Parte 3: Le deformazioni ambientali spostano dinamicamente la memoria spaziale umana

Contatto: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mail:audrey.hu@wecistanche.com

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4|METODI

4.1|Partecipanti

Quarantanove partecipanti hanno dato il consenso scritto e sono stati pagati per aver partecipato all'Esperimento 1, 53 per l'Esperimento 2 e 48 per l'Esperimento 3. Un partecipante dell'Esperimento 1 e quattro partecipanti dell'Esperimento 2 sono stati esclusi per prestazioni peggiori del caso entro la fine del ultimo blocco familiare. Un partecipante aggiuntivo è stato escluso dall'Esperimento 2 come valore anomalo (punteggio di spostamento > 3 sopra la media, nella direzione prevista), lasciando un conteggio finale di 48 partecipanti nell'Esperimento 1 (31 femmine, età media 23,5, fascia di età 18–44) , 48 nell'Esperimento 2 (30 femmine, età media 22,4, fascia d'età 18–33) e 48 nell'Esperimento 3 (38 femmine, età media 22,9, fascia d'età 18–44), con 24 partecipanti in ciascuna condizione sperimentale. La dimensione del campione è stata scelta prima di condurre tutti gli esperimenti in modo che fosse il doppio del numero di partecipanti a esperimenti precedenti che studiavano effetti simili (Chen et al., 2015). Tutti i partecipanti hanno fornito il consenso informato in conformità con l'Institutional Review Board dell'Università della Pennsylvania.

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4.2|Protocolli sperimentali

4.2.1|Esperimento 1: ambiente virtuale desktop con informazioni visive complete disponibili: abbiamo utilizzato Source SDK Hammer Editor (http://www.valvesoftware.com, Valve Software, Bellevue, WA) per costruire ambienti di realtà virtuale che sono stati renderizzati e visualizzati dal primo prospettiva della persona utilizzando il software di gioco commerciale Portal (http://www.valvesoftware.com, Valve Software, Bellevue, WA). L'ambiente è stato visualizzato su un 27-in. Il monitor LG (risoluzione: 1920 × 1080) e i partecipanti erano seduti a circa 50 cm dallo schermo. I partecipanti hanno appreso la posizione degli oggetti target all'interno di un ambiente virtuale, utilizzando la procedura di apprendimento descritta nel testo principale e illustrata nella Figura 2. I partecipanti si sono spostati nell'ambiente utilizzando la mano destra per azionare i tasti freccia per spostarsi avanti o indietro e girare a sinistra o Giusto. Durante la fase di sostituzione, i partecipanti sono passati alla posizione dell'oggetto ricordata e hanno premuto il tasto "r" con la mano sinistra per registrare la loro risposta. La direzione virtuale e la posizione sono state registrate ogni 100 ms.

L'ambiente familiare era un'arena virtuale quadrata, senza soffitto. Ciascun muro di cinta era lungo 116 unità virtuali (vu) × 5,6 vu di altezza rispetto a un livello degli occhi simulato di 4 vu. Un'unità virtuale corrisponde a 0.3048 metri del mondo reale (1 piede). I quattro oggetti bersaglio erano un radiatore, una lampada, un fusto di olio e una torta. All'inizio di ogni blocco, i partecipanti hanno raccolto due volte ciascun oggetto target in ordine pseudo-casuale senza prove di sostituzione intervallate. Hanno quindi eseguito 16 prove di sostituzione (4 per ogni oggetto, in ordine pseudo-casuale), ognuna delle quali è stata immediatamente seguita da una prova di raccolta per lo stesso oggetto per fornire un feedback. Le istruzioni per ciascuna prova (o "Raccogli" o "Sostituisci", seguite dal nome dell'oggetto target) sono state visualizzate al centro dello schermo per l'intera prova. Durante ogni prova di "raccolta" nella stanza era presente solo l'oggetto da ritirare. Durante le prove di "sostituzione", non erano presenti oggetti. La stessa trama è stata applicata a tutte le pareti. Segnali distali, sotto forma di sole, cielo e una catena montuosa, circondavano l'arena (Figura S1). Questi segnali distali sono stati resi all'infinito, fornendo così informazioni sull'orientamento ma non indicazioni sulla posizione.

I partecipanti hanno completato due blocchi, un blocco familiare seguito da un blocco di deformazione. Sostituisci solo le prove differivano tra i blocchi. L'ambiente utilizzato per sostituire le prove nel blocco di deformazione è stato allungato del 50 percento insieme a una dimensione rispetto all'ambiente quadrato familiare (larghezza 174 vu × lunghezza 116 vu) o compresso del 50 percento (larghezza 58 vu × lunghezza 116 vu). Per creare questi ambienti deformati, le trame del pavimento, delle pareti e del soffitto non sono state ridimensionate, ma sono state invece troncate (durante le compressioni) o hanno continuato a piastrellare il nuovo spazio (durante i tratti). Dieci partecipanti hanno notato una differenza tra l'ambiente originale e quello deformato.

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4.2.2|Esperimento 2: ambiente virtuale desktop con informazioni visive

oscurato durante la sostituzione delle prove: il design e le procedure erano simili a quelli dell'esperimento 1, tranne per quanto descritto di seguito.

L'ambiente familiare era una stanza virtuale quadrata. Ogni parete è stata strutturata con uno sfondo unico per fornire indicazioni di orientamento. Anche il pavimento è stato strutturato ripetutamente per fornire informazioni sul flusso ottico, ma la struttura del pavimento non ha fornito indicazioni per una posizione all'interno dell'ambiente. Ciascun muro di cinta era lungo 116 unità virtuali (vu) e alto 19 vu rispetto a un livello degli occhi simulato di 4 vu. L'ambiente era completamente racchiuso dalle pareti e dal soffitto (Figura S1).

I partecipanti hanno completato tre blocchi. Nel primo blocco l'ambiente era quadrato e gli spunti visivi erano sempre visibili. Nel secondo blocco, anche l'ambiente era un quadrato e i segnali visivi durante la sostituzione delle prove (ma non la raccolta delle prove) erano mascherati da una fitta nebbia una volta che il partecipante si era allontanato di almeno 3,1 vu dalla posizione di partenza. La nebbia è completamente satura a 12,5 Vu, occludendo tutti i segnali visivi oltre questo raggio. Tutti gli oggetti sono stati localizzati ad almeno 30 vu da tutti i confini. Nel terzo blocco (blocco di deformazione), anche i segnali visivi erano mascherati da una fitta nebbia al movimento dalla posizione iniziale e la stanza familiare è stata sostituita da una stanza rettangolare che era allungata del 50 percento rispetto al quadrato originale lungo un asse (larghezza 174 Vu × lunghezza 116 VU) o compresso al 50 percento (larghezza 58 vu × lunghezza 116 vu). Per creare questi ambienti deformati, le trame del pavimento, delle pareti e del soffitto non sono state ridimensionate, ma sono state invece troncate (per le compressioni) o hanno continuato a piastrellare il nuovo spazio (per i tratti). Undici partecipanti hanno notato una differenza tra l'ambiente originale e quello deformato.

4.2.3|Esperimento 3: ambiente virtuale immersivo con informazioni visive e vestibolari complete disponibili: il design e le procedure per l'esperimento 3 erano simili a quelli dell'esperimento 1, tranne per quanto descritto qui. Abbiamo utilizzato il motore di gioco Unity versione 5.6 (https://unity3d.com, Unity Technologies, San Francisco, CA) per costruire e renderizzare stanze di realtà virtuale immersive tramite il display stereoscopico HTC Vive montato sulla testa e il tracker di posizione (risoluzione di 1.080 × 1.200 per eye; https://www.vive.com/, HTC con tecnologia di Valve Corporation, New Taipei City, Taiwan). Le risposte durante la fase di sostituzione sono state raccolte dai partecipanti premendo il tasto "trigger" di un controller HTC Vive wireless con la mano dominante. I partecipanti potevano muovere liberamente la testa e camminare nell'ambiente. La loro direzione e posizione sono state registrate ogni 100 ms. Nessun partecipante si è lamentato di cinetosi durante o dopo l'esperimento.

L'ambiente familiare era una stanza virtuale quadrata, che misurava 2,4 m di lunghezza × 2,4 m di larghezza × 2,5 m di altezza. Le posizioni di 2 pareti virtuali (nord-sud) corrispondevano a 2 delle pareti della stanza di tracciamento fisico, le restanti 2 pareti virtuali non corrispondenti (est-ovest) sono state spostate durante le deformazioni. Tutte le pareti erano strutturate in un grigio antracite. Il pavimento e il soffitto erano strutturati in un grigio più chiaro. Una colonna grigio chiaro dal pavimento al soffitto 0 0,1 m di larghezza × 0 0,1 m di lunghezza era incastonata in ogni angolo per dissuadere i partecipanti dal contattare l'attrezzatura di localizzazione (Figura S1).

I partecipanti hanno completato due blocchi, un blocco familiare seguito da un blocco di deformazione. Sostituisci solo le prove differivano tra i blocchi. L'ambiente utilizzato durante le prove di sostituzione del blocco di deformazione è stato allungato lungo una dimensione (est-ovest) spostando una o entrambe le pareti non corrispondenti e le colonne adiacenti (larghezza 2,8 m × lunghezza 2,4 m) o compresso lungo questa dimensione (larghezza 2. 0 m × lunghezza 2,4 m). Tra i blocchi, il display è stato reso nero fisso per 5 s con le istruzioni "attendi la prossima prova" visualizzate in basso al centro del campo visivo.

Poiché i partecipanti non potevano più essere teletrasportati tra una prova e l'altra, veniva loro chiesto di muoversi prima di ogni prova per affrontare e quasi toccare il centro di una delle quattro pareti, come indicato da una freccia nera fluttuante. Per garantire che il partecipante non vedesse alcun muro muoversi durante le prove di deformazione, il muro spostato dipendeva dalla posizione di partenza per quella prova. Se la prova è iniziata dal muro est, il muro ovest è stato spostato di {{0}},4 m. Se la prova è iniziata dal muro ovest, allora il muro est è stato spostato di 0,4 m. Se la prova è iniziata dalle pareti nord o sud, entrambe le pareti est e ovest sono state spostate di 0,2 m ciascuna. Da tutte le posizioni di partenza non era visibile lo spostamento istantaneo dei muri. Nessun partecipante ha notato la manipolazione.

Il set completo di oggetti bersaglio era una sfera rossa, un cubo blu, un cilindro verde e una capsula viola. Le posizioni degli oggetti erano tutte entro 0,4 m dal centro dell'ambiente familiare. Tutti gli oggetti sono stati presentati sullo stesso piedistallo grigio alto 1,5 m per sollevarli all'incirca all'altezza degli occhi (Figura S1). Gli oggetti target per ogni prova sono stati selezionati in ordine pseudo-casuale. Le istruzioni (o "Raccogli il" o "Sostituisci il" seguito dal nome dell'oggetto di destinazione nel testo corrispondente al colore dell'oggetto di destinazione, o "Vai alla freccia" per iniziare la prova successiva) sono state visualizzate in basso al centro dell'oggetto visivo campo per la totalità di tutte le prove.

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4.3|Analisi

Tutti i dati registrati sono stati importati in MATLAB (MathWorks) e analizzati utilizzando script personalizzati.

4.3.1|Analisi della posizione di sostituzione dell'oggetto: come descritto nel testo principale e nella figura

3, per verificare se le posizioni sostituite degli oggetti dipendessero dal confine iniziale, abbiamo prima allineato tutti e quattro gli oggetti sottraendo le loro posizioni mediane sostituite. Successivamente, per ciascun asse (nord-sud ed est-ovest) abbiamo calcolato lo spostamento lungo quell'asse tra le posizioni di sostituzione mediana partendo da un confine (nord o est) meno il confine opposto (sud o ovest). Infine, abbiamo calcolato la differenza di spostamento misurata lungo le dimensioni deformate e non deformate come misura finale di interesse. Le mediane sono state scelte come misura della tendenza centrale a mitigare l'effetto dei valori anomali nelle posizioni sostituite.

4.3.2|Statistiche: tutti i test statistici erano a due code (se non diversamente specificato)

test non parametrici con il test particolare annotato che accompagna ogni risultato. Data la distribuzione tipicamente a coda lunga dei dati di spostamento, sono stati scelti test non parametrici poiché questi test non assumono una forma particolare delle distribuzioni testate. Le statistiche W sono state riportate per tutti i test di punteggio e somma dei ranghi di Wilcoxon. Tutti i grafici box-and-whisker indicano il minimo al massimo (baffi), l'intervallo dal primo al terzo quartile (box) e la mediana (linea) della distribuzione.

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Materiale supplementare

Fare riferimento alla versione Web su PubMed Central per materiale supplementare.

RINGRAZIAMENTI

Ringraziamo con gratitudine il supporto di NSF concede PHY-1734030 (VB), NIH concede EY022350 e EY027047 (RAE) e NSF IGERT concede 0966142 (ATK). Durante questo periodo, VB è stato anche parzialmente supportato dal programma Honda Research Institute Curious-Minded Machines e dall'Aspen Center for Physics (Aspen, Colorado; NSF concede PHY{5}}).

Informazioni sui finanziamenti

Macchine dalla mentalità curiosa dell'Honda Research Institute; National Institutes of Health, Grant/Award Numbers:EY022350, EY027047; National Science Foundation, numeri di sovvenzione/premio: IGERT 0966142, PHY-1607611, PHY-1734030

INFORMATIVA DISPONIBILITA' DEI DATI

I dati e gli script MATLAB personalizzati che implementano tutte le analisi sono disponibili pubblicamente su https://github.com/akeinath/HumanMemoria_Deformazioni ambientali.

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RIFERIMENTI

Barry C, Hayman R, Burgess N e Jeffery KJ (2007). Riscaling dipendente dall'esperienza delle griglie entorinali. Neuroscienze della natura, 10, 682–684. 10.1038/nn1905 [PubMed: 17486102]

Bellmund JLS, de Cothi W, Ruiter TA, Nau M, Barry C e Doeller CF (2020). Deformare la metrica delle mappe cognitive distorce la memoria. Natura Comportamento umano, 4, 177–188. 10.1038/s41562-019-0767-3

Burak Y e Fiete IR (2009). Integrazione accurata del percorso nei modelli di rete di attrattori continui di celle della griglia. PLoS Biologia computazionale, 5, e1000291. 10.1371/journal.pcbi.1000291 [PubMed: 19229307]

Bush D, Barry C, Manson D e Burgess N (2015). Utilizzo delle celle della griglia per la navigazione. Neurone, 87, 507–520. 10.1016/j.neuron.2015.07.006 [PubMed: 26247860]

Bush D e Burgess N (2014). Un modello ibrido di rete di interferenza oscillatoria/attrattore continuo di attivazione delle celle della griglia. The Journal of Neuroscience, 34, 5065–5079. 10.1523/JNEUROSCI.4017-13.2014 [PubMed: 24695724]

Chen G, Lu Y, King JA, Cacucci F e Burgess N (2019). Influenze differenziali dell'ambiente e dell'auto-movimento sul posto e attivazione delle celle della griglia. Comunicazioni sulla natura, 10, 630. 10.1038/s41467-019-08550-1

Chen X, He Q, Kelly JW, Fiete IR e McNamara TP (2015). Il pregiudizio nell'integrazione del percorso umano è

previsto dalle proprietà delle celle della griglia. Biologia attuale, 25, 1771–1776. 10.1016/j.cub.2015.05.031 [PubMed: 26073138]

Cheng K, Shettleworth SJ, Huttenlocher J e Rieser JJ (2007). Integrazione bayesiana dell'informazione spaziale. Bollettino psicologico, 133, 625–637. 10.1037/0033-2909.133.4.625 [PubMed: 17592958]

Cheung A, Ball D, Milford M, Wyeth G e Wiles J (2012). Mantenere una mappa cognitiva nell'oscurità: la necessità di fondere la conoscenza dei confini con l'integrazione del percorso. PLoS Biologia computazionale, 8, e1002651. 10.1371/journal.pcbi.1002651 [PubMed: 22916006]

Deshmukh SS e Knierim JJ (2011). Rappresentazione di informazioni non spaziali e spaziali nella corteccia entorinale laterale. Frontiere nella neuroscienza comportamentale, 5, 69. 10.3389/fnbeh.2011.00069 [PubMed: 22065409]

Deshmukh SS e Knierim JJ (2013). Influenza degli oggetti locali sulle rappresentazioni dell'ippocampo: vettori di riferimento e memoria. Ippocampo, 23, 253–267. 10.1002/hipo.22101 [PubMed: 23447419]

Doeller CF, Barry C e Burgess N (2010). Prove per celle della griglia in una rete di memoria umana. Natura, 463, 657–661. 10.1038/natura08704 [PubMed: 20090680]

Doeller CF e Burgess N (2008). Distinta correzione degli errori e apprendimento accidentale della posizione rispetto a punti di riferimento e confini. Atti della National Academy of Sciences degli Stati Uniti d'America, 105, 5909–5914. 10.1073/pnas.0711433105 [PubMed: 18413609]

Doeller CF, King JA e Burgess N (2008). Sistemi paralleli striatali e ippocampali per punti di riferimento e confini nella memoria spaziale. Atti della National Academy of Sciences degli Stati Uniti d'America, 105, 5915–5920. 10.1073/pnas.0801489105 [PubMed: 18408152]

Dordek Y, Soudry D, Meir R e Derdikman D (2016). Estrazione delle caratteristiche della cella della griglia dagli input della cella del luogo utilizzando l'analisi della componente principale non negativa. eLife, 5, e10094. 10.7554/ eLife.10094 [PubMed: 26952211]

Ekstrom AD, Harootonian SK e Huffman DJ (2020). Codifica a griglia, rappresentazione spaziale e navigazione: dovremmo assumere un isomorfismo? Ippocampo, 30, 422–432. 10.1002/hipo.23175 [PubMed: 31742364]

Epstein RA, Patai EZ, Julian JB e Spire HJ (2017). La mappa cognitiva nell'uomo: navigazione spaziale e oltre. Neuroscienze della natura, 20, 1504–1513. 10.1038/nn.4656 [PubMed: 29073650]

Etienne AS, Boulens V, Maurer R, Rowe T e Siegrist C (2000). Una breve panoramica dei punti di riferimento noti riorienta l'integrazione del percorso nei criceti. Naturwissenschaften, 87, 494–498. 10.1007/ s001140050766 [PubMed: 11151669]

Etienne AS e Jeffery KJ (2004). Integrazione del percorso nei mammiferi. Ippocampo, 14, 180–192. 10.1002/ hipo.10173 [PubMed: 15098724]

Fiete IR, Burak Y e Brookings T (2008). Cosa trasmettono le celle della griglia sulla posizione del ratto. The Journal of Neuroscience, 28, 6858–6871. 10.1523/JNEUROSCI.5684-07.2008 [PubMed: 18596161]

Gallistel CR (1990). L'organizzazione dell'apprendimento. Cambridge, MA: Bradform Books/MIT Press. Hafting T, Fyhn M, Molden S, Moser MB e Moser EI (2005). Microstruttura di una mappa spaziale nella corteccia entorinale. Natura, 436, 801–806. 10.1038/nature03721 [PubMed: 15965463] Hardcastle K, Ganguli S e Giocomo LM (2015). I confini ambientali come correzione degli errori

meccanismo per le celle della griglia. Neurone, 86, 827–839. 10.1016/j.neuron.2015.03.039 [PubMed: 25892299] Hartley T, Trinkler I e Burgess N (2004). Determinanti geometrici della memoria spaziale umana.

Cognizione, 94, 39–75. 10.1016/j.cognition.2003.12.001 [PubMed: 15302327]