Sperimentare la sorpresa: la dinamica temporale del suo impatto sulla memoria, parte 1

Per elaborare in modo efficiente le informazioni, il cervello si sposta tra lo stato di codifica e quello di recupero, dando priorità di conseguenza all’elaborazione dal basso verso l’alto o dall’alto verso il basso. È stato dimostrato che la violazione delle aspettative prima o durante l'apprendimento innesca un meccanismo di codifica adattiva, con conseguente migliore memoria per eventi imprevisti.

Attraverso ricerche approfondite è stata scoperta una forte relazione tra lo stato di recupero e la memoria. In poche parole, lo stato di recupero si riferisce allo stato in cui dobbiamo recuperare e richiamare informazioni specifiche. Questo stato può influenzare notevolmente la nostra capacità di memoria.

Se siamo più attivi, organizzati e concentrati sul recupero e sul richiamo delle informazioni nello stato di recupero, il nostro cervello può immagazzinare in modo più efficiente le informazioni nella nostra memoria a breve termine e richiamarle rapidamente quando necessario. Al contrario, se il nostro stato di recupero è scarso, la nostra capacità di ricordare e archiviare le informazioni sarà influenzata negativamente.

Pertanto, possiamo adottare alcuni metodi attivi per migliorare il nostro stato di recupero per migliorare la nostra memoria.

Innanzitutto, possiamo ridurre consapevolmente le distrazioni. Tieni fuori il più possibile le cose banali e non lasciare che disturbino il nostro pensiero e la nostra concentrazione. Solo quando il nostro cervello si concentra sulle informazioni che dobbiamo ricordare, siamo in grado di convertirle rapidamente nella nostra memoria a breve termine?

In secondo luogo, possiamo utilizzare tecniche di memoria per aiutarci a ricordare e conservare meglio le informazioni. Ad esempio, le informazioni possono essere trasformate in immagini o storie, il che non solo stimola meglio la nostra immaginazione, ma ci aiuta anche a collegare meglio le informazioni alle nostre esperienze personali, rendendole più radicate nei nostri ricordi.

Infine, dovremmo evitare il più possibile lo stress e l’ansia. Lo stress può danneggiare il nostro cervello, ostacolando la memorizzazione e il richiamo delle informazioni. Pertanto, dovremmo utilizzare alcuni modi calmanti e rilassanti per ridurre lo stress, come svolgere alcune attività ricreative, ascoltare musica o eseguire esercizi leggeri.

In sintesi, migliorare il nostro stato di recupero può migliorare notevolmente le nostre capacità di memoria. Finché adottiamo le giuste strategie e le implementiamo nella nostra vita quotidiana, saremo in grado di sfruttare meglio il potenziale del nostro cervello e ottenere migliori risultati di memoria. Si può vedere che dobbiamo migliorare la nostra memoria. La Cistanche deserticola può migliorare significativamente la memoria perché la Cistanche deserticola è un materiale medicinale tradizionale cinese con molti effetti unici, uno dei quali è quello di migliorare la memoria. L'efficacia della carne macinata deriva dai vari principi attivi che contiene, tra cui acidi, polisaccaridi, flavonoidi, ecc. Questi ingredienti possono favorire la salute del cervello in vari modi.

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Utilizzando la fMRI, abbiamo esplorato (1) se questo meccanismo di codifica viene attivato anche durante il recupero e, in tal caso, (2) quali sono le dinamiche temporali delle sue conseguenze mnemoniche. I partecipanti maschi e femmine hanno studiato le immagini degli oggetti e poi, con nuovi oggetti, hanno imparato una contingenza tra un segnale e una categoria semantica. Nel test sono stati utilizzati obiettivi rispettosi delle regole (attesi) e violanti (inattesi) e ostacoli simili.

Abbiamo trovato interazioni tra aspettative di eventi simili precedenti e attuali, in modo tale che quando un evento atteso seguiva un evento simile ma inaspettato, la sua prestazione veniva potenziata, sostenuta dall'attivazione nell'ippocampo, nel mesencefalo e nella corteccia occipitale. Al contrario, anche una sequenza di due eventi simili inaspettati ha innescato l’impegno occipitale; tuttavia, ciò non ha migliorato le prestazioni della memoria.

Nel loro insieme, i nostri risultati suggeriscono che quando l’obiettivo è recuperare, incontrare eventi sorprendenti attiva un meccanismo di codifica, supportato dall’elaborazione dal basso verso l’alto, che può migliorare la memoria per eventi futuri correlati.

Parole chiave: violazione delle aspettative; ippocampo; stati della memoria; sorpresa

Dichiarazione di significato

Ottimizzare l’equilibrio tra nuovo apprendimento e recupero della conoscenza esistente è un processo continuo, al centro della cognizione umana. Precedenti ricerche sulla codifica della memoria suggeriscono che l’esperienza della sorpresa porta a dare priorità all’apprendimento di nuovi ricordi, formando un meccanismo di codifica adattivo. Abbiamo esaminato se questo meccanismo viene utilizzato anche quando l'obiettivo attuale è recuperare informazioni. I nostri risultati dimostrano che uno spostamento guidato dalle aspettative verso uno stato di codifica, supportato da una migliore elaborazione percettiva, è vantaggioso per la corretta identificazione di successivi eventi simili attesi. Questi risultati hanno importanti implicazioni per la nostra comprensione delle dinamiche temporali della codifica adattiva delle informazioni nella memoria.

introduzione

Per elaborare in modo efficiente gli input, il cervello si sposta tra flussi dall’alto verso il basso e dal basso verso l’alto, bilanciando l’elaborazione degli input sensoriali con l’utilizzo delle rappresentazioni immagazzinate. Ciò si riflette nell'esistenza di codifiche e stati di recupero distinti (Buzsáki, 2002). L'elaborazione dal basso verso l'alto supporta lo stato di codifica dell'ippocampo, dando priorità alla trasformazione degli input percettivi in ​​ricordi, mentre l'elaborazione dall'alto verso il basso supporta uno stato di recupero facilitando l'accesso alle informazioni archiviate.

I meccanismi specifici che governano i cambiamenti di codifica-recupero, che possono o meno funzionare in modo competitivo, non sono ben compresi, ma saranno guidati, almeno in parte, dai fattori che inducono ciascuno stato di memoria. Sebbene vi siano ampie prove che uno stato di codifica adattiva venga attivato sperimentando discrepanze tra eventi attesi e incontrati, non è chiaro se tale meccanismo di apprendimento implicito possa essere attivato anche quando l’obiettivo dominante è recuperare, piuttosto che codificare.

Utilizzando dati comportamentali (esperimento 1) e fMRI (esperimento 2), esaminiamo se la sorpresa prodotta dalla violazione delle aspettative al momento del recupero, si traduce in uno spostamento verso uno stato di codifica, accompagnato da una maggiore elaborazione percettiva; e se ciò avviene a spese del recupero. Investigheremo anche le conseguenze estese di questa violazione delle aspettative e i potenziali cambiamenti iterativi di recupero della codifica che potrebbe generare, esaminando il riconoscimento prova per prova di successivi eventi simili.

È stato dimostrato che la sorpresa, prodotta dalla violazione delle aspettative, attiva la codifica ippocampale (Axmacher et al., 2010; Kafkas e Montaldi, 2015; Long et al., 2016; Frank et al., 2020b), che insieme al sistema dopaminergico del mesencefalo (Lisman andGrace, 2005; Shohamy e Wagner, 2008; Kafkas e Montaldi,2018a) e una migliore elaborazione percettiva (Stoppel et al., 2009; Hawco e Lepage, 2014; Kafkas e Montaldi, 2014, 2015), supporta la formazione della memoria adattiva.

Le prove di questo meccanismo adattivo provengono principalmente da paradigmi in cui la violazione delle aspettative avviene prima o durante l’apprendimento (Li et al., 2003; Garrido et al., 2015; Long et al., 2016; Greve et al., 2017; Kafkas, 2021). Pertanto, qualsiasi risorsa aggiuntiva deviata verso la codifica in questi scenari probabilmente migliorerà le successive prestazioni della memoria (ad esempio, effetti sull'attenzione, vedi Aly e Turk-Browne, 2017).

Tuttavia, per dimostrare l'ubiquità di un meccanismo di codifica adattiva, è fondamentale fornire prove di uno spostamento verso la codifica durante il recupero. Ciò probabilmente farà luce sugli effetti della rapida e implicita interazione nella vita reale tra questi stati. In queste circostanze, la codifica attiva ha ancora uno scopo adattivo, ma potrebbe non essere "utile" in tempo reale.

Data la malleabilità dei ricordi innescati dalla sorpresa (Kim et al., 2014), diventa importante considerare quali potrebbero essere le conseguenze mnemoniche di uno spostamento verso la codifica. Qualora la violazione dell'aspettativa innescasse uno stato di codifica, a discapito di una ricerca nella memoria, potrebbe modulare l'elaborazione dell'evento inatteso. Ciò è coerente con l'idea che l'ippocampo si sposta continuamente tra lo stato di codifica e quello di recupero (Buzsáki, 2002; Hasselmo et al., 2002).

Questo sistema può essere paragonato ad un pendolo che oscilla ritmicamente tra i due stati della memoria, ottimizzando l'elaborazione delle informazioni. Se i fattori situazionali interrompessero l’oscillazione in corso tra gli stati, favorendone uno rispetto all’altro, il risultato potrebbe essere un cambiamento nell’efficienza della memoria. Ricerche precedenti hanno dimostrato che un segnale strategico esplicito favorisce un compromesso tra l'ippocampo e la codifica e il recupero delle informazioni (Richter et al., 2016).

Abbiamo esaminato se la violazione delle aspettative al momento del recupero impegna spontaneamente uno stato di codifica e, in tal caso, se questa risposta dipende dalla somiglianza percettiva tra gli input. Abbiamo anche considerato le conseguenze mnemoniche prolungate di tali cambiamenti iterativi sulle decisioni di riconoscimento attuali e successive.

L'aspettativa è stata manipolata implicitamente e indipendentemente dai requisiti del compito di recupero, permettendoci di affrontare due importanti domande. In primo luogo, se la violazione delle aspettative attiva un meccanismo di codifica dal basso verso l’alto, anche quando non è rilevante per l’obiettivo. In secondo luogo, quali sono le dinamiche temporali delle conseguenze mnemoniche dello stato di aspettativa, per un evento e successivi eventi simili? Abbiamo pensato che una codifica guidata dalle aspettative più elevate potrebbe modulare i processi di recupero attuali, ma aiutare l'accuratezza del riconoscimento di eventi simili successivi.

Materiali e metodi

Esperimento 1

Partecipanti

Un totale di 30 partecipanti (quattro maschi) di età compresa tra 18 e 22 anni (media=19, SD=1,04) hanno dato il consenso informato e hanno preso parte all'esperimento. La dimensione del campione è stata selezionata sulla base di studi precedenti utilizzando un approccio di progettazione e analisi simile (Kafkas e Montaldi, 2018b; Frank et al., 2020b). I partecipanti avevano una vista normale o corretta alla normalità e nessuna storia di disturbi neurologici o psichiatrici. Tutte le procedure sono state approvate dal Comitato Etico della Ricerca dell'Università di Manchester. Quattro partecipanti sono stati esclusi da qualsiasi ulteriore analisi a causa del mancato apprendimento dell'associazione segnale-risultato (tre) o della performance di riconoscimento inferiore al caso (uno). Vengono riportati i dati di 26 partecipanti.

Materiali

Un totale di 78 immagini di oggetti naturali (39) e artificiali (39) sono stati selezionati dal database di immagini di oggetti simili-esche (SOLID; Franket al., 2020a). Queste immagini sono state utilizzate come oggetti di destinazione, presentati durante la codifica. Utilizzando l'indice di dissomiglianza di SOLID, sono stati selezionati tre fogli con livelli di somiglianza decrescenti (F1, più simile; F2, livello medio; F3, somiglianza più bassa) per ciascuna immagine target.

Inoltre, la somiglianza è stata manipolata parametricamente mantenendo costante la distanza media tra i livelli [dissimilarità media 2100 DI; vedere gli esempi di Fig. 1 e Frank et al. (2020a) per ulteriori spiegazioni sui valori DI]. Questi livelli di somiglianza sono stati scelti sulla base dei nostri risultati precedenti (Frank et al., 2020b), in cui abbiamo osservato uno schema quadratico di effetti di aspettativa sulla somiglianza dell'input quando l'aspettativa è stata manipolata durante la codifica, riguardanti le prestazioni della memoria. Pertanto, sono stati utilizzati 78 set di oggetti (un target e tre fogli; per un totale di 312 stimoli).

Design sperimentale

L'esperimento è stato controllato utilizzando PsychoPy versione 1.82 (Peirce,2007) e consisteva di quattro parti (simile al progetto utilizzato in precedenza; Kafkas e Montaldi, 2018b). Innanzitutto, durante la codifica, ai partecipanti sono stati presentati gli oggetti target due volte per garantire un'esposizione sufficiente. Durante la prima presentazione, l'oggetto veniva mostrato sullo schermo per 3 secondi e ai partecipanti veniva chiesto di decidere se l'oggetto era artificiale o naturale; premendo il tasto freccia sinistra per naturale e il tasto freccia destra per artificiale.

Nella seconda presentazione, ai partecipanti è stato chiesto di prestare molta attenzione alle immagini (mostrate per 5 secondi ciascuna) e sono stati informati che sarebbe stato loro chiesto di distinguere tra l'oggetto presentato ("vecchio") e oggetti simili ("nuovi") in seguito; non hanno dovuto fornire alcuna risposta durante la seconda presentazione della codifica. L'ordine di presentazione delle immagini è stato randomizzato tra i partecipanti. La fase successiva prevedeva un compito con ritardo di 5-minuti, durante il quale i partecipanti risolvevano problemi aritmetici.

Nella terza fase, è stato utilizzato un compito di apprendimento delle regole per consentire la manipolazione delle aspettative successivamente al recupero. Ai partecipanti è stato chiesto di apprendere la contingenza tra un simbolo (che funge da spunto) e la categoria di un oggetto, artificiale o naturale. Sono stati utilizzati quattro simboli in totale, due per ciascuna categoria, e questi sono stati controbilanciati tra i partecipanti. Ciascuna battuta è stata presentata 14 volte.

Le prove sono iniziate con un punto di fissazione di 500-ms, seguito dal segnale, presentato per 1 s. Durante questo periodo ai partecipanti è stato chiesto di indovinare la categoria dell'oggetto successivo utilizzando gli stessi tasti della fase di codifica.

Il feedback e un nuovo oggetto (non testato) sono stati quindi presentati insieme per 2 s. Questo compito stabiliva le aspettative dei partecipanti riguardo alle sequenze cue-oggetto e queste venivano manipolate in modo critico al momento del recupero. Per garantire che le aspettative fossero stabilite, sono stati analizzati solo i dati dei partecipanti che hanno raggiunto il criterio (precisione superiore al 50% nella prima metà e accuratezza del 75% nella seconda metà dell'attività) (per l'accuratezza e il RT nel compito di apprendimento delle regole, vedere Dati estesi Fig. 1-1).

La fase finale è stata un compito di riconoscimento vecchio/nuovo, durante il quale sono stati presentati tutti i seteventi (obiettivi, F1, F2 e F3). Lo sperimentatore informava i partecipanti che sarebbero stati presentati vecchi oggetti (bersaglio) e nuovi simili (fogli). Ogni prova di recupero è iniziata con un punto di fissazione (500 ms), seguito da un segnale (1 s) e da un oggetto (fino a 5 s).

Ai partecipanti è stato detto di concentrarsi sull'oggetto e di premere "vecchio" se pensavano che fosse uguale al bersaglio che avevano visto in precedenza. Ai partecipanti è stato chiesto di premere "nuovo" se avevano notato qualcosa di diverso nell'oggetto. Dopo 12 prove pratiche, è iniziato il compito principale. La manipolazione chiave al momento del recupero era la validità della stecca. Un terzo degli indizi erano fuorvianti e facevano sì che l'oggetto venisse riconosciuto inaspettatamente. Le prove valide (ad esempio, cue natural seguito da un naturalobject) sono state contrassegnate come previsto.

Quando veniva utilizzato un compito di riconoscimento vecchio/nuovo, le quattro decisioni vecchie/nuove per set di oggetti erano indipendenti l'una dall'altra, il che significa che una risposta "vecchia" poteva essere data per più eventi set (cioè per il bersaglio e uno o più fogli). Dopo aver completato l'esperimento, i partecipanti sono stati interrogati sulla manipolazione delle aspettative al momento del recupero. Solo due partecipanti all'esperimento 1 e cinque partecipanti all'esperimento 2 hanno riferito di aver notato la mancata corrispondenza tra segnale e oggetto durante il compito.

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