Feil i visuospatialt arbeidsminne på tvers av rom og tid

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

VisuospatialArbeidsminne(VSWM) involverer kortikale regioner langs den dorsale synsveien, som er topografisk organisert med hensyn til det visuelle rommet. Imidlertid er det fortsatt uklart hvordan en slik funksjonell organisering kan begrense VSWM-atferd på tvers av rom og tid. Her kartla vi systematisk VSWM-ytelse på tvers av det {{0}}dimensjonale (2D)-rommet i ulike oppbevaringsintervaller hos menneskelige forsøkspersoner ved å bruke de minnestyrte og visuelt guidede sakkadeoppgavene i to eksperimenter. I forhold til visuelt veilede sakkader, viste minnestyrte sakkader signifikant økning i usystematiske feil, eller responsvariabilitet, med økende måleksentrisitet (3 grader –13 grader av synsvinkel). Usystematiske feil økte også med økende forsinkelse (1,5–3 s, eksperiment 1; 0,5–5 s, eksperiment 2), mens det var liten eller ingen interaksjon mellom forsinkelse og eksentrisitet. Kontinuerlig bump attractor-modellering antydet nevrofysiologiske og funksjonelle organisasjonsfaktorer i de økende usystematiske feilene i VSWM på tvers av rom og tid. Disse funnene indikerer at: (1) VSWM-representasjon kan være begrenset av den funksjonelle topologien til den visuelle banen for 2D-rommet; (2) Usystematiske feil kan reflektere akkumulert støy fravedlikehold av minnetmens systematiske feil kan stamme fra ikke-mnemoniske prosesser som støyende sensorimotorisk transformasjon; (3) Det kan være uavhengige mekanismer som støtter romlig og tidsmessig prosessering av VSWM.

VIRKNINGER AV CISTANCHE SUPPLEMENT: FORBEDRE MINNEY

Visuospatialt arbeidsminne(VSWM) refererer til midlertidig vedlikehold og manipulering av visuospatial informasjon for å planlegge og veilede atferd. Til tross for sin sentrale rolle i kognisjon av høyere orden1, viser VSWM varierende grad av presisjon. De siste studiene har fremhevet økningen av tilbakekallingsfeil i VSWM med settstørrelse 2–4, mens effekten av plass og tid på VSWM-troskap og de underliggende nevrale mekanismene forblir uklare. Denne studien hadde som mål å undersøke variasjon i VSWM-ytelse over todimensjonale (2D) rom og tid, ved å bruke både atferdseksperimenter og nevrofysiologi-basert beregningsmodellering.

Tidligere atferdsstudier av mennesker og makaker har funnet at VSWM-ytelse under en forsinket responsoppgave varierer på tvers av romlige steder. Både systematisk feil, forskyvningen av de gjennomsnittlige responsstedene, og usystematisk feil, fluktuasjonen i svarene rundt middelplasseringen, er observert. Imidlertid er atferdsmønsteret til disse feilene inkonsekvent på tvers av studier, og de nevrale kildene til disse feilene er ukjente. Studier som bruker et oculomotorisk forsinket respons-paradigme5 i makaker viste at saccader til huskede steder viser en systematisk oppadgående skjevhet, med saccade-endepunkter systematisk forskjøvet over målet6–8. Disse studiene rapporterer også at både systematiske og usystematiske feil varierer på tvers av rommet, og at disse feilene ser ut til å øke med økende eksentrisitet6–8. I motsetning til dette, viste noen studier9 en foveal skjevhet som øker med eksentrisiteten hos mennesker, ved å bruke en oppgave som krever å gjenkalle en enkelt husket prikkposisjon via museklikk. Andre fant en kvadrantskjevhet i romlighukommelsehusker som tiltrakk seg mot midten av kvadranten hos ikke-menneskelige primater10 og mennesker11,12. Dermed forblir det nøyaktige mønsteret av VSWM-feil over 2D-rom uklart.

En hovedkilde til VSWM-variabilitet over rommet er sannsynligvis de funksjonelle topografiske begrensningene til de underliggende nevrale substratene. Et distribuert nettverk av dorsale kortikale regioner støtter VSWM-behandling13–18, hvorav de fleste viser en form for topografisk kartlegging av det visuelle rommet. Retinotopiske kart er ikoniske i den tidlige visuelle cortex, der nærliggende nevroner har mottakelige felt på tilstøtende romlige steder i det visuelle feltet19–22. Lignende implikasjoner har blitt gjort for menneskelige bakre parietale regioner, inkludert intraparietal sulcus eller lateralt intraparietal area23–26, og prefrontale regioner, inkludert presentrale sulcus eller frontale øyefelt27–31. Siden den retinotopiske organiseringen av det visuelle systemet fra netthinnen til de ekstrastriate områdene ikke er enhetlig i rommet, kan det potensielt begrense VSWM-representasjon på tvers av synsfeltene og representasjon i nedstrømsområdene.

Integrative Neuroscience Program, Institutt for psykologi, Stony Brook University, Stony Brook, NY 11794, USA.

Det er minst to egenskaper ved den retinotopiske organisasjonen som kan begrense behandlingen og representasjonen av visuospatial informasjon på tvers av rommet, inkludert variasjonen i fotoreseptorer og retinal gangliecelletetthet over netthinnen32,33 og kortikal forstørrelse av det sentrale synet34–41. VSWM-ytelser, reflektert av både gjennomsnitt og variasjon av responser, er kanskje mindre nøyaktige for perifere mål, ettersom den kortikale forstørrelsesfaktoren avtar og den mottakelige feltstørrelsen øker med økende måleksentrisiteter i den primære visuelle cortex38–41. Det er også usikkert i hvilken grad den funksjonelle arkitekturen til nedstrøms områder ytterligere kan forvrenge VSWM-representasjon på tvers av synsfeltene. Nevroner i parietale og spesielt frontale regioner har betydelige reseptive feltstørrelser (opptil 30 graders diameter), og disse høyere ordensregionene har mye grovere funksjonelle organisasjoner sammenlignet med de visuelle områdene42–46. Det er fortsatt ukjent om parietale og frontale regioner viser en faktisk romlig topografi annet enn en omtrent kontralateral hemisfærisk representasjon. For eksempel antydet en nylig studie av ikke-menneskelige primater en ikke-retinotopisk organisasjon i den dorsolaterale prefrontale cortex som grovt sett deler det visuelle-mnemoniske rommet i kvadranter10.

Figur 1. Eksperimentell oppgavedesign og stimuli. Fordeling av visuelle stimuli over rommet i eksperiment 1 (a) og eksperiment 2 (b). Stimulusplasseringer på tvers av forsøk er litt rystet rundt målene. Minnestyrt sakkadeoppgave (c) og visuelt veiledet sakkadeoppgave (d). Pilene i (c) og (d) er vist for å illustrere den minnestyrte eller visuelt guidede sakkaden, som ikke vises under selve eksperimentene.

VSWM-presisjon varierer ikke bare over plass, men endres også over tid. Tidsforløpet for systematiske og usystematiske feil i VSWM-representasjon er ikke godt karakterisert. Noen studier av ikke-menneskelige primater fant økninger i usystematiske feil med økende forsinkelsesvarighet i opptil 20 s8,47. Derimot viste andre at usystematiske feil akkumulerte innen de første 800 ms etter forsinkelsen og holdt seg stabil6. På samme måte antydet noen at de fleste systematiske feil akkumulerte i løpet av det første sekundet av forsinkelsen6,8, mens andre viste en økning i den systematiske skjevheten med forsinkelser opp til 3 s9,48–50. En av de primære kildene til VSWM-feil over tid kan være støyakkumulering overhukommelsevedlikehold. Dorsolateral prefrontal tilbakevendende mikrokretsløp genererer selvopprettholdt nevral aktivitet over arbeidhukommelseforsinkelse, potensielt opprettholdelse av mnemonisk innhold over tid15. Slik vedvarende aktivitet er preget av attraktornettverksmodeller med lokale tilbakevendende eksitasjoner og brede inhiberinger i en topografisk organisert krets51–53, som demonstrerer stokastiske drifter over forsinkelse i fravær av eksterne innganger. Drives av bump-aktivitetene er assosiert med variasjon i atferdsfeil fra prøve til prøve over en forsinkelse52.

Her undersøkte vi VSWM-representasjon på tvers av rom og tid i to eksperimenter ved systematisk å kartlegge atferdsmessige ytelsesfeil på tvers av 2D-rom og tid hos mennesker (fig. 1). I begge eksperimentene registrerte vi øyeposisjoner under en minnestyrt saccade (MGS) og en visuelt guidet saccade (VGS) oppgave. Vi sammenlignet systematiske og usystematiske feil i de primære og sekundære saccade-endepunktene på tvers av forskjellige eksentrisiteter og forskjellige lengder avhukommelseforsinkelser og utforsket potensielle interaksjoner mellom disse to parameterne. Vi forventet at både systematiske og usystematiske feil ville øke med økende visuell eksentrisitet, men bare usystematiske feil ville øke med lengre forsinkelsesintervaller. I tillegg brukte vi en ofte brukt endimensjonal (1D), kontinuerlig bump-attraksjonsmodell for å simulere i hvilken grad støyen som akkumulerte over en forsinkelse i den tilbakevendende mikrokretsen kan bidra til de observerte atferdsfeilmønstrene. Nevral dynamikk ved forskjellige eksentrisiteter ble modellert av forskjellige antall nevroner i modellen, med flere nevroner som indekserte kortikal forstørrelse ved en mindre eksentrisitet.

Figur 2. Gruppegjennomsnitt av systematiske og usystematiske feil på tvers av rom. De blå (MGS) og røde (VGS) sirkler illustrerer den gjennomsnittlige plasseringen av og variasjonen i de primære saccade-endepunktene (a) og sekundære saccade-endepunkter (b). Målplasseringer vises som skjæringspunktet mellom de heltrukne grå linjene. Sentrum av hver blå/rød sirkel representerer gjennomsnittlig saccade-endepunkt (systematiske feil) mens radius representerer saccade-endepunktvariabiliteten (usystematiske feil) snittet på tvers av forsøkspersoner ved hvert målsted for eksperiment 1. Alle datafigurene i manuskriptet ble generert i MATLAB54 .

Resultater

Eksperiment 1.

Sakkade-endepunktsskjevhet og variabilitet. Eksperimentelle oppgaver og visuelle stimuli er vist i fig. 1. For å visualisere de overordnede mønstrene av systematiske og usystematiske feil i MGS i forhold til VGS, viste vi gjennomsnittlig variasjon og gjennomsnittlige endepunkter for primær (fig. 2a) og sekundær (fig. 2a) 2b) sakkader for hvert målsted. En systematisk innover/foveal og vinkelskjevhet på tvers av rommet var tydelig i MGS (Fig. 2; Supplerende Fig. S1-S2). Sammenlignet med visuelt veiledede svar,hukommelse-guidede sakkader var mindre nøyaktige (t(9)=4.30, p=.002) og viste større variabilitet (t(9)=7.95, p<.001) in="" endpoint="" positions.="" as="" expected,="" the="" secondary="" saccades="" were="" more="" accurate="" (t(9)="3.47," p=".007)" and="" less="" variable="" (t(9)="13.50,"><.001) relative="" to="" the="" primary="" saccades,="" refecting="" response="" correction.="" figure="" 3="" shows="" the="" saccade="" endpoint="" distribution="" across="" eccentricities="" and="" delays="" of="" one="" typical="">

Effekt av måleksentrisitet på VSWM-feil. Gjentatte målinger ANOVA undersøkte effektene innen-subjektet av eksentrisitet (3, 8, vs. 13 grader av visuell vinkel) og oppgave (MGS vs. VGS) (tabell 1A; Fig. 4, øverste rad). Vi observerte signifikante hovedeffekter av eksentrisitet og oppgavetype for både systematiske og usystematiske feil ved de primære og sekundære saccade-endepunktene. Samspillet mellom oppgave og eksentrisitet var imidlertid kun statistisk signifikant for de usystematiske feilene (fig. 4c, d). Ytterligere analyser avslørte at de usystematiske feilene økte betydelig med økende eksentrisitet lineært (primære sakkader, t=6.56, s.<.001; secondary="" saccades,="" t="10.22,"><.001) and="" quadratically="" (primary="" saccades,="" t="−" 4.41,="" p=".003;" secondary="" saccades,="" t="−" 2.58,="" p=".059)" in="" the="" mgs,="" but="" only="" linearly="" (primary="" saccades,="" t="9.98,"><.001; secondary="" saccades,="" t="13.29,"><.001) in="" the="" vgs.="" interaction="" contrast="" analyses="" further="" confirmed="" a="" stronger="" linear="" (primary="" saccades,="" p="">.5; sekundære sakkader, t(9)=6.54, s<.001) and="" quadratic="" trend="" (primary="" saccades,="" t(9)="−" 3.46,="" p=".014;" secondary="" saccades,="" p="">.1) in the MGS than the VGS for the unsystematic errors. The quadratic effect came from the smaller increase in response error from the eccentricity of 8° to 13° than from 3° to 8°. Both tasks showed similar linear trends of eccentricity for the systematic errors (p's>.7; data vises ikke). I sum viste saccade-endepunktfeil under MGS økninger i skjevhet og variabilitet med økende eksentrisitet, med MGS-variabilitetsmønsteret både kvantitativt og kvalitativt forskjellig fra mønsteret til VGS.

Tabell 1. Gjentatte målinger av variansanalyser på VSWM-feil i eksperiment 1. "a" indikerer p-verdi korrigert med Greenhouse-Geisser-metoden på grunn av brudd på sfærisitet.

Figur 4. Saccade-endepunktfeil på tvers av oppgaver, eksentrisiteter og forsinkelser i eksperiment 1. Den øverste raden viser feil i MGS (svart) og VGS (lysegrå) på tvers av forskjellige måleksentrisiteter. Den nederste raden viser feil i MGS på tvers av forskjellige forsinkelsesintervaller for hver måleksentrisitet (3 grader, lysegrå; 8 grader, grå; 13 grader, svart). Både systematiske og usystematiske feil økte med økende eksentrisitet, med en større lineær og kvadratisk økning i MGS enn i VGS for de usystematiske feilene. Usystematiske feil i MGS akkumulerte fra 1.5-s til 3-s forsinkelsesintervaller betydelig for de primære og sekundære sakkadene i et lignende mønster på tvers av eksentrisiteter.

Effekt av forsinkelse på VSWM-feil på tvers av eksentrisitet. For å undersøke hvordan VSWM-feil varierte på tvers av forsinkelsesvarighetene ved de forskjellige eksentrisitetene, utførte vi en toveis ANOVA med gjentatte målinger med eksentrisitet (3, 8, vs. 13 grader av synsvinkel) og forsinkelse (1,5, 2 vs. 3 s). som innen-fagsfaktorer. Vi fant en signifikant hovedeffekt av forsinkelse i usystematiske feil, men ikke systematiske feil (tabell 1B; fig. 4, nederste rad). Spesifikt økte usystematiske feil under MGS med forsinkelsesvarighetene lineært for både de primære og sekundære sakkadene (henholdsvis: t(9)=4.82, p=.002; t(9){{18 }}.36, s<.001), showing="" significant="" increases="" from="" the="" 1.5-s="" to="" 3-s="" delay="" conditions="" (primary="" saccades,="" t(9)="4.82," p=".003;" secondary="" saccades,="" t(9)="7.36,"><.001) and="" from="" the="" 2-s="" to="" 3-s="" delay="" conditions="" (primary="" saccades,="" t(9)="3.17," p=".034;" secondary="" saccades,="" t(9)="6.13,"><>

Imidlertid var det ingen signifikante interaksjoner mellom eksentrisitet og forsinkelse i MGS, bortsett fra de systematiske feilene i de sekundære sakkadene (fig. 4f). Interaksjonseffekten var relatert til en lineær reduksjon av systematiske feil med økende forsinkelse ved den største eksentrisiteten (13 graders visuell vinkel) i motsetning til en lineær økning ved midten av eksentrisiteten (8 grader av visuell vinkel) (linearitetskontrast: t(9) )=− 3,53, p=.039), selv om begge lineære trender ikke var statistisk signifikante (8 grader av synsvinkel: t=1.64, p=. 27; 13 graders synsvinkel: t=− 2.10, p=.13). Forsinkelsen ved eksentrisitetsinteraksjon nærmet seg betydning for de usystematiske feilene i de sekundære sakkadene.

EFFEKTER AV CISTANCHE-SUPPLEMENT: FORBEDRE MINNE

Eksperiment 2.

I eksperiment 2 hadde vi som mål å gjenskape resultatene fra eksperiment 1 og videre undersøke effekten av retensjonsvarighet på VSWM-ytelse. Vi undersøkte derfor svarfeil over et bredere spekter av forsinkelsesintervaller (0,5, 1, 1,5, 2, 3, 4 og 5 s). Igjen avslørte ANOVA-er med gjentatte mål (tabell 2A; Fig. 5, øverste rad) signifikante hovedeffekter av oppgavetype og eksentrisitet for alle typer feil og en signifikant interaksjon mellom oppgave og eksentrisitet for de usystematiske feilene i de sekundære sakkadene. Under MGS økte de usystematiske feilene i de sekundære sakkadene med økende eksentrisitet både lineært (t(8)=15.23, p.<.001) and="" quadratically="" (t(8)="−3.98," p=".008);" such="" linear="" and="" the="" quadratic="" increase="" was="" significantly="" greater="" in="" the="" mgs="" than="" the="" vgs="" (linear="" contrast:="" t(8)="7.36,"><.001; quadratic="" contrast:="" t(8)="−3.10," p=".030)." other="" types="" of="" errors="" only="" linearly="" increased="" with="" increasing="" eccentricity=""><.003, data="" not="" shown)="" without="" significant="" quadratic="" trends="" (p's="">.10, data ikke vist).

Effektene av forsinkelse på VSWM-ytelse (tabell 2B; Fig. 5, nederste rad) var lik de som ble rapportert i eksperiment 1. Hovedeffekten av forsinkelse på de usystematiske feilene var statistisk signifikant for de sekundære saccadene og nærmer seg signifikans for de primære saccadene men viste ikke signifikante interaksjoner med eksentrisitet. Post-hoc sammenligninger avdekket betydelige forskjeller i de usystematiske feilene mellom 4-s og 0.5-s forsinkelse (t(8)=6.08, s{{10 }}.006) og mellom 4-s og 1.5-s forsinkelse (t(8)=4.90, p=.025) for de sekundære sakkadene . Det var ingen signifikante effekter av forsinkelse eller forsinkelse ved eksentrisitetsinteraksjoner på de systematiske feilene.

Figur 5. Sakkade-endepunktfeil på tvers av oppgaver, eksentrisiteter og forsinkelser i eksperiment 2. Se notasjoner i fig. 4. Systematiske og usystematiske feil økte med økende eksentrisitet, med en større lineær og kvadratisk økning i de usystematiske feilene i MGS enn VGS . Usystematiske feil i MGS akkumulerte fra 0.5-s til 5-s forsinkelsesintervaller betydelig for de sekundære saccadene og var trendende betydning for de primære saccadene i et lignende mønster på tvers av eksentrisiteter.

Vi utførte ytterligere analyser for å studere effektene av forsinkelse og eksentrisitet på minnestyrte sakkader. Først samlet vi et replikeringsdatasett for eksperiment 2 fra seks tidligere forsøkspersoner for å undersøke om ytelsen stabiliserte seg etter omfattende praksis. ANOVAer med gjentatte mål avslørte lignende effekter av eksentrisitet og forsinkelse i dette replikeringsdatasettet (tilleggsfig. S3; tabell S1) som de som ble observert i eksperiment 1 og i det første datasettet i eksperiment 2. Spesielt økte usystematiske feil signifikant og lineært med lengre forsinkelse varigheter for både den primære (t(30)=4.20, p=.001) og den sekundære (t(30)=5.62, p<.001) saccades="" as="" in="" experiment="">

For det andre utførte vi analyser på individnivå ved å regrediere begge typer MGS-feil på eksentrisitet, forsinkelsesvarighet og deres produkt for hver av de ni deltakerne (tilleggsbilde S4; Tabell S2). Eksentrisitetskoeffisienten for den systematiske feilen var signifikant større enn null i de primære og sekundære sakkadene til to fag, selv om den var større enn null for de usystematiske feilene i seks fags primære sakkader og åtte fags sekundære sakkader. De 95 prosent konfidensintervallene (CI) for forsinkelse inkluderte ikke null for de usystematiske feilene, bortsett fra for ett individs primære saccader og tre fags sekundære saccader. Alle 95 prosent KI av forsinkelse for de systematiske feilene og de fleste 95 prosent KI av produktet av eksentrisitet og forsinkelse inkluderte ikke null. Disse individuelle resultatene bekreftet gruppeanalysen: i MGS økte usystematiske feil med større eksentrisiteter og lengre forsinkelsesvarigheter, selv om effekten av forsinkelse var svakere enn eksentrisitet.

Til sammen, i eksperiment 2, viste saccade-endepunktfeil i MGS også en større økning i variabilitet med økende eksentrisitet (3 til 13 grader av synsvinkel) og forsinkelsesvarighet (0.5 til 5 s) enn i VGS, og de to faktorene ser ut til å virke uavhengig av hverandre. Derimot varierte ikke den systematiske skjevheten på tvers av forsinkelsesvarighetene og økte på tvers av eksentrisiteter på samme måte i MGS og VGS.

Det simulerte resultatet for VSWM på tvers av rom og tid.

Til slutt undersøkte vi de potensielle nevrofysiologiske kildene til forsinkelser og eksentrisitetseffekter på VSWM-feil. Ved å bruke en 1D-modell med kontinuerlig bump-attraksjon52, simulerte vi gjennomsnittet og variasjonen til MGS-endepunktene over syv forsinkelser (0,5 til 5 s) og tre eksentrisiteter (3 til 13 graders synsvinkel) som brukt i eksperiment 2 Antall nevrale enheter i modellen indekserte kortikal forstørrelse over synsfeltet (3 grader, 933 nevroner; 8 grader, 402 nevroner; 13 grader, 256 nevroner), basert på den kortikale forstørrelsesfaktoren estimert i en human retinotopisk kartleggingsstudie55. Vi simulerte 10,000 forsøk for hver kombinasjon av forsinkelse og eksentrisitet (tilleggsbilde S5). Som forventet fra forrige modellering51, mens de simulerte systematiske feilene ikke viste betydelig variasjon over eksentrisitet eller forsinkelse, viste de simulerte usystematiske feilene betydelige økninger på tvers av både eksentrisitet og forsinkelse. I sum replikerte de simulerte dataene hovedeffektene av forsinkelse, men klarte ikke å fange opp de systematiske feilmønstrene og de uavhengige effektene av eksentrisitet og forsinkelse på MGS, som vist i atferdsdataene.

EFFEKTER AV CISTANCHE-SUPPLEMENT: FORBEDRE MINNE

Diskusjon

I denne studien undersøkte vi hvordan VSWM-representasjon varierer over 2D-rom og tid. Våre atferdsdata viste at både systematiske og usystematiske feil ved minnestyrte sakkader økte med eksentrisiteter. Det var imidlertid bare usystematiske feil som viste et kvalitativt forskjellig mønster fra visuelt guidede sakkader. Disse funnene følger den kortikale forstørrelsesmodellen, noe som indikerer at de retinotopiske organisasjonene til den visuelle banen kan begrense VSWM-representasjoner. Det er også tydelig at usystematiske feil ved minnestyrte saccader økte med retensjonsintervallet i opptil 5 s, selv om effekten så ut til å være mindre robust og mer variabel på tvers av fag enn effekten av eksentrisitet. Vi postulerer at usystematiske feil er assosiert med akkumulert nevronal støy i minnevedlikehold i samsvar med nevrofysiologiske modeller, mens systematiske feil kan stamme fra ikke-minnebaserte prosesser som sensorimotorisk transformasjon. Mangelen på eksentrisitet ved forsinkelsesinteraksjon i MGS antyder videre uavhengige mekanismer som ligger til grunn for romlig og tidsmessig prosessering av VSWM.

Eksperimentene våre viste konsekvent økte systematiske og usystematiske feil i minnestyrte sakkader med økende måleksentrisitet. Disse funnene bekrefter tett med tidligere studier som rapporterer større responsfeil med større måleksentrisitet hos makaker som bruker en lignende MGS-oppgave7 og hos mennesker som bruker en oppgave som krever manuelt kontrollerte museklikk for å lokalisere mål i rommet9. Ved å utvide tidligere forskning viser vi videre at variasjonen av minnestyrte responser på tvers av eksentrisitet var hinsides en kvantitativ forskjell fra visuelt veiledede responser. Spesielt økte usystematiske feil i MGS lineært og kvadratisk med økende eksentrisitet sammenlignet med en mindre lineær økning i feil i VGS. Disse funnene tyder på at VSWM-representasjoner ikke er homogene på tvers av 2D-rommet og er ikke-lineære på tvers av eksentrisiteter. VSWM-representasjoner kan ha en skarpere overgang fra fovea (<~3°) to="" parafovea=""><~5°) and="" demonstrate="" similar="" properties="" beyond="" parafovea="" (="">~5 grader )32,33,56.

En mulig nevral mekanisme som ligger til grunn for den romlige heterogeniteten til VSWM-feil er strukturen til funksjonell topografisk kartlegging av rom i det visuelle systemet. Retinotopiske egenskaper til den dorsale visuelle banen, for eksempel kortikal forstørrelse, kan begrense VSWM-representasjoner over synsfeltet på samme måte som å begrense visuelle perseptuelle og oppmerksomhetsytelser over hele rommet36,39,57–59. Interessant nok har tidligere studier av visuelt korttidsminne vist en reduksjon i visuell arbeidsminnekapasitet for bokstaver med økende eksentrisitet fra 4 grader til 10 graders synsvinkel, og effekten ble delvis dempet etter reskalering av stimulus i samsvar med kortikale forstørrelse. faktor 60. Våre funn av en ikke-lineær økning i usystematiske feil på tvers av eksentrisitet utvider den kortikale forstørrelseshypotesen ytterligere til VSWM for romlige steder. Som vist i tidligere studier av perseptuell skarphet39, er den kortikale forstørrelsesfaktoren også en ikke-lineær funksjon av eksentrisitet, som viser en gradvis langsommere nedgang fra eksentrisiteten på 1,5 grader til 12 graders synsvinkel. De større VSWM-feilene for perifere mål kan stamme fra romlig heterogenitet av perseptuell prosessering i tidlige visuelle regioner. Alternativt kan det stamme fra en ujevn mnemonisk representasjon på tvers av rommet i de visuelle områdene på lavere nivå16,17 og i de bakre parietale og frontale områdene på høyere nivå med ytterligere forvrengning i deres retinotopiske organisasjon10,44. I tillegg kan kortikal forstørrelse av de tidlige visuelle områdene begrense både perseptuell koding og mnemonisk vedlikehold av romlig informasjon i det perifere synsfeltet. Hvordan nøyaktig kan kortikal forstørrelse påvirke VSWM-presisjon over hele rommet? Det er minst to mekanismer, inkludert en redusert kortikal forstørrelsesfaktor og økt mottakelig feltstørrelse når måleksentrisiteten øker38,40,41,61,62. Siden celletettheten i den sentrale visuelle representasjonen av V1 er omtrent den samme63 som eller enda høyere64 enn den i den perifere representasjonen, betyr reduksjoner i kortikal forstørrelsesfaktor med eksentrisitet flere nevroner dedikert til foveal behandling.

Som illustrert i de tidligere modelleringsstudiene51 og i simuleringsdataene våre (Supplerende Fig. S5), ville et mindre antall nevroner i en lokal VSWM-mikrokrets øke den stokastiske driften i populasjonsaktiviteten og dermed øke variansen til nettverksutgangen. Det er mulig at den større usystematiske feilen med økende eksentrisitet i MGS-dataene våre er den atferdsmessige manifestasjonen av den kortikale forstørrelsesfaktoren og variasjonen i tilbakevendende nettverksaktivitet over kortikalt rom. I tillegg kan større mottakelig feltstørrelse også redusere kvaliteten på VSWM-representasjon i periferien, ettersom en bred romlig innstilling kan redusere presisjonen av både koding og vedlikehold av VSWM. Fremtidige studier kan videre undersøke hvordan størrelsen på minnefeltet i bump attractor-nettverket påvirker VSWM-feil ved systematisk å variere strukturen og styrken til den eksitatoriske og hemmende synaptiske overføringen. Den andre viktige observasjonen er det forskjellige tidsforløpet for systematiske og usystematiske feil over forsinkelsen. Vi fant en akkumulering av usystematiske feil i minnestyrte sakkader ettersom forsinkelsesperioden forlenget i opptil 5 s, mens en mer tilfeldig fordelt systematisk feil over tid. Det stemmer overens med mange tidligere studier av arbeidsminne, og viser at jo lengre retensjonsintervallet er, desto større er variasjonen i minnegjenkalling for farge65,66, orientering48,66,67, ansiktsstimuli66 og romlig plassering8,47. I motsetning til dette varierer ikke den gjennomsnittlige gjenkallingsfeilen for romlige mål nevneverdig med forsinkelsesvarigheten6,8,47.

Spesielt har resultatene våre replikert og utvidet den romlige arbeidsminnestudien av White og kollegaer8, som brukte et lignende MGS-paradigme hos makakaper. Sammenlignet med mønstre av usystematiske feil på tvers av 2D-rommet, syntes imidlertid forsinkelsesrelaterte feilmønstre å vise større individuelle forskjeller og virket uavhengige av eksentrisitet. Ikke desto mindre var effekten av forsinkelsen stabil over flere økter og reprodusert i replikeringsdatasettet (Supplerende Fig. S3). Hva er det nevrale underlaget til den degraderte minnepresisjonen over tid, som reflektert av den økte gjenkallingsvariabiliteten med lengre forsinkelsesvarigheter? Representasjonen av VSWM-innhold eller mål er assosiert med vedvarende nevral aktivitet observert i distribuerte kortikale og subkortikale regioner under hukommelsesforsinkelsen15, og variasjon av vedvarende nevral aktivitet under forsinkelsen kan ligge til grunn for atferdsresponsvariasjonen i individuelle studier5,52,68,69. Denne nevrale variabiliteten akkumuleres gradvis over tid, assosiert med degradering av minnerepresentasjon med økt retensjonsintervall52. Som modellert av tidligere studier51 og den nåværende studien (Supplerende Fig. S5), i en bump-attraksjonsmodell, øker den tilfeldige driften av populasjonens nevrale aktivitet over tid i fravær av eksterne sensoriske input, noe som øker usystematiske, ikke systematiske feil med lengre forsinkelse varigheter. Utover de lokale tilbakevendende mikrokretsmekanismene, kan andre nevrale mekanismer, som kortsiktig synaptisk plastisitet70–72, også forklare endringer i minnepresisjon over forsinkelsen. Mens usystematiske feil kan stamme fra minnerelaterte prosesser, virker systematiske feil mindre avhengige av minnevedlikehold. Her fant vi at systematiske feil ikke akkumulerte over forsinkelsesintervallene i våre atferdsfunn og beregningssimulering. Dessuten har systematiske feil vist seg å variere med lysstyrken til rommet8, innledende hode- og øyeposisjoner6 og post-sakkadisk tilbakemelding7. Systematiske feil kan derfor stole på en ikke-minnebasert mekanisme, for eksempel en støyende sensorimotorisk transformasjonsprosess som unøyaktig oversetter retinotopiske signaler til de motoriske kommandoene6. Spesielt viste en studie73 at utladningsaktivitetene til de collicular saccade-relaterte burst-nevronene er like i en nøyaktig visuelt guidet saccade og en unøyaktig minne-guidet saccade, noe som indikerer at systematiske feil kan oppstå fra tillegg eller utelatelse av signaler som er nedstrøms fra superior colliculus.

Disse signalene kan forholde seg til kinematiske begrensninger på sakkadegenerering74, for eksempel en kompensasjon for presakkadisk orbitalposisjon, men den nøyaktige rollen til slike signaler i å generere systematiske feil i minnestyrte responser er fortsatt uklar. Likevel kunne vi ikke utelukke at systematiske feil stammer fra andre kortikale regioner involvert i romlig prosessering og sensorimotorisk transformasjon som FEF75 og IPS76,77. For eksempel har FEF vist seg å demonstrere en kvadrantvis nevral organisasjon, muligens relatert til en systematisk skjevhet av minneresponser mot midten av kvadranten10. Selv om hovedfunnene våre støtter en minnebasert teori om usystematiske feil og en ikke-minnebasert teori om systematiske feil, er det viktig å merke seg andre muligheter. Sensorimotoriske transformasjoner kan også spille en rolle i akkumuleringen av responsvariabilitet overtid under den tidlige forsinkelsen6 eller gjennom forsinkelsesperioden75.

CISTANCHE EKSTRAKT: FORBEDRE MINNE

Det er også ukjent om systematiske feil kan relateres til minnevedlikehold i enkelte situasjoner. Systematiske feil kan øke betydelig etter 5 s, det lengste forsinkelsesintervallet vi brukte. Dessuten har det blitt vist at gjennomsnittlige tilbakekallingsfeil for orientering48,49 eller farge50 økte over minneforsinkelser når flere elementer ble presentert og når elementene ble aktivt opprettholdt i minnet50. Flere studier er nødvendig for å undersøke hvor, når og hvordan systematiske og usystematiske feil oppstår. Romlige arbeidsminneparadigmer som ikke er avhengige av sensorimotorisk transformasjon, for eksempel en forsinket match-til-prøve-oppgave78, kan være et godt alternativ for å teste avhengigheten av atferdsfeil på vedlikehold av minne. Å undersøke systematiske og usystematiske feil ved VSWM i kliniske modeller som Parkinsons sykdom79 og schizofreni80 kan også fremme forståelsen av arten av atferdsfeilene og kan potensielt bidra til å utvikle atferdsmarkører for å hjelpe diagnostiseringen av disse lidelsene. Et annet spennende funn i denne studien er forskjellen mellom primære og sekundære saccader. Samlet sett viste sekundære saccader en mer robust oppgave ved eksentrisitetsinteraksjon og effekt av forsinkelse sammenlignet med primære saccader. Det er mulig at primære og sekundære saccader reflekterer forskjellige komponenter i VSWM. Primære sakkader kan være tettere knyttet til en innledende motorplan, mens korrigerende sakkader kan reflektere nærmere kvaliteten på VSWM-representasjonen81–83.

Som sådan kan feil i de primære minnestyrte sakkadene involvere motoriske feil som ikke er differensierbare fra de visuelt guidede responsene, noe som forklarer den svakere interaksjonen mellom oppgave og eksentrisitet. Konsekvent kan en mindre forsinkelseseffekt på de primære saccadene indikere konstante motoriske feil på tvers av forsinkelser. Til slutt fant vi liten eller ingen interaksjon mellom eksentrisitet og forsinkelse, noe som tyder på at den romlige og tidsmessige behandlingen av VSWM kan være stort sett uavhengig. Det er mulig at VSWM-vedlikehold over tid er relatert til lokal nevral dynamikk, for eksempel den stokastiske driften av den nevrale aktiviteten simulert av bump-attraksjonsmodellen. I motsetning til dette er VSWM-representasjon på tvers av rommet sannsynligvis begrenset av en mer global nevral mekanisme, slik som langdistanse, topografisk kartlegging innenfor og på tvers av kortikale regioner. En slik kontrast mellom de lokale og globale mekanismene kan forklare invariansen til systematiske feil på tvers av forsinkelser og eksentrisitet ved forsinkelsesinteraksjoner i de simulerte dataene (Supplerende Fig. S5) siden modellen bare fanger lokal nevral dynamikk, men ikke endringer i interregional og intra- regional topografi. Fremtidige modeller bør inkludere både lokale og globale mekanismer for å simulere romlig heterogenitet i VSWM-behandling.

For eksempel vil det å bygge en todimensjonal VSWM-modell som inkorporerer den intraregionale (ikke-) topografiske organisasjonen langs den dorsal visuelle banen målt ved fMRI22 eller elektrofysiologi10 være avgjørende for å forstå VSWM-behandling på tvers av rommet. Dessuten kan storskala kretsmodeller integreres ytterligere med topografiske faktorer, slik som interregionale topografiske forbindelser84 og kortiko-kortikal prøvetaking85, for å fange romlig prosessering i VSWM bedre. Oppsummert viser denne studien hvordan saccade-endepunktfeil varierer over todimensjonalt rom og tid ved å bruke en oculomotorisk forsinket responsoppgave hos mennesker. Vi observerte forskjellige tidsforløp med systematiske og usystematiske feil over retensjonsintervallet, hvor de systematiske feilene svingte tilfeldig, mens de usystematiske feilene så ut til å akkumulere i opptil 5 s. Vi foreslår at usystematiske feil, ikke systematiske feil, reflekterer mer på minnerelaterte prosesser. Vi fant også en økning i systematiske og usystematiske feil med økende måleksentrisitet. Interaksjonen mellom eksentrisitet og oppgave var signifikant for usystematiske feil, noe som indikerer en potensiell begrensning av den retinotopiske organisasjonen på VSWM-representasjon. Til slutt antyder mangelen på interaksjon mellom eksentrisitet og forsinkelse potensielt distinkte mekanismer for VSWM-behandling på tvers av rom og over tid.