L'attenzione campiona ritmicamente oggetti con più funzionalità nella memoria di lavoro, parte 1

L'attenzione ci consente di migliorare selettivamente l'elaborazione di posizioni o caratteristiche specifiche nel nostro ambiente esterno filtrando informazioni irrilevanti. Attualmente si ipotizza che ciò sia ottenuto potenziando i segnali sensoriali rilevanti che influenzano la competizione tra le rappresentazioni neurali.

L’ambiente esterno è una parte inevitabile della nostra vita e può avere un grande impatto sulle nostre condizioni fisiche e psicologiche. Ad esempio, diversi climi, diete, ritmi di lavoro, ecc. influiscono sulla nostra salute fisica, ma per il nostro cervello anche l’ambiente esterno è un fattore molto importante. La ricerca degli ultimi anni ha dimostrato che esiste una forte relazione tra l’ambiente esterno e la memoria.

Innanzitutto, un buon ambiente può fornire un’eccellente atmosfera di apprendimento e di lavoro, il che è molto vantaggioso per il nostro cervello. Il nostro cervello è bravo nella memoria e nell’apprendimento. Tuttavia, se ci troviamo in un ambiente stressante, ansioso o caotico, il cervello verrà gravemente compromesso, influenzando la nostra memoria e le capacità di pensiero. Pertanto, è importante mantenere un ambiente piacevole e ordinato.

In secondo luogo, anche l’esercizio fisico e il buon sonno sono aspetti dell’impatto dell’ambiente esterno sulla memoria. La salute del corpo e la salute del cervello sono strettamente correlate. La ricerca mostra che l’esercizio fisico e un buon sonno sono i modi migliori per migliorare la funzione cerebrale e la memoria. L’esercizio fisico può indurre il nostro cervello a secernere più sostanze chimiche come la serotonina e la dopamina, che possono migliorare il nostro umore e la capacità di pensare, migliorando così la nostra memoria e la nostra capacità di pensare. E un buon sonno può dare al nostro cervello abbastanza riposo e fornire tempo e spazio sufficienti per la memoria a lungo termine. Pertanto, dovremmo valorizzare il tempo dedicato all’esercizio fisico e al sonno in modo che il nostro cervello possa essere pienamente mantenuto.

Infine, anche la socializzazione e le attività fisiche e mentali fanno bene al nostro cervello. Il nostro cervello richiede apprendimento e pensiero costanti per mantenere la propria funzionalità e vitalità. L’interazione sociale migliora la nostra capacità di comunicare e pensare, stimolando così la nostra memoria e creatività. Anche le attività fisiche e mentali, come leggere, viaggiare, fotografare, ecc. sono modi rari per esercitare la memoria.

In sintesi, esiste una stretta relazione tra ambiente esterno e memoria. Dovremmo usare atteggiamenti e azioni positive per creare un buon ambiente di vita e fornire al nostro cervello stimoli più efficaci per migliorare la nostra memoria e le capacità di apprendimento. Si può vedere che dobbiamo migliorare la nostra memoria. Cistanche deserticola può migliorare la memoria, perché Cistanche deserticola può anche regolare l'equilibrio dei neurotrasmettitori, come aumentare i livelli di acetilcolina e fattori di crescita. Queste sostanze sono molto importanti per la memoria e l'apprendimento. Inoltre, la carne può anche migliorare la fluidità del sangue e promuovere il trasporto di ossigeno, il che può garantire che il cervello riceva nutrienti ed energia sufficienti, migliorando così la vitalità e la resistenza del cervello.

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Recenti studi neurofisiologici e comportamentali hanno rivelato che l’attenzione è un processo fondamentalmente ritmico, strettamente legato alle oscillazioni neurali nelle reti frontoparietali. Invece di evidenziare continuamente un singolo oggetto o luogo, l’attenzione si alterna ritmicamente tra più rappresentazioni rilevanti ad una frequenza di 3–8 Hz.

Tuttavia, l'attenzione non può essere diretta solo verso il mondo esterno ma anche verso le rappresentazioni della memoria di lavoro visiva interna (VWM), ad es

quando si seleziona uno dei numerosi modelli di ricerca per trovare gli oggetti corrispondenti nel mondo esterno. Due studi recenti dimostrano che gli oggetti con una singola caratteristica nella VWM sono frequentati in modo ritmico simile agli oggetti percepiti. Qui aggiungiamo alla letteratura mostrando che segnali retrospettivi non spaziali avviano un campionamento theta-ritmico comparabile di oggetti multi-funzione in VWM.

I nostri risultati si aggiungono al corpo convergente di prove che le rappresentazioni visive esterne e interne sono accessibili da meccanismi attenzionali ritmici simili e presentano una potenziale soluzione al problema del legame nella memoria di lavoro.

Sebbene la nostra esperienza visiva soggettiva possa sembrare un flusso continuo di informazioni in arrivo, le prove accumulate suggeriscono che la percezione e l’attenzione subiscono fluttuazioni ritmiche. I ritmi comportamentali si riscontrano più spesso a frequenze comprese tra 3 e 6 Hz e tra 8 e 12 Hz e sono stati collegati alle corrispondenti oscillazioni neurali nelle bande theta (da 3 a 8 Hz) e alfa (da 8 a 12 Hz)1.

Quando osserviamo due oggetti nel nostro campo visivo, i tempi di reazione a obiettivi imprevedibili vengono modulati in funzione del tempo a una frequenza theta2-5, potenzialmente come risultato della competizione neurale6,7.

Queste modulazioni periodiche della performance vengono osservate individualmente per ogni luogo, ma spesso si trovano ad oscillare in antifase, congruente con un riflettore ritmico di attenzione che campiona più oggetti alternativamente e in sequenza8,9. Non solo questo campionamento ritmico sembra essere il caso della localizzazione degli oggetti ma anche di caratteristiche non spaziali come il colore o l'orientamento (cioè l'attenzione basata sulle caratteristiche10,11).

Si presume che l'attenzione diretta verso oggetti o caratteristiche del mondo esterno faciliti l'elaborazione, almeno parzialmente, attraverso il potenziamento dei segnali sensoriali12-18. Un meccanismo simile potrebbe essere alla base dei benefici comportamentali osservati quando si dirige l’attenzione verso rappresentazioni interne (memorizzate) nella memoria di lavoro visiva (VWM). È stato dimostrato che i segnali predittivi diretti verso uno o più elementi nella memoria di lavoro aumentano le prestazioni di richiamo, anche se i segnali vengono presentati diversi secondi dopo la codifica, comunemente descritto come effetto retro cue (per una revisione vedere Souza e Oberauer19).

Un numero crescente di studi ha rivelato una forte sovrapposizione tra i correlati neurofisiologici dell’attenzione verso gli stimoli esterni (attualmente percepiti) e i processi interni della memoria di lavoro. Questa forte sovrapposizione è ulteriormente supportata da scoperte che implicano fortemente le cortecce sensoriali precoci nel mantenimento delle rappresentazioni della memoria di lavoro, spesso definite ipotesi di reclutamento sensoriale21-27.

Ad esempio, è stato dimostrato che la selezione attenzionale degli elementi nella memoria di lavoro influenza l'attività nelle aree sensoriali che elaborano questi stimoli28,29 e modula la decodificabilità delle caratteristiche degli elementi in modo più forte nelle prime cortecce visive30.

Per riassumere, sia gli stimoli visivi esterni che le rappresentazioni interne del VWM sono codificati, almeno parzialmente, dalla sovrapposizione di popolazioni neurali su cui l'attenzione deve agire. Ciò solleva l’interessante possibilità che meccanismi attenzionali simili o addirittura identici possano essere coinvolti per rappresentazioni visive esterne ed interne. Un lavoro recente ha iniziato ad estendere la natura ritmica dell'attenzione interna diretta agli elementi VWM. Peters et al.31 hanno incaricato i partecipanti di memorizzare quattro punti che definivano i punti finali e quindi i contorni di due oggetti.

Un successivo segnale retroattivo ha diretto e ripristinato l'attenzione su uno di questi oggetti. A punti temporali densamente campionati (da 200 ms a 1000 ms) ma imprevedibili è stato presentato un bersaglio che rientrava all'interno o all'esterno dei contorni memorizzati dell'oggetto segnalato o non segnalato. Hanno osservato che i tempi di reazione (RT) misurati in funzione della distanza dal segnale fluttuavano ritmicamente ad una frequenza di 6 Hz.

Inoltre, le serie temporali RT delle risposte all'oggetto segnalato rispetto a quello non segnalato sono state modulate in antifase, indicando che l'attenzione basata sull'oggetto campionava periodicamente le posizioni dei due oggetti nel VWM. In particolare, i tempi di reazione ai bersagli presentati in posizioni di oggetti diversi non sono mai stati più rapidi di quelli dei bersagli nelle posizioni dello stesso oggetto. Gli autori hanno interpretato questo come una prova del fatto che l'attenzione non si spostava completamente periodicamente tra gli oggetti ma si alternava tra la priorità di un oggetto e di nessuno dei due oggetti.

Un secondo studio condotto da Pomper e Ansorge32 ha dimostrato che fluttuazioni simili nelle prestazioni si verificano tra due barre orientate nel VWM. È importante sottolineare che hanno presentato i loro stimoli in sequenza e durante la fissazione, riducendo le potenziali influenze dell'attenzione spaziale ritmica. L'efficienza dell'elaborazione della sonda fluttuava a una frequenza di 6 Hz ed è stata osservata una relazione antifasica tra la serie temporale di precisione del primo e del secondo stimolo.

La recente comparsa di studi che hanno riscontrato fluttuazioni comportamentali ritmiche nell'attenzione interna, molto simili a quelle riscontrate nell'attenzione esterna, suggerisce una stretta relazione tra entrambi i meccanismi attenzionali e un coinvolgimento centrale dell'attività ritmica cerebrale. Una potenziale sovrapposizione meccanicistica potrebbe avere implicazioni ad ampio raggio per la nostra comprensione di come il cervello seleziona le informazioni interne ed esterne e di come questa selezione è orchestrata dall’attività oscillatoria. È importante sottolineare, tuttavia, che le funzioni attenzionali ritmiche basate sugli oggetti nella memoria di lavoro sono state dimostrate solo per elementi costituiti da singole caratteristiche31,32.
Poiché l'attenzione basata sugli oggetti è stata fortemente implicata nel supportare il legame di molteplici caratteristiche sia durante la percezione che nella memoria di lavoro33,34, abbiamo deciso di caratterizzare ulteriormente i correlati comportamentali del campionamento attenzionale theta-ritmico nella memoria di lavoro utilizzando elementi costituiti da più elementi rilevanti caratteristiche in un paradigma retro-cue. Ipotizziamo una modulazione ritmica dell'efficacia di specifici confronti memoria-sonda ad una frequenza compresa tra 3 e 6 Hz in seguito a segnali attenzionali. Inoltre, ipotizziamo che le serie temporali comportamentali corrispondenti ad entrambi gli elementi della memoria saranno modulate in antifase, indicative di un campionamento attenzionale alternato delle rappresentazioni della memoria di lavoro.

Significato metodologico.

In a recent publication, Brookshire35 critically assesses the widely used statistical permutation tests based on the random shuffling of the behavior-SOA pairs (time shifting). This statistical procedure however does not take into account the non-periodic autocorrelational structure that might be present in the behavioral data and therefore leads to a large percentage (>5%) di errori di tipo-1. Brookshire35 propone un test statistico alternativo basato sulla stima di modelli di autocorrelazione AR(1).

Questi modelli catturano la struttura autocorrelativa delle serie temporali originali e controllano con successo il tasso di errore di tipo-1. Per testare l'affidabilità dei nostri risultati abbiamo analizzato i nostri dati utilizzando due tecniche distinte costituite da (1) preelaborazione tradizionale e time shifting e (2) fasi di preelaborazione e metodi statistici raccomandati da Brookshire35. Ciò è servito anche a fornire informazioni su se e come le due tecniche hanno influenzato i risultati. Sebbene abbiano prodotto risultati parzialmente diversi, entrambe le tecniche di analisi hanno rivelato fluttuazioni ritmiche comparabili nel comportamento nella gamma theta.

Materiali e metodi

Partecipanti. 26

all'esperimento hanno partecipato partecipanti (di età compresa tra 19 e 28 anni, 19 femmine) con vista normale o corretta. I moduli di consenso informato sono stati firmati prima dell'esperimento. Dopo il completamento, i partecipanti sono stati compensati con crediti accademici o 12 euro. L'esperimento è stato condotto secondo il protocollo approvato dal Comitato Etico della Facoltà di Scienze Sociali e Comportamentali dell'Università di Utrecht e ha seguito il Codice Etico della World Medical Association (Dichiarazione di Helsinki).

Design sperimentale.

Gli stimoli sono stati presentati a una distanza di 58 cm con un display LCD (27-pollici, risoluzione 2560×1440, frequenza di aggiornamento di 120 Hz) utilizzando Psychophysicals Toolbox in esecuzione in MATLAB (MathWorks). Gli stimoli consistevano in una croce di fissazione centrale (diametro=0,3 gradi), due stimoli circolari di memoria costituiti da reticoli orientati in modo casuale (diametro=10 gradi; frequenza spaziale=4 cpdva) entrambi con un colore casuale selezionato dalle fasi opposte dello spazio colore CIELAB (48 colori campionati; L=59, a=18, b=− 8), un segnale di colore centrale (0,93 gradi), una sonda (diametro=10 grado ; frequenza spaziale=4 cpdva) il cui orientamento era leggermente spostato rispetto allo stesso stimolo di memoria colorato, e una maschera di Mondrian costituita da un motivo colorato (diametro=10 grado ; codice da36).

I partecipanti hanno eseguito un compito di memoria di lavoro 2AFC in cui è stato chiesto loro di confrontare l'orientamento di due stimoli di memoria con l'orientamento di una sonda che corrispondeva al colore di uno di essi. Il comportamento in risposta alla sonda è stato misurato utilizzando un approccio di campionamento denso che ci ha permesso di misurare l'effetto ritmico delle fluttuazioni attenzionali sull'elaborazione della sonda. Le prove sono iniziate con la presentazione della croce di fissazione su uno schermo vuoto per 1000 ms (Fig. 1). Questa è stata seguita dalla presentazione sequenziale di due stimoli di memoria per 1000 ms ciascuno (stimolo A e stimolo B). Dopo un ritardo di 1000 ms, abbiamo presentato un segnale per 250 ms che corrispondeva al colore dello stimolo A o dello stimolo B e indicava quale dei due elementi della memoria di lavoro sarebbe stato analizzato con una validità del 75%.

Sulla base di studi precedenti abbiamo ipotizzato che il segnale resettasse il campionamento attenzionale ritmico richiedendo comunque ai partecipanti di mantenere una rappresentazione dell'elemento non segnalato2,4,10,31. Il segnale è stato seguito da una schermata vuota con ritardo variabile (tra 200 e 700 ms in incrementi di 16,7 ms) dopo la quale abbiamo presentato uno stimolo Sonda per 75 ms che corrispondeva allo stimolo A o allo stimolo B a colori ed era orientato leggermente in senso orario o antiorario . Dopo un altro breve ritardo di 25 ms, abbiamo presentato una maschera per 75 ms dopo la quale i partecipanti hanno risposto se l'orientamento della sonda era inclinata in senso orario o antiorario rispetto allo stimolo WM dello stesso colore. I partecipanti hanno risposto premendo il pulsante Q (in senso antiorario) o P (in senso orario).

L'esperimento consisteva in un blocco di familiarizzazione (~4 minuti) in cui i partecipanti eseguivano diverse prove con feedback binario su ogni prova. Ciò è stato seguito da una procedura a scala (QUEST, 80 prove, ~10 min) che ci ha permesso di personalizzare la differenza angolare nell'orientamento tra l'elemento della memoria e la sonda in modo che le prestazioni fossero in media al 75%37. Durante questa procedura, i partecipanti hanno ricevuto un feedback binario alla fine di ogni prova. Dopo il completamento della procedura a scala, è iniziato l'esperimento principale (20 blocchi di 30 prove ciascuno, ~75 minuti). L'esperimento principale era identico alla procedura a scala con l'unica eccezione che il feedback ora veniva fornito alla fine di ogni blocco sotto forma di percentuale corretta invece che alla fine di ogni prova. Ciò è stato fatto per ridurre al minimo gli effetti dell'allenamento. Durante l'esperimento principale, abbiamo utilizzato una differenza angolare fissa tra il campione e le sonde, determinata durante la procedura della scala.

Analisi dei dati.

Abbiamo considerato solo prove con tempi di reazione inferiori a 2 s. Per due partecipanti ciò ha portato all'esclusione di oltre il 20% degli studi e sono stati quindi esclusi dall'analisi. Per un altro partecipante, i nostri criteri RT hanno portato alla rimozione di tutte le prove in una specifica SOA e sono state anche rimosse dall'analisi. Nell'analisi finale sono stati inclusi 23 partecipanti. I tempi di reazione medi e l'accuratezza del gruppo sono stati analizzati utilizzando test t a due campioni. Per studiare le fluttuazioni ritmiche nel comportamento abbiamo calcolato la media dei tempi di reazione all'interno di ciascuna delle 30 SOA successive per ciascun partecipante. Ciò ci ha permesso di calcolare serie temporali comportamentali che riflettono i cambiamenti dinamici nell'efficacia dei confronti delle sonde (RT e accuratezza) nell'intervallo di manutenzione.

La lunghezza della finestra temporale (500 ms) e la spaziatura delle SOA (frequenza di campionamento 60 Hz) sono state scelte in modo da poter analizzare frequenze comprese tra 2 e 30 Hz. Sono state prese in considerazione solo le prove corrette poiché molto probabilmente riflettono il successo del mantenimento della memoria di lavoro. Poiché abbiamo ipotizzato che il segnale reimposterebbe il campionamento dell'attenzione sull'elemento segnalato, indipendentemente dalla sua posizione seriale, abbiamo calcolato separatamente le serie temporali RT per le sonde validamente attivate e per quelle non valide. La sezione seguente descriverà rispettivamente i passaggi successivi nella nostra pipeline di analisi originale e nella nuova pipeline di analisi.

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