Экспериментальный протокол для внимания, ориентированного на память. (A) В экспериментах ЭЭГ и фМРТ участники сначала выполнили учебную задачу, в которой они искали целевой стимул, который был встроен в естественные сцены. Цели были представлены справа (правая память), слева (левая память) или вообще не были (нейтральная память). (B) В ходе повторных сеансов участники находили и узнавали местоположение целевых стимулов. Профиль обучения из эксперимента ЭЭГ построен для точности поиска (левая ось y, красный цвет) и времени поиска (правая ось y, синий цвет) в зависимости от номера тренировочной сессии (ось x). (C) На следующий день участники выполнили задание на концентрацию внимания, в котором сцены из начальной учебной задачи использовались для определения местоположения следующей цели. Первая сцена всегда представлялась без целевого стимула, тогда как вторая сцена содержала цель в 50% испытаний. При испытаниях «цель-настоящее» ранее изученные местоположения на 100% предсказывали последующее целевое местоположение. Следовательно, действительные сцены реплик из памяти могут быть использованы для предсказания точного местоположения последующей цели, тогда как воспоминания для нейтральных реплик не содержат релевантной для задачи пространственной информации. (D) Поведенческие данные показаны для эксперимента ЭЭГ, с чувствительностью (левая ось y, столбцы) и RT (правая ось y, треугольники), построенными как условие функции памяти (память vs. нейтральный). Чувствительность обнаружения была выше для пространственно-предсказательных воспоминаний, а RT были короче. Планки погрешностей представляют ± 1 SEM. Авторское право © PNAS, doi: 10.1073 / шт.1108555108
(Medical Xpress) – Восприятие – это не пассивное состояние, а активный процесс, подпитываемый прогнозами и ожиданиями в отношении нашей окружающей среды. В последнем случае память должна быть фундаментальным компонентом того, как наш мозг генерирует эти предшественники перцептивного опыта, но как мозг объединяет долговременную память с восприятием, не определено. Однако недавно исследователи из отдела экспериментальной психологии Оксфордского университета, разработав метод интеграции памяти и внимания, показали, как LTM оптимизирует восприятие, изменяя состояния мозга, связанные с ожиданием пространственной локализации в поле зрения. Ученые также использовали фМРТ для создания нейронной сети, включающей ряд областей коры головного мозга, которые, вероятно, будут активны в прогнозирующем использовании памяти в зрительной коре головного мозга.
Ведущий исследователь Марк Дж. Стоукс, работая с Кэтрин Атертон, Евой Зитой Патай и Анной Кристиной Нобре, объясняет, что для изучения того, как память направляет внимание, сначала необходимо было научить каждого участника эксперимента запоминать большое количество ассоциаций, которые затем могут использоваться для руководства. внимание. «В этом исследовании, – рассказывает Стоукс Medical Xpress, – мы использовали врожденную способность мозга запоминать определенные пространственные местоположения в естественных сценах. Несмотря на огромную визуальную сложность таких сцен, мозг чрезвычайно искусен в обработке такой информации и может сохранять важные детали в долговременной памяти с небольшими видимыми усилиями. Эта способность – идеальный путь для нас, чтобы экспериментально манипулировать содержимым долговременной памяти, чтобы проверить влияние внимания на зрительную производительность, и исследовать основную основу мозга с помощью ЭЭГ и фМРТ.”
Прогнозы памяти запускают контралатеральную альфа-десинхронизацию в задних электродах. (A) Записи ЭЭГ демонстрируют, что сигналы памяти запускают пространственно-специфическую десинхронизацию колебаний альфа-диапазона в задних электродах, включая PO7 / PO8. Топография кожи головы с характерными различиями сигналов (левый – правый сигнал; 650-750 мс) в мощности альфа-канала проецируется на трехмерную поверхность кожи головы. (B) Временной анализ альфа-мощности в боковых задних электродах, PO7 (красный) и PO8 (синий), показывает, как контралатеральная десинхронизация возникает примерно через 400 мс после начала сигнала. Положительные значения отражают противоположную десинхронизацию в левом полушарии, тогда как отрицательные значения отражают десинхронизацию в правом полушарии, а затенение представляет ± 1 SEM. Авторское право © PNAS, doi: 10.1073 / шт.1108555108
По словам Стоукса, для достижения этой цели ключевой методологической разработкой в их исследовании было конкретное измерение того, как долговременные воспоминания модулируют подготовительную деятельность мозга. «Для эксперимента фМРТ это включало метод, называемый фМРТ, связанный с событием, который позволяет нам статистически разделить реакцию мозга на отдельные когнитивные события. Включение ЭЭГ с высоким временным разрешением также было ключевым нововведением в этом исследовании, обеспечивая более прямое измерение в реальном времени связанных с памятью изменений в подготовительной мозговой активности.”
Следующим шагом в исследовании команды было определение того, как интегральная схема областей мозга, связанных с вниманием и памятью – лобно-теменная кора и гиппокамп, соответственно – координируется для внимания, управляемого памятью. «До сих пор мы продемонстрировали, какие области мозга активны, – отмечает Стоукс, – но более подробные данные изображений могут также сказать нам, как эти области взаимодействуют между собой. Более того, методы разрушения, такие как транскраниальная магнитная стимуляция, могут точно определить, какие узлы лобно-теменной сети необходимы для внимания, управляемого памятью.”
Прогнозы памяти увеличивают активность, связанную с BOLD, в контрлатеральных областях зрения. (A) Поведенческий анализ эксперимента с фМРТ подтвердил, что чувствительность обнаружения была увеличена для целей, представленных в предсказанных в памяти местах, по сравнению с местоположениями, нейтральными в памяти. Чувствительность обнаружения (левая ось y, столбцы) и RT (правая ось y, треугольники) нанесены на график как состояние памяти функции (действительная память или. нейтральный). (B) Анализ BOLD-ответа выявил свидетельства пространственно-специфических предубеждений в подготовительной зрительной деятельности: сигналы памяти вызвали повышенную активность в контралатеральных субрегионах зрительной коры, особенно в экстрастриальных зрительных областях. Данные, контрастирующие слева по сравнению с. правые виды показаны на затылочной поверхности, извлечены и сглажены с помощью Freesurfer (материалы и методы) (C) Для определенных визуальных областей показаны пространственно-специфические действия, связанные с сигналами (текст предоставляет подробности). Планки погрешностей представляют ± 1 SEM. Авторское право © PNAS, doi: 10.1073 / шт.1108555108
Комментируя, как их результаты могут повлиять на другие области, Стоукс указывает, что интеграция фМРТ с высоким пространственным разрешением и ЭЭГ с высоким временным разрешением могла бы стать мощным подходом для ряда приложений когнитивной нейробиологии. Стокс соглашается, что также возможен переход к полностью in silico модели, основанной на данных, полученных из оптогенетики.