d'activació estable de dimensions inferiors durant el manteniment de la memòria de treball, que reflecteix l'estat de xarxa configurat temporalment que s'ajusta dinàmicament segons els objectius de la tasca. Per exemple, un estat estable pot mapejar com es relaciona un estímul memoritzat amb una decisió adequada requerida durant la resposta. De manera crítica, tenint en compte la naturalesa multidimensional dels codis neuronals, molts comportaments flexibles poden encaixar de sobte sense esforç a les nostres teories sobre la memòria de treball.

Suplement de Cistanche a prop meu-Millora la memòria

Feu clic aquí per veure els productes Cistanche Improve Memory

【Demanar més】 Correu electrònic:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

El treball sobre codis multidimensionals en el context de mapejar un estímul a múltiples comportaments ha demostrat com els estats de dimensions baixes es poden muntar i tornar a muntar de manera flexible per adaptar-se a les demandes de comportament moment a moment. Encara més notable, els treballs posteriors han revelat que l'activitat a grans poblacions de neurones pot romandre molt dinàmica fins i tot quan l'estímul i les demandes de tasques es mantenen constants (Wolff, Jochim, Akyürek, Buschman i Stokes, 2020; Murray et al., 2017; Spaak, Watanabe, Funahashi i Stokes, 2017). En una tasca de memòria de treball visual, es va demanar als observadors que recordessin un estímul simple (com una reixa orientada o una ubicació espacial). El patró general de l'activitat neuronal durant el retard de la memòria es mou a través d'una sèrie de canvis al llarg del temps. Malgrat aquestes ràpides dinàmiques temporals a la població en general, l'esquema de codificació, o el subespai de dimensions baixes que representa l'estímul simple, es va mantenir notablement estable, mostrant només petites derivas al llarg del temps (Wolff et al., 2020; Murray et al., 2017). Des de la nostra perspectiva conscient, el record d'un estímul simple com una orientació és com una estàtua que es manté "fixa" a l'ull de la nostra ment. Des d'una perspectiva de processament d'informació neuronal, és com un riu que trobi el seu camí pels diferents solcs d'un paisatge, alhora que manté els records a flotació en un vaixell estable (Panichello i Buschman, 2021; Panichello, DePasquale, Pillow i Buschman, 2019).

Entendre els codis de memòria de treball com a altament dinàmics i en evolució al llarg del temps va ser una idea transformadora de Stokes i col·legues (2013), i a poc a poc comencem a entendre més sobre com es mantenen els records des d'aquesta nova perspectiva. Per exemple, un treball recent ha adoptat el marc de codificació dinàmica desenvolupat per Stokes per abordar una de les qüestions clàssiques de la filosofia, la psicologia cognitiva i la neurociència: quan tens un record en ment, com saps que és un record i no un record? representació de la informació sensorial entrant? Dit d'una altra manera, com atenua el teu cervell la interferència entre els pensaments interns i la informació sensorial? En examinar l'espai d'estats dels enregistraments multiunitats, Libby i Buschman (2021) van demostrar que l'afinació sensorial d'algunes neurones és estable durant el manteniment de la informació a la memòria, mentre que l'afinació d'altres neurones s'inverteix pel que fa a l'afinació sensorial. El resultat net és una rotació de la representació de l'espai d'estat del codi de memòria pel que fa al codi sensorial, proporcionant un mecanisme per separar les representacions de memòria de les representacions sensorials. Tot i que aquesta troballa suggereix un mitjà per mitigar la interferència entre els records i les entrades sensorials, aquestes dinàmiques compliquen el procés de descodificació de la informació recordada per guiar el comportament. Com es pot "llegir" una característica específica recordada quan aquesta característica ja no està en el seu format sensorial original? Diversos estudis, inspirats de nou en l'enfocament de Stokes sobre els codis dinàmics, han demostrat que els patrons de resposta neuronal poden ser molt dinàmics al llarg del temps, tot preservant la relació estructural entre els estímuls que es recorden, de manera que es mantenen separables en un subespai estable (p. Wolff et al., 2020; Bouchacourt i Buschman, 2019; Murray et al., 2017; Spaak et al., 2017).

La inspiració generada per la idea de codis dinàmics (tot i que emprant diferents enfocaments d'anàlisi) s'ha anat incorporant constantment al pensament neurocientífic sobre una pregunta igualment de llarga durada: on és el lloc cortical de les representacions mnemotècniques? La història clàssica és que l'activitat de repunt sostinguda en pFC és el mecanisme clau que dóna suport a les representacions de memòria estables que guien el comportament. Tanmateix, la demostració de codis dinàmics de Stokes va obligar el camp a reconsiderar-se. Amb la noció de subespais multidimensionals i dinàmics com a punt de partida, hauríem d'esperar fins i tot que qualsevol locus neuronal únic (per exemple, pFC) o un únic mecanisme (per exemple, augment sostingut) sigui la seu de la memòria de treball? En canvi, per a qualsevol tasca de memòria de treball determinada, ja sigui per recordar quadrats de colors o recordar la vostra llista de la compra, hi hauria d'haver algun patró d'activitat neuronal distribuït i en evolució temporal que recluti de manera flexible les àrees cerebrals i els mecanismes neuronals necessaris per fer la feina (Courtney, 2022; Iamshchinina, Christophel, Gayet i Rademaker, 2021; Lorenc i Sreenivasan, 2021; Christophel, Klink, Spitzer, Roelfsema i Haynes, 2017; Sreenivasan, Vytlacil i D'Esposito, 2014). De fet, treballs recents han demostrat que la informació sobre estímuls visuals es pot recodificar en representacions motrius si es coneix una resposta per endavant (Henderson, Rademaker i Serences, 2022; Boettcher, Gresch, Nobre i van Ede, 2021), o es pot recodificat en un format mnemotècnic abstracte (Kwak i Curtis, 2022; Rademaker, Chunharas i Serences, 2019). En resum, el treball de Stokes inspira la idea que no hi ha un lloc o un mecanisme que sigui una constant durant la memòria de treball. En canvi, l'única constant és la flexibilitat i la dinàmica temporal que connecten les entrades sensorials amb objectius de comportament específics del context.

Cistanche d'herbes de Superman

Una implicació del marc de codificació dinàmica és que no hi ha cap solució general al "problema" de la memòria de treball. Per entendre la memòria de treball, hem de comptar directament amb la seva immensa flexibilitat. Per fer-ho, caldrà dissenyar noves tasques, així com considerar acuradament com els estats mentals canviants i els contextos de comportament afecten el processament fins i tot en les tasques més senzilles. Això no vol dir que alguns principis de la memòria de treball no es generalitzin; algunes "solucions" podrien ser més o menys semblants donada la relació entre diferents contextos. Tanmateix, una millor comprensió de la dinàmica de la memòria de treball, tal com van revelar Stokes i altres en l'última dècada, hauria de motivar una major consideració sobre el disseny i la rellevància de les nostres tasques per a la vida quotidiana i ajudar-nos a treure'ns de l'atractiu. estat de pensament que només hi ha una manera d'implementar la memòria de treball al cervell.

REFERÈNCIES

Boettcher, SEP, Gresch, D., Nobre, AC i van Ede, F. (2021). Planificació de la sortida en l'etapa d'entrada a la memòria de treball visual. Science Advances, 7, eabe8212. https://doi.org/10 .1126/sci-adv.abe8212, PubMed: 33762341

Bouchacourt, F. i Buschman, TJ (2019). Un model flexible de memòria de treball. Neurona, 103, 147–160. https://doi.org/10 .1016/j.neuron.2019.04.020, PubMed: 31103359

Christophel, TB, Klink, PC, Spitzer, B., Roelfsema, PR i Haynes, J.-D. (2017). La naturalesa distribuïda de la memòria de treball. Tendències en ciències cognitives, 21, 111–124. https:// doi.org/10.1016/j.tics.2016.12.007, PubMed: 28063661

Courtney, SM (2022). La memòria de treball és un procés dinàmic distribuït. Neurociència cognitiva, 13, 208–209. https://doi.org /10.1080/17588928.2022.2131747, PubMed: 36200905

Henderson, MM, Rademaker, RL i Serences, JT (2022). Ús flexible de codis espacials i motors per a l'emmagatzematge d'informació visuoespacial. eLife, 11, e75688. https:// doi.org/10.7554/eLife.75688, PubMed: 35522567

Iamshchinina, P., Christophel, TB, Gayet, S. i Rademaker, RL (2021). Consideracions essencials per explorar l'emmagatzematge de la memòria de treball visual al cervell humà. Visual Cognition, 29, 425–436.https://doi.org/10.1080/13506285.2021.1915902

Kwak, Y. i Curtis, CE (2022). Desvetllant el format abstracte de les representacions mnemotècniques. Neurona, 110, 1822–1828. https:// doi.org/10.1016/j.neuron.2022.03.016, PubMed: 35395195

Libby, A. i Buschman, TJ (2021). La dinàmica de rotació redueix la interferència entre les representacions sensorials i de memòria. Nature Neuroscience, 24, 715–726. https://doi.org/10.1038 /s41593-021-00821-9, PubMed: 33821001

Lorenc, ES i Sreenivasan, KK (2021). Reformulant el debat: la visió dels sistemes distribuïts de la memòria de treball. Visual Cognition, 29, 416–424. https://doi.org/10.1080 /13506285.2021.1899091

Murray, JD, Bernacchia, A., Roy, NA, Constantinidis, C., Romo, R. i Wang, X.-J. (2017). La codificació de població estable per a la memòria de treball coexisteix amb una dinàmica neuronal heterogènia a l'escorça prefrontal. Proceedings of the National Academy of Sciences, EUA, 114, 394–399. https://doi.org/10 .1073/pnas.1619449114, PubMed: 28028221

Panichello, MF i Buschman, TJ (2021). Els mecanismes compartits subjacent al control de la memòria de treball i l'atenció. Natura, 592, 601–605. https://doi.org/10.1038/s41586-021 -03390-w, PubMed: 33790467

Panichello, MF, DePasquale, B., Pillow, JW i Buschman, TJ (2019). Dinàmiques de correcció d'errors a la memòria de treball visual. Nature Communications, 10, 3366. https://doi.org/10.1038 /s41467-019-11298-3, PubMed: 31358740

Rademaker, RL, Chunharas, C. i Serences, JT (2019). Representacions coexistents d'informació sensorial i mnemotècnica a l'escorça visual humana. Nature Neuroscience, 22, 1336–1344. https://doi.org/10.1038/s41593-019-0428-x, PubMed: 31263205

Spaak, E., Watanabe, K., Funahashi, S. i Stokes, MG (2017). Codificació estable i dinàmica per a la memòria de treball a l'escorça prefrontal de primats. Journal of Neuroscience, 37, 6503–6516. https://doi.org/10.1523/ JNEUROSCI.3364-16.2017, PubMed: 28559375

Sreenivasan, KK, Vytlacil, J. i D'Esposito, M. (2014). Emmagatzematge distribuït i dinàmic de la informació d'estímul de memòria de treball a l'escorça extraestriada. Journal of Cognitive Neuroscience, 26, 1141–1153. https://doi.org/10 .1162/jocn_a_00556, PubMed: 24392897

Stokes, MG, Kusunoki, M., Sigala, N., Nili, H., Gaffan, D. i Duncan, J. (2013). Codificació dinàmica per al control cognitiu a l'escorça prefrontal. Neuron, 78, 364–375. https://doi.org/10 .1016/j.neuron.2013.01.039, PubMed: 23562541

Wolff, MJ, Jochim, J., Akyürek, EG, Buschman, TJ i Stokes, MG (2020). Codis a la deriva dins d'un esquema de codificació estable per a la memòria de treball. PLoS Biology, 18, e3000625. https://doi .org/10.1371/journal. bio.3000625, PubMed: 32119658