Esplorazione del flusso di informazioni dalla corteccia posteromediale durante la memoria di lavoro visuospaziale: uno studio sulla magnetoencefalografia, parte 1

La corteccia posteromediale (PMC) è un importante snodo della rete di modalità predefinita del cervello ed è implicata in un'ampia gamma di cognizioni guidate internamente, inclusa la memoria di lavoro visuospaziale.

La rete in modalità predefinita del cervello (DMN) si riferisce a uno specifico sistema di circuiti neurali nel cervello umano. Il DMN è attivo in assenza di stimoli esterni, per questo è chiamato anche “rete di autoconsapevolezza” ed è coinvolto in azioni complesse come pensare, ricordare, pianificare e autovalutarsi. Un crescente numero di ricerche mostra che il DMN è strettamente correlato alla memoria.

Innanzitutto, il DMN può svolgere un ruolo chiave nel modo in cui ricordiamo il passato. I ricercatori hanno scoperto che il DMN veniva attivato quando i soggetti pensavano e descrivevano persone, luoghi ed eventi precedentemente vissuti. Questa forma, chiamata "memoria autobiografica", si basa sulla consapevolezza di sé.

In secondo luogo, il DMN è strettamente connesso alla “regola dei sette secondi” nel cervello. La cosiddetta "regola dei sette secondi" significa che il cervello delle persone funzionerà automaticamente e continuerà per circa sette secondi senza input di stimoli. Questo processo può aiutare il cervello a ottimizzare il proprio pensiero e a migliorare la flessibilità e la creatività del pensiero. Ciò ha un effetto positivo sul miglioramento della memoria.

Infine, gli scienziati hanno anche scoperto che, con meno rumore di fondo, il DMN può svolgere un ruolo importante nel modo in cui ascoltiamo e ricordiamo nuove informazioni. Ciò significa che quando proviamo ad apprendere nuovi contenuti, dobbiamo separarci dalle distrazioni che ci circondano in modo che il DMN possa elaborare e archiviare le informazioni in modo efficiente.

Nel loro insieme, il DMN è strettamente correlato alla nostra memoria in molteplici modi. Incoraggiare l’autoconsapevolezza e la formazione nel pensiero profondo, nell’introspezione e nell’attenzione avrà un impatto positivo sullo sviluppo del DMN e sul miglioramento delle capacità di memoria. Pertanto, dovremmo concentrarci sull’esercizio della rete di modalità predefinita del cervello per migliorare la nostra memoria e le capacità cognitive. Si può vedere che abbiamo bisogno di migliorare la memoria, e la Cistanche deserticola può migliorare significativamente la memoria perché la Cistanche deserticola è un materiale medicinale tradizionale cinese che ha 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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Tuttavia, il suo preciso contributo a questi processi cognitivi rimane poco chiaro. Utilizzando MEG, abbiamo misurato l'attività PMC in partecipanti umani sani (giovani adulti di entrambi i sessi) mentre eseguivano un compito di memoria di lavoro visuospaziale.

Le analisi di classificazione dei modelli multivariati hanno rivelato informazioni correlate allo stimolo durante la codifica e il recupero in una serie di ROI corticali definite a priori, comprese le cortecce prefrontale, occipitale e centrotemporale, oltre alla PMC.

Abbiamo misurato la misura in cui queste informazioni di stimolo sono state scambiate tra le aree in un'analisi del flusso di informazioni, misurando le relazioni Granger-causali tra le aree nel tempo. Coerentemente con la natura visiva del compito, le informazioni provenienti dalla corteccia occipitale hanno modellato altre regioni nella maggior parte delle epoche. Tuttavia, la PMC ha modellato le rappresentazioni degli oggetti nelle cortecce occipitale e prefrontale durante la memoria di lavoro visuospaziale, influenzando la corteccia occipitale durante il recupero e la PFC in tutte le epoche del compito.

I nostri risultati sono coerenti con il ruolo proposto per la PCM nella rappresentazione del contenuto interno, comprese le informazioni ricordate, e nel confronto degli stimoli esterni con il materiale ricordato.

Parole chiave: memoria episodica; analisi del flusso di informazioni; MEG; corteccia cingolata posteriore; memoria visuospaziale.

Dichiarazione di significato

Il cervello umano funziona come un insieme di regioni altamente interconnesse. Mappare la funzione di questa interconnettività, così come le specializzazioni all’interno delle diverse regioni, è fondamentale per comprendere i processi neurali alla base della cognizione.

La corteccia posteromediale (PMC) è una regione corticale altamente connessa, implicata nella memoria di lavoro visuospaziale, sebbene il suo contributo preciso rimanga poco chiaro.

Abbiamo misurato l'attività della PMC durante un compito di memoria di lavoro visuospaziale, testando come diverse regioni rappresentassero gli stimoli e se queste rappresentazioni fossero guidate da altre regioni corticali.

Abbiamo scoperto che la PMC ha influenzato le informazioni sullo stimolo in altre regioni in tutte le fasi del compito, suggerendo che la PMC gioca un ruolo chiave nel modellare le rappresentazioni degli stimoli durante la memoria di lavoro visuospaziale.

introduzione

La corteccia posteromediale (PMC) comprende la corteccia cingolata posteriore e il precuneo ed è ampiamente ritenuta supportare una varietà di forme di cognizione guidate internamente (Andrews-Hanna, 2012).

In quanto hub della rete di modalità predefinita del cervello, la PMC dimostra ampie connessioni con il lobo temporale mediale, nonché con le regioni cerebrali frontoparietali associate al controllo cognitivo (Leech et al., 2012).

Gli studi fMRI che delineano le suddivisioni all'interno della PMC indicano modelli distinti di connettività con altre aree durante lo stato di riposo (Margulies et al., 2009; Bzdok et al., 2015; Kernbach et al., 2018; Khan et al., 2020) così come Connettività funzionale divergente correlata ai compiti man mano che aumenta la difficoltà del compito (Leechet al., 2011, 2012; Bzdok et al., 2015).

Data la ricchezza di queste connessioni e l’eterogeneità delle sottoregioni della PMC (Margulieset al., 2009; Leech et al., 2011), la PMC è, forse non sorprendentemente, implicata in una vasta gamma di funzioni cognitive.

Tali funzioni includono l'elaborazione autoreferenziale, le immagini visive, la traduzione di rappresentazioni egocentriche in allocentriche e la modulazione di forme di cognizione dirette internamente rispetto a quelle dirette esternamente (per la revisione, vedere Bzdok et al., 2015).

Nonostante non vi siano connessioni dirette con la corteccia sensoriale, il PMCap appare idealmente posizionato per ricevere input sensoriali-percettivi convergenti, in gran parte visivi, per supportare l'integrazione delle informazioni visuospaziali (Conti e Irish, 2021).

Queste rappresentazioni possono essere mantenute online e gestite (ad esempio, memoria di lavoro) (Kravitz et al., 2011; Hunsaker e Kesner, 2018), o integrate in ricostruzioni contestualmente ricche di esperienze passate (ad esempio, memoria episodica) (Lega et al., 2017); Natu et al., 2019).

Un risultato coerente nella letteratura sulla memoria è quello di una significativa attivazione della PMC durante compiti che richiedono il ripristino di informazioni contestuali (Bird et al., 2015).

Inoltre, è stato dimostrato che l'attività all'interno delle sottoregioni PMC si adatta parametricamente alla vividezza delle informazioni recuperate parametricamente, suggerendo un ruolo importante nella fenomenologia della memoria. Al contrario, è stato suggerito che altre sottoregioni della PMC rappresentino configurazioni uniche delle caratteristiche degli eventi (Cooper e Ritchey, 2019).

Collettivamente, questi studi indicano un ruolo centrale per la PCM nel rappresentare e integrare diversi tipi di informazioni al servizio della memoria (per una revisione, vedere Ritchey e Cooper, 2020).

Gli studi che esplorano l'evoluzione temporale dell'attività PMC nelle fasi del compito hanno costantemente dimostrato un "inversione di codifica/recupero", in cui il ricordo riuscito è associato ad un'attenuata attività PMC durante la codifica ma ad un aumento dell'attività durante il recupero (Daselaar et al., 2004, 2009; Huijbers et al. , 2012,2013).

È importante sottolineare che, confrontando le posizioni dei voxel che guidano le associazioni tra prestazione e attenuazione, quindi facilitazione, Vannini et al. (2011) hanno dimostrato che le stesse sottoregioni PMC modulano il flip di codifica/recupero. È stato anche dimostrato che modelli di connettività funzionale con PMC si evolvono durante le fasi del compito di memoria (ad esempio, Piccoli et al., 2015).

Ad esempio, la sincronia tetafase lobo temporale mediale-neocorticale predice in modo affidabile il grado di immagini visive raccolte durante il recupero della memoria autobiografica, correlandosi specificamente con l'attività nel precuneo (Fuentemilla et al., 2014), in risonanza con il ruolo proposto del CMP nel ripristino delle capacità sensoriali visuospaziali. -dettagli percettivi.

Pertanto, sebbene esistano prove che suggeriscono il trasferimento di informazioni tra la regione midollo spinale e altre regioni del cervello durante le prestazioni della memoria (Canolty et al., 2006; Fell e Axmacher, 2011; Sauseng et al., 2019), la direzione di questo scambio di informazioni rimane poco compresa.

L'obiettivo di questo studio era di sfruttare la precisione temporale del MEG per stabilire i modelli di flusso di informazioni tra la CPM e altre regioni del cervello durante le prestazioni della memoria di lavoro visuospaziale.

Abbiamo utilizzato una nuova misura dello scambio di informazioni causa-Granger per testare la prova che la PMC codifica gli attributi dello stimolo all'interno delle diverse fasi del compito e per determinare se tali informazioni vengono trasferite dalla PMC ad altre regioni del cervello.

Abbiamo previsto che, se la connettività tra CPM e altre regioni riflette lo scambio di informazioni che è cruciale per le prestazioni della memoria, dovremmo trovare prove che il CPM codifica lo stimolo ricordato e guida la codifica di queste informazioni in altre regioni.

Materiali e metodi

Partecipanti. Abbiamo raccolto dati psicofisici, MEG e MRI da 12 partecipanti (10 femmine, 2 maschi, età 19-31 anni, media=23,8 anni). Ogni partecipante ha completato l'esperimento psicofisico in una sessione di 1 ora, seguito una settimana dopo dall'esperimento MEG in una sessione di 2 ore.

Le immagini MRI anatomiche sono state acquisite in una sessione di mezz'ora in un giorno separato. Un partecipante si è ritirato anticipatamente dallo studio MEG a causa del mal di testa, quindi i suoi dati sono stati esclusi.

Tutti i partecipanti erano sani, senza storia di disturbi neurologici e/o psichiatrici e avevano fornito il consenso informato. Ogni partecipante aveva un'acuità visiva normale o corretta-a-normale.

Il reclutamento dei partecipanti e gli esperimenti sono stati condotti con l'approvazione del Comitato Etico per la Ricerca Umana della Macquarie University e con la Dichiarazione di Helsinki.

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