Какие объекты можно отнести к внутренней информации рабочей памяти записной книжки мозга

Обновлено: 21.11.2024

Формирование новых воспоминаний — невероятно сложный и увлекательный процесс. Поймите, как информация преобразуется в память с психологической точки зрения.

Память служит людям многими сложными способами. Это позволяет нам обрабатывать нашу среду. Улучшить поведение. Дайте контекст нашей жизни. Исследования этого психологического феномена показывают, что память возникает поэтапно, что дает нам ценную информацию о внутренней работе мозга.

Феномен памяти

Брайан Беккер, доцент нейропсихологии Университета Лесли, определяет память как "процесс, в ходе которого разум интерпретирует, сохраняет и извлекает информацию". Когда вы получаете информацию из окружающего мира, объясняет Беккер, этот материал сохраняется в мозгу как мысленное представление и может быть извлечен для использования в будущем. Ряд факторов влияет на то, как мозг извлекает воспоминания — если вообще вспоминает.

Этапы создания памяти

В мозгу есть три типа процессов памяти: сенсорный регистр, кратковременная память и долговременная память.

Сенсорный регистр

В процессе сенсорного регистра мозг получает информацию из окружающей среды. Эта активность короткая, длится не более нескольких секунд. Во время сенсорного регистра мозг пассивно собирает информацию с помощью визуальных и слуховых сигналов, известных соответственно как «иконическая» и «эхоическая» память.

Беккер приводит примеры экрана компьютера и разговора, чтобы проиллюстрировать, как распознавать сенсорный регистр. Когда вы смотрите на экран компьютера, а затем отводите взгляд, но все еще можете видеть изображение на экране, это иконическое воспоминание в игре. Точно так же, когда вы разговариваете с другими и просите их повторить только для того, чтобы через мгновение понять, что они сказали, это демонстрирует эхоическую память.

В процессе создания памяти внимание считается промежуточным этапом между сенсорным регистром и кратковременной памятью. Формирование кратковременной памяти может начаться с направления вашего внимания на информацию, полученную через сенсорный регистр.

Кратковременная память

По словам Беккера, кратковременная память состоит из двух частей: традиционно называемой «кратковременной памятью» и «рабочей памятью». Кратковременная память — это когда мозг временно хранит информацию, чтобы ее можно было повторить, например, запомнить номер телефона, который вы видите по телевизору. Под рабочей памятью понимается хранение мозгом информации с целью манипулирования ею, например запоминания набора чисел во время решения математической задачи.

Когда психологи говорят об улучшении памяти, они чаще всего сосредотачиваются на рабочей памяти, потому что вы лучше всего ее контролируете и можете активно улучшать ее.

Долговременная память

Многие думают о долговременной памяти как о постоянном «банке» в мозгу. Как только воспоминание попадает туда, ум сохраняет его полностью и на неопределенный срок. На самом деле это не так. Хотя процесс долговременной памяти позволяет информации оставаться в мозгу в течение длительного периода, ничто в мозге не избегает риска. Информация, хранящаяся в долговременной памяти, может оставаться в мозгу непродолжительное время (день, неделя) или сохраняться всю жизнь.

Когда формируются долговременные воспоминания, гиппокамп извлекает информацию из рабочей памяти и начинает изменять физическую нейронную проводку мозга. Эти новые связи между нейронами и синапсами сохраняются до тех пор, пока они используются. Психологи делят долговременную память на два типа длины: недавнюю и отдаленную.

Долговременная память также может быть описана природой самих воспоминаний, согласно The Guardian:

Вербальная и невербальная рабочая память — две из семи ваших исполнительных функций. Они также являются важными батареями, питающими то, что доктор Рассел Баркли называет GPS-системой вашего мозга — той, которая держит вас на правильном пути, вовремя и под контролем. Здесь вы узнаете, почему у людей с СДВГ так часто возникают проблемы в этих областях, и что вы можете сделать, чтобы облегчить свою когнитивную нагрузку.

Проверено Обновлено 18 марта 2021 г.

Сегодня многие эксперты утверждают, что синдром дефицита внимания/гиперактивности по своей сути не является проблемой внимания, а скорее проблемой саморегуляции, усугубляемой слабой рабочей памятью.

Наш мозг состоит из двух систем: автоматической и исполнительной. Автоматическая система управляет от 80 до 90% нашей деятельности каждый день; исполнительная система управляет оставшимися 10–20% и требует целенаправленных регулирующих усилий.Как известно многим с СДВГ, эта система исполнительного функционирования может быть утомительной; это требует частых умственных пауз и непрерывной саморегуляции.

Исполнительная функция утомительна отчасти потому, что включает в себя семь различных видов деятельности мозга, две из которых — вербальная рабочая память и невербальная рабочая память (которая зависит от зрительной и пространственной проницательности). Оба типа рабочей памяти влияют на количество усилий и тип действий, необходимых для изменения того, что наш мозг будет делать автоматически. Чем сильнее ваша рабочая память, тем меньше работы приходится выполнять вашему мозгу при выполнении каждой новой задачи.

По словам доктора Рассела Баркли, автора и клинического профессора психиатрии Медицинского центра Университета Содружества Вирджинии, важность рабочей памяти возрастает в рамках исследования СДВГ. Он называет рабочую память GPS вашего мозга — важной системой, которая направляет и направляет действия и которая обычно слаба у людей с СДВГ. Доктор Баркли подробно объяснил эту теорию GPS в совместной презентации с тренером по СДВГ Джеффом Коппером во время подкаста Attention Talk Radio в начале этого года. Во время своего выступления Баркли и Коппер поделились стратегиями разгрузки оперативной памяти в мозгу людей с СДВГ.

Как рабочая память влияет на исполнительную функцию

Подобно тому, как GPS загружается для нового путешествия, мозг начинает любую новую задачу, обращаясь к своим картам — этим сенсорным изображениям, зарегистрированным и сохраненным в невербальной рабочей памяти, говорит Баркли. Затем он настраивается на свои инструкции, словесные команды и «внутренний голос», хранящиеся в вербальной рабочей памяти. Зрительные образы невербальной рабочей памяти помогают мозгу действовать, а вербальная рабочая память становится его системой управления.

Когда мозг эффективно хранит и синтезирует оба типа рабочей памяти, он начинает работать во многом подобно Waze или Google Maps, определяя релевантность новой информации по мере ее поступления и изменяя план в режиме реального времени, чтобы доставить нас к нашей цели. пункт назначения лучше или быстрее. Он становится более мощным инструментом саморегуляции, постановки целей и преодоления препятствий на нашем пути. Но для уже перегруженного мозга вся эта рабочая память может оказаться сложной задачей. Из-за этого Баркли предлагает стратегию, называемую «экстернализацией», которая выводит информацию из мозга во внешнюю среду путем преобразования как сенсорной, так и вербальной рабочей памяти в физическое проявление. Это помогает мозгу меньше перегружаться.

Ниже Баркли и Коппер предлагают пять стратегий для укрепления вашей рабочей памяти и извлечения информации, чтобы ваш мозг мог эффективно планировать и координировать задачи, не затрачивая дополнительных усилий.

Цифровой формат — не всегда лучшее решение.

Чтобы уменьшить нагрузку на оперативную память, начните с простого записи ручкой и бумагой. Да, ваш телефон часто находится поблизости, но использование технологий для всех таких задач памяти «… во многих отношениях ошибочно для СДВГ», — говорит Баркли. Смартфоны, планшеты и смарт-часы, которые могут быть утеряны, разряжены и не синхронизированы, могут привести к большему стрессу, чем к снятию. Вместо этого Баркли говорит: «Давайте перейдем к низким технологиям. Вернемся к бумаге и карандашу». Используйте совместимый с СДВГ ноутбук в качестве внешнего устройства хранения рабочей памяти. Используйте образы, а не только язык; составлять списки дел; соблюдайте график; ставьте цели, но делайте это на бумаге.

Используя технологии, делайте это с умом.

Например, Коппер предлагает сфотографировать одежду, которую вы приготовили для предстоящей поездки, чтобы вы могли быстро вспомнить ее из своей разгруженной внешней рабочей памяти (теперь в виде фотографии) и сбалансировать другие приоритеты. во время поездки.

Составьте карту

Возвращаясь к метафоре GPS, Баркли предлагает создать рабочую (или ментальную) карту. Это хорошо работает для тех, кто добивается лучших результатов с помощью визуальных подсказок, особенно при работе над более длинными письменными проектами или отчетами. Создание изображения чего-либо может быть проще и быстрее для извлечения, потому что его можно мгновенно представить. Например, стикеры могут стать отличными низкотехнологичными системами, потому что их можно перемещать по мере того, как мы обдумываем задание, что позволяет быстро классифицировать, планировать, детализировать и переупорядочивать, не затрачивая больше умственной энергии. Иногда картинка действительно стоит тысячи слов.

Упростите свое рабочее пространство.

Когда дело доходит до контроля над отвлекаемостью и импульсивностью, рабочая память часто оказывается хрупкой. Баркли рекомендует ограничивать свое рабочее пространство только тем, что связано с текущим проектом. Он даже предполагает, что некоторым студентам и специалистам выгодно использовать два компьютера — один с играми, социальными сетями и Интернетом, а другой урезанный и предназначенный только для работы. Программное приложение, которое блокирует просмотр, — это еще одна тактика, которая может ограничить отвлекающие факторы в Интернете и поддерживать проекты — и рабочую память — в нужном русле.

Уделите время тому, чтобы узнать, что подходит именно вам.

Мы не можем все использовать одни и те же системы и ожидать мощных, индивидуальных результатов — один размер не подходит для всех. По словам Баркли, исследования показывают, что у среднего мозга с СДВГ вербальная рабочая память в два раза сильнее зрительной. Однако для некоторых это не так. Художники, архитекторы и другие люди, склонные к зрению, обычно считают, что все наоборот. (Некоторые даже обнаруживают, что их тактильные, слуховые и обонятельные чувства можно использовать для облегчения нагрузки на рабочую память.)

1 Адрес для корреспонденции: Нельсон Коуэн, кафедра психологических наук, Университет Миссури, Колумбия, 18 Макалестер Холл, Колумбия, Миссури 65211, тел. 573-882-4232; Факс 573-882-7710, ude.iruossim@NnawoC

Аннотация

Емкость рабочей памяти важна, потому что когнитивные задачи могут быть выполнены только при наличии достаточной способности удерживать информацию по мере ее обработки. Способность повторять информацию зависит от требований задачи, но ее можно отличить от более постоянного, основного механизма: центрального хранилища памяти, ограниченного 3–5 значимыми элементами у молодых людей. Я расскажу, почему этот центральный предел важен, как его можно наблюдать, как он различается у разных людей и почему он может возникать.

Ключевые слова: ограничения объема оперативной памяти, ограничения объема центрального хранилища, фрагментация, группировка, емкость ядра

Возможно, это не совсем волшебство, но это загадка. Существуют строгие ограничения на то, сколько можно удерживать в памяти одновременно (~3–5 пунктов). Когда, как и почему происходит ограничение?

В известной статье, с юмором описывающей «магическое число семь плюс-минус два», Миллер (1956) утверждал, что его преследует целое число. Он продемонстрировал, что можно повторить список, состоящий не более чем из семи случайно упорядоченных значимых элементов или фрагментов (которые могут быть буквами, цифрами или словами). Однако другие исследования дали другие результаты. Молодые люди могут вспомнить только 3 или 4 более длинных словесных фрагмента, таких как идиомы или короткие предложения (Gilchrist, Cowan, & Naveh-Benjamin, 2008). Некоторые пожимают плечами, делая вывод, что предел «просто зависит» от деталей задачи памяти. Однако недавние исследования показывают, когда и как можно предсказать ограничение.

Предел припоминания важен, потому что он измеряет то, что называется рабочей памятью (Baddeley & Hitch, 1974; Miller, Galanter, & Pribram, 1960), то есть несколько временно активных мыслей. Рабочая память используется в умственных задачах, таких как понимание языка (например, сохранение идей из начала предложения для объединения с идеями позже), решение задач (в арифметике перенос цифры из столбца единиц в разряд десятков при запоминании). цифры) и планирование (определение наилучшего порядка посещения банка, библиотеки и продуктового магазина). Многие исследования показывают, что объем рабочей памяти различается у разных людей, предсказывает индивидуальные различия в интеллектуальных способностях и меняется на протяжении всей жизни (Cowan, 2005).

Было трудно определить предел емкости рабочей памяти, поскольку информация сохраняется несколькими механизмами. Значительные исследования показывают, например, что человек может сохранить речь примерно на 2 секунды, репетируя про себя (Baddeley & Hitch, 1974). Однако рабочая память не может быть ограничена только таким образом; в процедурах с бегущим диапазоном можно вызвать только последние 3–5 цифр (менее чем за 2 секунды). В этих процедурах участник не знает, когда закончится список, а когда это произойдет, он должен вспомнить несколько элементов из конца списка (Cowan, 2001).

ПОНИМАНИЕ ЦЕНТРАЛЬНЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Чтобы понять природу пределов объема рабочей памяти, важно учитывать два различия. В то время как способность рабочей памяти обычно измеряется с точки зрения обработки информации, вместо этого используются централизованные меры для конкретных хранилищ, чтобы соблюдать ограничения емкости, которые одинаковы для разных материалов и задач.

Различие связанного с обработкой и специфичным для хранения связано с тем, предотвращается ли использование стратегий обработки, которые люди применяют для достижения максимальной производительности, и учитываются ли вредные процессы, которые мешают оптимальному использованию рабочей памяти. . Емкость конкретного хранилища — это более аналитическая концепция, которая остается неизменной в гораздо более широком диапазоне обстоятельств. В широком смысле способность рабочей памяти широко варьируется в зависимости от того, какие процессы могут быть применены к задаче. Для запоминания словесных материалов можно попытаться повторить их в уме (прорепетировать скрытно). Можно также попытаться сформировать куски из нескольких слов. Например, чтобы не забыть купить хлеб, молоко и перец, можно представить себе хлеб, плавающий в перечном молоке. Чтобы запомнить последовательность пространственных местоположений, можно представить путь, образованный из этих местоположений.Хотя мы пока не можем точно предсказать, насколько хорошо рабочая память будет работать в каждой возможной задаче, мы можем измерить емкость хранилища, предотвращая или контролируя стратегии обработки.

Вот как можно наблюдать ограничение вместимости от 3 до 5 отдельных предметов (Cowan, 2001). Во многих таких исследованиях с урезанной репетицией и группировкой информация представлялась (1) в виде краткого одновременного пространственного массива; (2) в необслуживаемом слуховом канале, когда внимание к сенсорной памяти имеет место только после окончания звуков; (3) во время открытого повторяющегося произнесения участником одного слова; или (4) в серии с непредсказуемым концом, как в бегущем пролете. Это граничные условия, в пределах которых, по-видимому, можно наблюдать несколько понятий в сознательном уме.

Эти граничные условия также полезны для прогнозирования производительности, когда материал слишком короткий, длинный или сложный для использования таких стратегий обработки, как репетиция или группировка. Например, при понимании эссе может потребоваться одновременно держать в уме основную посылку, мысль, изложенную в предыдущем абзаце, а также факт и мнение, представленные в текущем абзаце. Только когда все эти элементы будут объединены в единый блок, читатель сможет успешно продолжить чтение и понимание. Забвение одной из этих идей может привести к более поверхностному пониманию текста или к необходимости вернуться и перечитать. Как заметил Коуэн (2001), многие теоретики с математическими моделями конкретных аспектов решения задач и мышления допускают, чтобы количество элементов в рабочей памяти варьировалось как свободный параметр, и модели, по-видимому, остановились на значении около 4. где обычно достигается наилучшее соответствие.

В недавних статьях мы продемонстрировали постоянство объема рабочей памяти в чанках, обучая новым чанкам, состоящим из нескольких элементов. Мы представили набор произвольно составленных пар слов, таких как desk-ball, неоднократно с согласованным сочетанием. В то же время мы представили другие слова как синглтоны. Парные слова становятся новыми фрагментами. Молодые люди могут вспомнить от 3 до 5 кусков из представленного списка, независимо от того, являются ли они выученными парами или одиночками. Наиболее точный результат был получен Ченом и Коуэном (в печати), как показано на рисунке 1. Обычно результат зависел бы от длины списка и элементов, но, когда вербальная репетиция была предотвращена тем, что участник повторял слово «the» на протяжении всего испытания, люди запоминали только около 3 единиц, независимо от того, были ли они одиночками. или изученные пары. Имея схожие результаты для многих типов материалов и задач, мы полагаем, что у взрослых действительно существует центральная функция рабочей памяти, ограниченная 3–5 фрагментами, которая может предсказывать ошибки в мышлении и рассуждениях (Halford, Cowan, & Andrews, 2007). /p>

Иллюстрация трехчастного метода Чена и Коуэна (в печати) с использованием списков слов и ключевой результат. Центральный предел емкости, который можно наблюдать, только если предотвратить повторение, составлял около 3 фрагментов, независимо от того, были ли эти фрагменты одиночками или выученными парами слов.

Можно спросить, как люди различаются по способности к рабочей памяти. Они могут отличаться тем, сколько можно хранить. Однако есть также процессы, которые могут влиять на эффективность использования рабочей памяти. Важным примером является использование внимания для заполнения рабочей памяти элементами, которые нужно запомнить (например, концепции, объясняемые в классе), а не для заполнения ее отвлечениями (например, тем, что вы планируете делать после урока). . Согласно одному типу взглядов (например, Kane, Bleckley, Conway, & Engle, 2001; Vogel, McCollough, & Machizawa, 2005), люди с низким объемом памяти помнят меньше, потому что они используют больше своего объема памяти, храня информацию, которая не имеет отношения к делу. к назначенной задаче.

Иллюстрация метода Cowan et al. (в печати) с использованием массивов объектов и ключевым результатом. Для простых материалов предел емкости заметно увеличился с 7 лет до совершеннолетия, в то время как способность сосредоточиться на важных элементах и игнорировать второстепенные в течение всего этого времени оставалась практически неизменной.

Мы оценили содержимое рабочей памяти в нескольких условиях внимания. В одном из условий нужно было обслуживать объекты одной формы, и в 80 % испытаний пробный образец имел эту форму. В оставшихся 20% испытаний в этом состоянии, тем не менее, тестировался элемент формы, которую следует игнорировать.Пробник иногда отличался по цвету от соответствующего элемента массива. Мы подсчитали долю испытаний с изменением, в которых изменение было замечено (попадания), и испытаний без изменений, в которых был дан неверный ответ на изменение (ложные тревоги). Попадания и ложные тревоги способствовали простой формуле, показывающей количество элементов, хранящихся в рабочей памяти (Cowan, 2001). Это значение было ниже для 7-летних детей (~ 1,5), чем для детей старшего возраста или взрослых (~ 3,0), что указывает на то, что возрастные группы различаются по накоплению. Было также преимущество в том, что тест на запоминание формы по сравнению с игнорированием формы; внимание очень помогло. Примечательно, что это преимущество для посещаемой формы было таким же большим у 7-летних детей, как и у взрослых, при условии, что общее количество предметов в поле было небольшим (4). Это говорит о том, что простая способность к хранению, а не только способность к обработке, отличает маленьких детей от взрослых. В другой работе предполагается, что возможности хранения и обработки вносят важный, частично раздельный, а частично перекрывающийся вклад в интеллект и развитие (Cowan, Fristoe, Elliott, Brunner, & Saults, 2006).

Различие включающего и центрального связано с тем, позволяем ли мы людям использовать временную информацию, относящуюся к тому, как что-то звучит, выглядит или ощущается, то есть информацию, специфичную для сенсорной модальности; или же мы структурируем наши стимулирующие материалы так, чтобы исключить этот тип информации, оставив в остатке только абстрактную информацию, применимую к различным модальностям (называемую центральной информацией). Хотя важно, чтобы люди могли использовать яркие воспоминания о том, как выглядела картинка или как звучало предложение, эти типы информации, как правило, затрудняют обнаружение центральной памяти, обычно ограниченной 3–5 элементами у взрослых. Эта центральная память особенно важна, поскольку она лежит в основе решения проблем и абстрактного мышления.

Центральные пределы можно наблюдать лучше, если вклад информации в сенсорную память сокращен, как показано Saults & Cowan (2007) в процедуре, показанной на рис. 3. Массив цветных квадратов был представлен одновременно с массивом одновременно произносимых цифр, воспроизводимых разными голосами в четырех громкоговорителях (чтобы не репетировать). Иногда задача заключалась в том, чтобы обращать внимание только на квадраты или только на произносимые цифры, а иногда — на обе модальности одновременно. Ключевой вывод заключался в том, что, когда внимание было направлено по-разному, предел емкости центральной рабочей памяти все еще сохранялся. Люди могли запомнить около 4 квадратов, если их просили обращать внимание только на квадраты, а если их просили обращать внимание и на квадраты, и на цифры, они могли помнить меньше квадратов, но всего около 4 элементов. Этот фиксированный предел возможностей был достигнут, однако, только в том случае, если за элементами, которые нужно было вызвать, следовал беспорядок бессмысленных, смешанных визуальных и акустических стимулов (маска), так что сенсорная память была стерта, а мера рабочей памяти была ограничена. к центральной памяти. В инклюзивной ситуации (без маски) две модальности были лучше, чем одна. Коуэн и Мори (2007) аналогичным образом обнаружили, что для процесса кодирования (помещения в рабочую память) одних элементов при запоминании других опять же две модальности лучше, чем одна (Коуэн и Мори, 2007), тогда как модальность не имеет значения для центрального хранилища. в рабочей памяти после завершения кодирования.

Иллюстрация метода в пятом и последнем эксперименте в Saults and Cowan (2007) с использованием аудиовизуальных массивов и основных результатов. Когда сенсорная память была удалена, вместимость составляла около 4 элементов, независимо от того, были ли это все визуальные объекты или смесь зрительных и слуховых элементов.

ПОЧЕМУ ОГРАНИЧЕН ОБЪЕМ ХРАНИЛИЩА?

Причины ограниченного хранения центральной рабочей памяти в 3–5 фрагментов остаются неясными, но Cowan (2005) рассмотрел множество гипотез. Они не обязательно несовместимы; более чем один мог иметь заслуги. Есть два лагеря: (1) ограничения емкости как слабые стороны и (2) ограничения емкости как сильные стороны.

Лагерь ограничение возможностей как слабость предлагает причины, по которым мозгу было бы биологически дорого иметь больший объем рабочей памяти. Один из способов, которым это могло бы работать, состоит в том, что существует цикл обработки, в котором паттерны возбуждения нейронов, представляющие, скажем, четыре элемента или понятия, должны срабатывать по очереди в течение, скажем, каждых последовательных 100-миллисекундных периодов, иначе не все понятия останутся в памяти. активно в рабочей памяти.Представление большего количества элементов может быть неудачным, потому что вместе они слишком долго активируются по очереди, или потому что шаблоны, расположенные слишком близко друг к другу во времени, создают помехи между шаблонами (например, красный квадрат и синий кружок не совпадают). -запоминается как красный круг и синий квадрат).

Если нейронные паттерны для нескольких понятий вместо этого активны одновременно, возможно, более чем четыре понятия приводят к интерференции между ними, или что каждому понятию назначаются отдельные мозговые механизмы с недостаточным количеством нейронов в некоторых критических местах, чтобы поддерживать связь. одновременно активны более четырех элементов. Предлагаемые чтения обсуждают исследования нейровизуализации, показывающие, что одна область мозга, нижняя теменная борозда, кажется ограниченной, по крайней мере, для визуальных стимулов. Если способность является слабостью, возможно, высшие существа с другой планеты могут совершать подвиги, которые мы не можем, потому что у них больший предел рабочей памяти, подобно нашим цифровым компьютерам (которые, однако, не могут выполнять сложную обработку, чтобы соперничать с людьми по ключевым параметрам). < /p>

Лагерь ограничения мощности как силы включает различные гипотезы. Математическое моделирование показывает, что при некоторых простых допущениях поиск информации наиболее эффективен, когда группы, подлежащие поиску, включают в среднем около 3,5 элементов. Список из трех элементов хорошо структурирован с началом, серединой и концом, служащими отдельными характеристиками маркировки элементов; список из пяти пунктов ненамного хуже, с двумя добавленными промежуточными позициями. Большее количество элементов может потерять различимость в списке. Относительно небольшая центральная рабочая память может позволить всем одновременно активным концепциям ассоциироваться друг с другом (разбиваться на части), не вызывая путаницы или отвлечения внимания. Несовершенные правила, такие как правила грамматики, можно выучить, не слишком беспокоясь об исключениях из правил, поскольку они часто теряются в нашей ограниченной рабочей памяти. Это может быть преимуществом, особенно у детей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Тесты рабочей памяти демонстрируют практические пределы, которые варьируются в зависимости от того, позволяют ли условия теста такие процессы, как группировка или репетиция, сосредоточение внимания только на материале, имеющем отношение к задаче, и использование памяти, специфичной для модальности или материала. дополнить центральный магазин. Тем не менее недавняя работа предполагает, что существует основное ограничение центрального компонента рабочей памяти, обычно 3–5 фрагментов у молодых людей. Если мы внимательно относимся к контролю стимулов, пределы центральной способности полезны для предсказания того, какие мыслительные процессы могут выполняться людьми, а также для понимания индивидуальных различий в когнитивной зрелости и интеллектуальных способностях. Вероятно, существуют факторы биологической экономии, ограничивающие центральную мощность, но в некотором смысле существующие ограничения могут быть идеальными или почти идеальными для людей.

Благодарности

Это исследование было поддержано грантом NIH R01 HD-21338.Читателям в 26-м веке или позже: название намекает на Волшебное таинственное турне, один из многих электромеханически записанных сборников ритмичной голосовой и инструментальной музыки о жизни и эмоциях группы The Beatles, Британская четверка, имевшая мессианскую популярность.

Рабочая память — это наша способность выбирать и временно удерживать информацию, необходимую для сложных когнитивных операций. Временная динамика устойчивой и преходящей нейронной активности, поддерживающей выбор и удержание содержимого памяти, неизвестна. Чтобы решить эту проблему, мы записали магнитоэнцефалографию у здоровых участников, выполняющих задание на рабочую память с ретро-сигналом, в котором правило выбора и содержание памяти менялись независимо. Многомерное декодирование и анализ источников показали, что выбор содержимого памяти зависит от префронтальной и теменно-затылочной устойчивой колебательной нейронной активности. Напротив, содержимое памяти реактивировалось в распределенной задней затылочно-височной сети, предшествуя решению рабочей памяти и в другом формате, чем во время визуального кодирования. Эти результаты идентифицируют нейронную сигнатуру выбора контента и характеризуют дифференцированные пространственно-временные ограничения для подпроцессов рабочей памяти.

ЗАЯВЛЕНИЕ О ЗНАЧИМОСТИ Наш мозг отбирает и сохраняет информацию в короткие промежутки времени таким образом, который необходим для рассуждений и обучения. Недавние успехи в многофакторном анализе мозговой активности позволили охарактеризовать области мозга, в которых хранится память. Мы применили многомерный анализ к сигналам мозга с временным разрешением, чтобы охарактеризовать пространственно-временную характеристику, лежащую в основе этих подпроцессов. Выбор информации зависит от устойчивой колебательной активности в сети, которая включает вентролатеральную префронтальную кору, в то время как содержимое памяти временно воспроизводится в затылочно-височной сети, которая отличается от кодирования. Наши результаты охарактеризовали дифференцированную пространственно-временную активность, лежащую в основе кодирования, отбора и хранения информации во время рабочей памяти.

Введение

Рабочая память позволяет кратковременно удерживать информацию (Baddeley and Hitch, 1974; Baddeley, 2010), что имеет решающее значение для широкого круга когнитивных задач в повседневной жизни (Klingberg, 2010). Например, во время вождения автомобиля предшествующие визуальные входы, предоставляющие важную контекстуальную информацию, должны поддерживаться в течение нескольких секунд, чтобы действовать надлежащим образом, как в случае разговора с другом, просмотра фильма или изучения двигательных навыков. Предыдущая работа помогла охарактеризовать нейронные субстраты, лежащие в основе рабочей памяти. Исследования повреждений показали, что префронтальная кора является важнейшей областью мозга, опосредующей эту функцию (Jacobsen, 1935; Bauer and Fuster, 1976; Petrides, 2005). Внутричерепные записи у обезьян и нейровизуализационные исследования у людей показали, что устойчивая нейронная активность в префронтальных областях поддерживает рабочую память (Fuster and Alexander, 1971; Funahashi et al., 1989; Goldman-Rakic, 1995; Courtney et al., 1998). Было высказано предположение, что эта длительная активность хранит содержимое памяти (Fuster and Alexander, 1971; Funahashi and Kubota, 1994). С другой стороны, недавние работы по электрофизиологии и расшифровке указывают на заметный вклад динамической нейронной активности в форме динамического кодирования (Stokes, 2015), нейронной колебательной активности (Fuentemilla et al., 2010), коротких всплесков активности (Lundqvist et al. al., 2016) или периоды молчания активности (хранящиеся в виде паттернов синаптических весов; Mongillo et al., 2008; Stokes, 2015) для поддержания содержания.

В то время как в ранних работах предполагалось, что нейроны латеральной префронтальной коры хранят информацию о рабочей памяти (Fuster and Alexander, 1971; Funahashi and Kubota, 1994), недавние исследования показывают, что сохранение информации во время рабочей памяти задействует различные области мозга в зависимости от типа или модальности (Harrison and Tong, 2009; Christophel et al., 2012; Han et al., 2013; D'Esposito and Postle, 2015; Ester et al., 2015; Lee and Baker, 2016). Например, поддержание информации о визуальной ориентации задействует ранние зрительные области (Riggall and Postle, 2012), поддержание отдельных слуховых тонов задействует слуховую кору (Kumar et al., 2016), а поддержание пространственной информации (Jerde et al. ., 2012) или более абстрактных понятий (Lee et al., 2013) задействует лобную кору. Эти результаты привели к гипотезе о том, что области мозга, кодирующие содержимое памяти, демонстрируют градиент абстракции от сенсорных областей, отражающих низкоуровневые сенсорные функции, к префронтальным областям, кодирующим более абстрактный контент, связанный с реакцией (Christophel et al., 2017). Тем не менее, содержательно-специфическая активность признаков низкого уровня также наблюдалась в лобных областях (Ester et al., 2015).

Помимо сохранения контента, рабочая память требует кодирования и последующего выбора соответствующего контента среди отвлекающих факторов (Myers et al., 2017).Нейронные субстраты этих подпроцессов рабочей памяти [то есть (1) кодирование, (2) правило выбора, которое идентифицирует релевантную информацию, которую следует иметь в виду, и (3) сохранение этой информации для будущей обработки; Vogel et al., 2005] изучены не полностью (Myers et al., 2015). Активность префронтальной коры, которая оказывает нисходящее влияние на сенсорные области, может способствовать отбору информации для целенаправленного поведения (Curtis and D'Esposito, 2003; Gazzaley and Nobre, 2012). Меньше известно о нейронной динамике, которая выбирает и обрабатывает информацию во время рабочей памяти.

Поведенческая задача и производительность. A, задание на визуальную рабочую память. Стимул появляется на 100 мс и состоит из следующих четырех различных визуальных атрибутов: левой и правой пространственной частоты (каждый выбирается из пяти возможных: 1, 1,5, 2,25, 3,375 или 5,06 циклов/°) и левой и правой ориентации ( каждый выбирается из пяти возможных: -72°, -36°, 0°, 36° и 72°; 0° = вертикально). После задержки 800 ± 50 мс сигнал появляется на 100 мс и указывает, какой визуальный атрибут стимула участник должен сравнить с предстоящим зондом. Левая или правая сплошная линия указывает соответственно на левую или правую ориентацию, а левая или правая пунктирная линия указывает соответственно на левую или правую пространственную частоту стимула. После задержки 1500 ± 50 мс появляется проба, и участник должен ответить, является ли заданный атрибут стимула тем же самым или отличным от соответствующего атрибута пробы. В испытании, изображенном на рисунке, сплошная линия, указывающая влево, дает указание участнику сравнить ориентацию на левой стороне стимула с ориентацией в зонде (правильный ответ в этом случае — «другой»). Мы называем время между стимулом и репликой эпохой стимула, время между репликой и зондом — эпохой реплики, а время после зонда — эпохой зондирования. B, Поведенческие характеристики. Значения представляют собой средний процент и стандартное отклонение правильных ответов среди участников. Средняя эффективность во всех испытаниях составила 83 ± 3,6%. Участники были лучше, когда им нужно было запомнить ориентацию по сравнению с пространственной частотой (85% против 81%, p 3 ). Было получено трехмерное намагниченное быстрое градиентное эхо. Были получены Т1-взвешенные изображения (время повторения = 1900 мс, время эха = 2,13 мс, размер матрицы = 256 × 256 × 192). Стереотаксическая нейронавигационная система (Brainsight, Rogue Research) использовалась перед записью МЭГ для записи МРТ-координат трех катушек положения головы, размещенных на назионной и преаурикулярной точках. Эти координаты положения катушки использовались для совместной регистрации головы с датчиками МЭГ для реконструкции источника. Поверхности мозга реконструировали с использованием программного пакета FreeSurfer (Dale et al., 1999; Fischl et al., 1999). Прямая модель была создана на основе сегментированной и сетчатой МРТ с использованием Freesurfer (Fischl, 2012) и MNE-Python (Gramfort et al., 2013) и была зарегистрирована в координатах МРТ с катушками положения головы.

Записи MEG.

Нейромагнитная активность регистрировалась с частотой дискретизации 1200 Гц на 275-канальном устройстве CTF MEG Национального института здравоохранения (NIH) (MEG International Services). Аппарат МЭГ размещался в помещении с магнитным экранированием. Во время записи участники сидели в одиночестве в экранированной комнате МЭГ, а их головы располагались по центру массива датчиков. Положение головы регистрировали до и после каждого блока. Если разница между двумя записями превышала 3 мм, участников просили вернуть голову в исходное положение, пока отображалось их положение головы в реальном времени. Цифро-аналоговый преобразователь использовался для записи сигнала айтрекера с помощью системы сбора данных MEG.

Предварительная обработка MEG.

Активность MEG мозга подвергалась полосовой фильтрации в диапазоне 0,05–25 Гц и уменьшалась на 10, в результате чего частота дискретизации составляла 120 Гц. Эпоху сигнала МЭГ определяли на основе начала стимула (-0,2 с, 0,9 с), начала сигнала (-0,2 с, 1,5 с) и начала зонда (-0,2 с, 0,4 с). Два сеанса MEG для каждого участника были объединены. Все данные об эпохе для трех событий были базовыми между -0,2 и 0 с в соответствии с началом стимула для всех анализов датчиков. Для реконструкции источника, чтобы вычислить точную ковариационную матрицу шума, стимул и сигнальная эпоха были основаны на предстимульном и предстимульном периодах соответственно. Несмотря на разные базовые уровни, аналогичные характеристики декодирования были получены в датчиках и пространстве источника. MVPA использовалась из сенсорного пространства, времени: - частоты и данных исходного пространства. Двадцать девять вейвлетов Морле в диапазоне от 2 до 60 Гц использовались для извлечения частотно-временной мощности из эпох без полосовой фильтрации.Чтобы оценить временной ряд в исходном пространстве, формирователь луча минимальной дисперсии с линейными ограничениями был рассчитан на данных одной пробы с использованием MNE-Python. Регуляризованная ковариационная матрица шума была рассчитана для предстимульного периода (-0,3 с, 0 с в соответствии с началом стимула). Ковариация регуляризованных данных вычислялась в течение периода, начинающегося через 40 мс после интересующего события (т. е. начала действия стимула, сигнала или пробы) до конца каждой эпохи (900, 1500 и 400 мс соответственно).

Многомерный анализ закономерностей МЭГ.

Данные анализировались с помощью многомерного линейного моделирования, реализованного в MNE-Python (Gramfort et al., 2013; King et al., 2016). Декодирование MVPA направлено на прогнозирование значения конкретной переменной y (например, определяемой пространственной частоты или ориентации линии) на основе сигнала головного мозга X. Анализ состоит из (1) подгонки линейной оценки w к обучающему подмножеству X(X_train); (2) исходя из этой оценки, прогнозирование оценки (ȳ_test) переменной y_test на отдельном тестовое подмножество (X_test); и, наконец, (3) оценка оценки декодирования этого предсказания по сравнению с основной истиной (score(y_text, ȳ_текст)). Оценщики обучались на каждой временной выборке (частота дискретизации = 120 Гц) и тестировались на одной и той же временной выборке (для частотно-временного и исходного анализа) и на всех временных выборках эпохи в случае временной генерализации (для сенсорного анализа). . Переменная y была категориальной для правил (справа или слева для пространственного правила и ориентации линии и пространственной частоты для правила объектов), порядковой для пространственной частоты (1, 1,5, 2,25, 3,375 или 5,06 цикла/°) и круговой для линейной ориентации. Данные (X) представляли собой отфильтрованные необработанные данные датчика MEG (273 измерения, соответствующие 273 каналам), частотная мощность в одной полосе частот (273 измерения), повторенная в полосах частот от 2 до 60 Гц, исходные данные (8196 измерений, соответствующих 8196 виртуальным каналам) или мощность частоты в одной полосе частот в исходных данных (8196 измерений), повторяющихся в двух интересующих полосах частот. Данные (X) были отбелены с помощью стандартного скейлера, который z оценивал каждый канал в каждый момент времени в испытаниях. Затем была подобрана линейная модель l2 для поиска гиперплоскости (w), которая максимально предсказывает интересующую переменную (y). Для всех параметров были установлены значения по умолчанию, предоставленные пакетом scikit-learn (Pedregosa et al., 2011). Классификатор логистической регрессии использовался для декодирования категориальных данных (сторона сигнала или тип сигнала), а гребневая регрессия использовалась для декодирования пространственной частоты. Комбинация двух гребневых регрессий использовалась для выполнения циклических корреляций для декодирования ориентации, подобранной для предсказания sin(y) и cos(y). Прогнозируемый угол (ȳ) оценивался по арктангенсу результирующих синуса и косинуса: ȳ = arctan2 (ȳ_{sin, ȳ_cos). Каждый оценщик устанавливался для каждого участника отдельно, для всех датчиков (или источников) МЭГ и для уникальной временной выборки (частота дискретизации = 120 Гц).}

Обучающая и тестовая выборки были независимыми, а складки были сделаны с сохранением процентной доли выборки для каждого класса. Перекрестная проверка выполнялась с использованием 12-кратного стратифицированного складывания, так что каждый оценщик обучался на 11/12 испытаний (обучающая выборка), а затем генерировал прогноз для оставшихся 1/12 испытаний (проверочная выборка). С 800 испытаниями это означает, что при каждой перекрестной проверке оценщик обучался на 734 испытаниях и тестировался на оставшихся 66 испытаниях. Порядковые эффекты (декодирование пространственной частоты) суммировали с коэффициентом корреляции Спирмена R (диапазон от -1 до 1; шанс = 0). Категориальные эффекты (расшифровка стороны сигнала и типа сигнала) суммировались с площадью под кривой (диапазон 0–1; шанс = 0,5). Циклическое декодирование суммировалось путем вычисления средней абсолютной разницы между предсказанным углом (ȳ) и истинным углом (y; диапазон от 0 до π; шанс = π/2). . Для облегчения визуализации этот показатель «ошибки» был преобразован в показатель «точности» (диапазон от −π/2 до π/2; шанс = 0; King et al., 2016).

Читайте также: