Errores en la memoria de trabajo visuoespacial a través del espacio y el tiempo

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visuoespacialmemoria de trabajo(VSWM) involucra regiones corticales a lo largo de la vía visual dorsal, que están organizadas topográficamente con respecto al espacio visual. Sin embargo, no está claro cómo dicha organización funcional puede limitar el comportamiento de VSWM en el espacio y el tiempo. Aquí, mapeamos sistemáticamente el rendimiento de VSWM en el espacio {{0}}dimensional (2D) en varios intervalos de retención en sujetos humanos usando tareas sacádicas guiadas por la memoria y guiadas visualmente en dos experimentos. En relación con los movimientos sacádicos guiados visualmente, los movimientos sacádicos guiados por la memoria mostraron aumentos significativos en los errores no sistemáticos, o la variabilidad de la respuesta, con el aumento de la excentricidad del objetivo (3 grados a 13 grados del ángulo visual). Los errores no sistemáticos también aumentaron con el aumento del retraso (1,5 a 3 s, Experimento 1; 0,5 a 5 s, Experimento 2), mientras que hubo poca o ninguna interacción entre el retraso y la excentricidad. El modelado continuo del atractor de golpes sugirió factores neurofisiológicos y de organización funcional en los crecientes errores no sistemáticos en VSWM a través del espacio y el tiempo. Estos hallazgos indican que: (1) la representación VSWM puede estar limitada por la topología funcional de la vía visual para el espacio 2D; (2) Los errores no sistemáticos pueden reflejar el ruido acumulado demantenimiento de la memoriamientras que los errores sistemáticos pueden originarse en procesos no mnemotécnicos como la transformación sensoriomotora ruidosa; (3) Puede haber mecanismos independientes que respalden el procesamiento espacial y temporal de VSWM.

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Memoria de trabajo visuoespacial(VSWM) se refiere al mantenimiento y manipulación temporal de información visuoespacial para planificar y guiar comportamientos. A pesar de su papel central en la cognición de orden superior1, VSWM muestra diversos grados de precisión. Los estudios más recientes han destacado el aumento de errores de recuerdo en VSWM con tamaño de conjunto 2–4, mientras que los efectos del espacio y el tiempo en la fidelidad de VSWM y los mecanismos neuronales subyacentes siguen sin estar claros. Este estudio tuvo como objetivo examinar la variabilidad en el rendimiento de VSWM en el espacio y el tiempo bidimensionales (2D), utilizando experimentos de comportamiento y modelos computacionales basados ​​en neurofisiología.

Estudios previos de comportamiento de humanos y macacos han encontrado que el rendimiento de VSWM durante una tarea de respuesta retardada varía según las ubicaciones espaciales. Se han observado tanto el error sistemático, el desplazamiento de las ubicaciones de respuesta media, como el error asistemático, la fluctuación de las respuestas en torno a la ubicación media. Sin embargo, el patrón de comportamiento de estos errores es inconsistente entre los estudios y se desconocen las fuentes neurales de estos errores. Los estudios que utilizaron un paradigma oculomotor de respuesta tardía5 en macacos mostraron que los movimientos sacádicos a ubicaciones recordadas exhiben un sesgo ascendente sistemático, con puntos finales de movimientos sacádicos sistemáticamente desplazados por encima del objetivo6–8. Estos estudios también informan que tanto los errores sistemáticos como los no sistemáticos varían en el espacio y que estos errores parecen aumentar con el aumento de la excentricidad6–8. Por el contrario, algunos estudios9 mostraron un sesgo foveal que aumenta con la excentricidad en sujetos humanos, utilizando una tarea que requiere recordar una sola posición de punto recordada mediante un clic del mouse. Otros encontraron un sesgo de cuadrante en espacialmemoriarecuérdese que atrajo hacia el centro del cuadrante en primates no humanos10 y humanos11,12. Por lo tanto, el patrón exacto de errores de VSWM en el espacio 2D sigue sin estar claro.

Una fuente principal de la variabilidad de VSWM en el espacio es probablemente las restricciones topográficas funcionales de los sustratos neurales subyacentes. Una red distribuida de regiones corticales dorsales respalda el procesamiento de VSWM13–18, la mayoría de las cuales muestran algún tipo de mapeo topográfico del espacio visual. Los mapas retinotópicos son icónicos en la corteza visual temprana, donde las neuronas cercanas tienen campos receptivos en ubicaciones espaciales adyacentes en el campo visual19–22. Se han hecho implicaciones similares para las regiones parietales posteriores humanas, incluido el surco intraparietal o el área intraparietal lateral23–26, y las regiones prefrontales, incluido el surco precentral o los campos oculares frontales27–31. Dado que la organización retinotópica del sistema visual desde la retina hasta las áreas extraestriadas no es uniforme en el espacio, puede restringir potencialmente la representación VSWM en los campos visuales y la representación en las áreas aguas abajo.

Programa de Neurociencia Integrativa, Departamento de Psicología, Universidad de Stony Brook, Stony Brook, NY 11794, EE. UU.

Hay al menos dos propiedades de la organización retinotópica que pueden limitar el procesamiento y la representación de la información visuoespacial en el espacio, incluida la variación en los fotorreceptores y la densidad de células ganglionares de la retina en la retina32,33 y la ampliación cortical de la visión central34–41. Los rendimientos de VSWM, reflejados tanto por la media como por la variabilidad de las respuestas, pueden ser menos precisos para los objetivos periféricos, ya que el factor de magnificación cortical disminuye y el tamaño del campo receptivo aumenta con el aumento de las excentricidades del objetivo en la corteza visual primaria38–41. Tampoco está claro hasta qué punto la arquitectura funcional de las áreas aguas abajo puede distorsionar aún más la representación de VSWM en los campos visuales. Las neuronas en las regiones parietal y especialmente frontal tienen tamaños de campo receptivos sustanciales (diámetros de hasta 30 grados), y estas regiones de orden superior tienen organizaciones funcionales mucho más toscas en comparación con las áreas visuales42–46. Se desconoce si las regiones parietal y frontal exhiben una topografía espacial real que no sea una representación hemisférica aproximadamente contralateral. Por ejemplo, un estudio reciente de primates no humanos sugirió una organización no retinotópica en la corteza prefrontal dorsolateral que divide aproximadamente el espacio visual-mnemotécnico en cuadrantes10.

Figura 1. Diseño de tareas experimentales y estímulos. Distribución de estímulos visuales a través del espacio en el Experimento 1 (a) y el Experimento 2 (b). Las ubicaciones de los estímulos en las pruebas están ligeramente alteradas alrededor de los objetivos. Tarea sacádica guiada por la memoria (c) y tarea sacádica guiada visualmente (d). Las flechas en (c) y (d) se muestran para ilustrar el movimiento sacádico guiado por la memoria o guiado visualmente, que no se muestran durante los experimentos reales.

La precisión de VSWM no solo varía en el espacio, sino que también cambia con el tiempo. El curso temporal de los errores sistemáticos y asistemáticos en la representación VSWM no está bien caracterizado. Algunos estudios de primates no humanos encontraron aumentos en los errores no sistemáticos al aumentar la duración del retraso hasta 20 s8,47. Por el contrario, otros mostraron que el error asistemático se acumuló dentro de los primeros 800 ms del retraso y se mantuvo estable6. De manera similar, algunos sugirieron que la mayoría de los errores sistemáticos se acumularon dentro del primer segundo del retraso6,8, mientras que otros mostraron un aumento en el sesgo sistemático con retrasos de hasta 3 s9,48–50. Una de las principales fuentes de errores de VSWM a lo largo del tiempo puede ser la acumulación de ruido a lo largo del tiempo.memoriamantenimiento. El microcircuito recurrente prefrontal dorsolateral genera actividad neuronal autosostenida sobre el trabajomemoriaretraso, manteniendo potencialmente los contenidos mnemotécnicos a lo largo del tiempo15. Dicha actividad persistente se caracteriza por modelos de red de atracción con excitaciones locales recurrentes e inhibiciones amplias en un circuito topográficamente organizado51–53, lo que demuestra impulsos estocásticos sobre el retraso en ausencia de entradas externas. Los impulsos de las actividades de choque se asocian con la variabilidad en los errores de comportamiento de un ensayo a otro durante un retraso52.

Aquí, investigamos la representación de VSWM en el espacio y el tiempo en dos experimentos al mapear sistemáticamente los errores de rendimiento del comportamiento en el espacio y el tiempo 2D en sujetos humanos (Fig. 1). En ambos experimentos, registramos las posiciones de los ojos durante una tarea sacádica guiada por la memoria (MGS) y una sacádica guiada visualmente (VGS). Comparamos los errores sistemáticos y no sistemáticos de los criterios de valoración sacádicos primarios y secundarios a través de diferentes excentricidades y varias longitudes dememoriaretrasos y exploró las posibles interacciones entre estos dos parámetros. Esperábamos que tanto los errores sistemáticos como los asistemáticos aumentaran con el aumento de la excentricidad visual, pero solo los errores asistemáticos aumentarían con intervalos de retraso más largos. Además, aplicamos un modelo de atractor de golpes continuo unidimensional (1D) de uso común para simular en qué medida el ruido que se acumuló durante un retraso en el microcircuito recurrente puede contribuir a los patrones de error de comportamiento observados. La dinámica neuronal en varias excentricidades fue modelada por diferentes números de neuronas en el modelo, con más neuronas indexando la magnificación cortical en una excentricidad más pequeña.

Figura 2. Promedios grupales de errores sistemáticos y no sistemáticos en el espacio. Los círculos azul (MGS) y rojo (VGS) ilustran la ubicación promedio y la variabilidad en los puntos finales primarios de movimientos sacádicos (a) y los puntos finales secundarios de movimientos sacádicos (b). Las ubicaciones de destino se muestran como la intersección de las líneas grises continuas. El centro de cada círculo azul/rojo representa el punto final medio de los movimientos sacádicos (errores sistemáticos), mientras que el radio representa la variabilidad del punto final de los movimientos sacádicos (errores no sistemáticos) promediada entre los sujetos en cada ubicación objetivo del Experimento 1. Todas las cifras de datos del manuscrito se generaron en MATLAB54 .

Resultados

Experimento 1.

Sesgo y variabilidad del criterio de valoración sacádico. Las tareas experimentales y los estímulos visuales se muestran en la Fig. 1. Para visualizar los patrones generales de errores sistemáticos y no sistemáticos en el MGS en relación con el VGS, mostramos la variabilidad promedio y los puntos finales medios del primario (Fig. 2a) y secundario (Fig. 2b) movimientos sacádicos para cada ubicación objetivo. Un sesgo sistemático hacia adentro/foveal y angular a través del espacio fue evidente en el MGS (Fig. 2; Figs. Suplementarias S1-S2). En comparación con las respuestas guiadas visualmente,memoriaLos movimientos sacádicos guiados fueron menos precisos (t(9)=4.30, p=.002) y mostraron una variabilidad más amplia (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="">

Efecto de la excentricidad del objetivo en los errores de VSWM. ANOVA de medidas repetidas examinó los efectos dentro del sujeto de la excentricidad (3, 8, frente a 13 grados de ángulo visual) y la tarea (MGS frente a VGS) (Tabla 1A; Fig. 4, fila superior). Observamos efectos principales significativos de la excentricidad y el tipo de tarea para los errores sistemáticos y no sistemáticos de los criterios de valoración sacádicos primarios y secundarios. Sin embargo, la interacción entre la tarea y la excentricidad solo fue estadísticamente significativa para los errores no sistemáticos (Fig. 4c, d). Análisis adicionales revelaron que los errores no sistemáticos aumentaron significativamente con el aumento de la excentricidad linealmente (sacadas primarias, t=6.56, p<.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; movimientos sacádicos secundarios, t(9)=6.54, p<.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; datos no mostrados). En resumen, los errores de criterio de valoración sacádico durante la MGS mostraron aumentos en el sesgo y la variabilidad con el aumento de la excentricidad, con el patrón de variabilidad de la MGS tanto cuantitativa como cualitativamente diferente del patrón de la VGS.

Tabla 1. Análisis de medidas repetidas de la varianza de los errores VSWM en el Experimento 1. "a" indica el valor p corregido por el método Greenhouse-Geisser debido a la violación de la esfericidad.

Figura 4. Errores de punto final de movimientos sacádicos en tareas, excentricidades y retrasos en el Experimento 1. La fila superior muestra errores en MGS (negro) y VGS (gris claro) en diferentes excentricidades objetivo. La fila inferior muestra errores en el MGS en diferentes intervalos de retraso para cada excentricidad del objetivo (3 grados, gris claro; 8 grados, gris; 13 grados, negro). Tanto los errores sistemáticos como los no sistemáticos aumentaron con el aumento de la excentricidad, con un mayor aumento lineal y cuadrático en el MGS que en el VGS para los errores no sistemáticos. Los errores no sistemáticos en el MGS se acumularon de 1.5-s a 3-s intervalos de retraso significativamente para los movimientos sacádicos primario y secundario en un patrón similar a través de las excentricidades.

Efecto del retraso en los errores de VSWM a través de la excentricidad. Para examinar cómo los errores de VSWM variaron a lo largo de la duración del retraso en las diferentes excentricidades, realizamos un ANOVA de medidas repetidas de dos vías con excentricidad (3, 8, frente a 13 grados de ángulo visual) y retraso (1,5, 2 frente a 3 s) como factores intrasujetos. Encontramos un efecto principal significativo de la demora en los errores no sistemáticos pero no en los errores sistemáticos (Tabla 1B; Fig. 4, fila inferior). Específicamente, los errores no sistemáticos durante la MGS aumentaron linealmente con la duración de los retrasos para las sacadas primaria y secundaria (respectivamente: t(9)=4.82, p=.002; t(9){{18 }}.36, pág.<.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,"><>

Sin embargo, no hubo interacciones significativas entre la excentricidad y el retraso en el MGS, excepto por los errores sistemáticos de los movimientos sacádicos secundarios (Fig. 4f). El efecto de interacción se relacionó con una disminución lineal de los errores sistemáticos con un retraso creciente en la excentricidad más grande (13 grados de ángulo visual) en oposición a un aumento lineal en la excentricidad media (8 grados de ángulo visual) (contraste de linealidad: t(9 )=− 3.53, p=.039), aunque ambas tendencias lineales no fueron estadísticamente significativas (8 grados de ángulo visual: t=1.64, p=. 27; 13 grados de ángulo visual: t=− 2,10, p=,13). La interacción de retraso por excentricidad se acercaba a la importancia de los errores no sistemáticos en los movimientos sacádicos secundarios.

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Experimento 2.

En el Experimento 2, nuestro objetivo fue replicar los resultados del Experimento 1 e investigar más a fondo el efecto de la duración de la retención en el rendimiento de VSWM. Por lo tanto, examinamos los errores de respuesta en una gama más amplia de intervalos de retraso (0.5, 1, 1.5, 2, 3, 4 y 5 s). Nuevamente, los ANOVA de medidas repetidas (Tabla 2A; Fig. 5, fila superior) revelaron efectos principales significativos del tipo de tarea y la excentricidad para todos los tipos de errores y una interacción significativa entre la tarea y la excentricidad para los errores no sistemáticos de los movimientos sacádicos secundarios. Durante el MGS, los errores no sistemáticos de los movimientos sacádicos secundarios aumentaron con el aumento de la excentricidad tanto linealmente (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, datos no mostrados).

Los efectos del retraso en el rendimiento de VSWM (Tabla 2B; Fig. 5, fila inferior) fueron similares a los informados en el Experimento 1. El efecto principal del retraso en los errores no sistemáticos fue estadísticamente significativo para los movimientos sacádicos secundarios y se acercó a la significación para los movimientos sacádicos primarios. pero no mostró interacciones significativas con la excentricidad. Las comparaciones post-hoc revelaron diferencias significativas en los errores no sistemáticos entre los 4-s y los 0.5-s de retraso (t(8)=6.08, p{{10 }}.006) y entre 4-s y 1.5-s de retraso (t(8)=4.90, p=.025) para las sacadas secundarias . No hubo efectos significativos de retraso o retraso por interacciones de excentricidad en los errores sistemáticos.

Figura 5. Errores de punto final de saccade en tareas, excentricidades y retrasos en el Experimento 2. Consulte las anotaciones en la Fig. 4. Los errores sistemáticos y no sistemáticos aumentaron con el aumento de la excentricidad, con un mayor aumento lineal y cuadrático en los errores no sistemáticos en el MGS que en el VGS . Los errores no sistemáticos en el MGS se acumularon desde los intervalos de retraso de 0.5-s a 5-s significativamente para los movimientos sacádicos secundarios y tuvieron una tendencia significativa para los movimientos sacádicos primarios en un patrón similar a través de las excentricidades.

Realizamos análisis adicionales para estudiar más a fondo los efectos del retraso y la excentricidad en los movimientos sacádicos guiados por la memoria. Primero, recopilamos un conjunto de datos de replicación para el Experimento 2 de seis sujetos anteriores para examinar si el rendimiento se estabilizó después de una práctica extensa. Los ANOVA de medidas repetidas revelaron efectos similares de excentricidad y retraso en este conjunto de datos de replicación (Figura complementaria S3; Tabla S1) a los observados en el Experimento 1 y en el primer conjunto de datos del Experimento 2. En particular, los errores no sistemáticos aumentaron significativa y linealmente con un retraso más largo duraciones tanto para el primario (t(30)=4.20, p=.001) como para el secundario (t(30)=5.62, p<.001) saccades="" as="" in="" experiment="">

En segundo lugar, realizamos análisis a nivel individual mediante la regresión de ambos tipos de errores MGS sobre la excentricidad, la duración del retraso y su producto para cada uno de los nueve participantes (Figura complementaria S4; Tabla S2). El coeficiente de excentricidad para el error sistemático fue significativamente mayor que cero en los movimientos sacádicos primarios y secundarios de dos sujetos, aunque fue mayor que cero para los errores no sistemáticos en los movimientos sacádicos primarios de seis sujetos y en los movimientos sacádicos secundarios de ocho sujetos. Los intervalos de confianza (IC) del 95 por ciento de retraso no incluyeron cero para los errores no sistemáticos, excepto para los movimientos sacádicos primarios de un sujeto y los movimientos sacádicos secundarios de tres sujetos. Todos los IC del 95 por ciento del retraso para los errores sistemáticos y la mayoría del IC del 95 por ciento del producto de la excentricidad y el retraso no incluyeron el cero. Estos resultados individuales confirmaron el análisis de grupo: en el MGS, los errores no sistemáticos aumentaron con mayores excentricidades del objetivo y mayores duraciones de retraso, aunque los efectos del retraso fueron más débiles que los de la excentricidad.

En conjunto, en el Experimento 2, los errores de punto final de saccade en el MGS también mostraron un mayor aumento de la variabilidad con el aumento de la excentricidad (3 a 13 grados de ángulo visual) y la duración del retraso (0.5 a 5 s) que en el VGS, y los dos factores parecen actuar independientemente el uno del otro. Por el contrario, el sesgo sistemático no varió a lo largo de la duración del retraso y aumentó a lo largo de las excentricidades de manera similar en el MGS y el VGS.

El resultado simulado para VSWM a través del espacio y el tiempo.

Por último, examinamos las posibles fuentes neurofisiológicas de los efectos de retraso y excentricidad en los errores de VSWM. Aplicando un modelo atractor de golpes continuo 1D52, simulamos la media y la variabilidad de los puntos finales de MGS en siete retrasos (0.5 a 5 s) y tres excentricidades (3 a 13 grados de ángulo visual) como se usa en el Experimento 2 El número de unidades neuronales en el aumento cortical indexado del modelo en todo el campo visual (3 grados, 933 neuronas; 8 grados, 402 neuronas; 13 grados, 256 neuronas), según el factor de aumento cortical estimado en un estudio de mapeo retinotópico humano55. Simulamos 10,000 ensayos para cada combinación de retraso y excentricidad (Figura complementaria S5). Como se esperaba del modelo anterior51, mientras que los errores sistemáticos simulados no mostraron una variación considerable en la excentricidad o la demora, los errores no sistemáticos simulados mostraron aumentos sustanciales tanto en la excentricidad como en la demora. En resumen, los datos simulados replicaron los efectos principales de la demora pero no lograron capturar los patrones de error sistemático y los efectos independientes de la excentricidad y la demora en el MGS, como se muestra en los datos de comportamiento.

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Discusión

En el presente estudio, investigamos cómo la representación de VSWM varía en el espacio y el tiempo 2D. Nuestros datos de comportamiento mostraron que los errores sistemáticos y no sistemáticos de los movimientos sacádicos guiados por la memoria aumentaron con las excentricidades. Sin embargo, solo los errores no sistemáticos mostraron un patrón cualitativamente diferente de los movimientos sacádicos guiados visualmente. Estos hallazgos siguen el modelo de aumento cortical, lo que indica que las organizaciones retinotópicas de la vía visual pueden limitar las representaciones de VSWM. También es evidente que los errores no sistemáticos de los movimientos sacádicos guiados por la memoria aumentaron con el intervalo de retención hasta 5 s, aunque el efecto pareció ser menos robusto y más variable entre los sujetos que el efecto de la excentricidad. Postulamos que los errores no sistemáticos están asociados con el ruido neuronal acumulado en el mantenimiento de la memoria de acuerdo con los modelos de neurofisiología, mientras que los errores sistemáticos pueden originarse en procesos no basados ​​en la memoria, como la transformación sensoriomotora. La falta de excentricidad por interacción de retardo en el MGS sugiere además mecanismos independientes que subyacen al procesamiento espacial y temporal de VSWM.

Nuestros experimentos mostraron consistentemente un aumento de errores sistemáticos y no sistemáticos en los movimientos sacádicos guiados por la memoria con una excentricidad creciente del objetivo. Estos hallazgos corroboran estrechamente con estudios previos que informaron mayores errores de respuesta con una mayor excentricidad del objetivo en macacos que usan una tarea MGS similar7 y en humanos que usan una tarea que requiere clics del mouse controlados manualmente para ubicar objetivos en el espacio9. Extendiendo la investigación previa, mostramos además que la variabilidad de las respuestas guiadas por la memoria a través de la excentricidad estaba más allá de una diferencia cuantitativa de las respuestas guiadas visualmente. En particular, los errores no sistemáticos en el MGS aumentaron lineal y cuadráticamente con el aumento de la excentricidad en comparación con un aumento lineal menor del error en el VGS. Estos hallazgos sugieren que las representaciones de VSWM no son homogéneas en el espacio 2D y no son lineales en las excentricidades. Las representaciones de VSWM pueden tener una transición más nítida desde la fóvea (<~3°) to="" parafovea=""><~5°) and="" demonstrate="" similar="" properties="" beyond="" parafovea="" (="">~5 grados )32,33,56.

Un posible mecanismo neuronal que subyace a la heterogeneidad espacial de los errores VSWM es la estructura del mapeo topográfico funcional del espacio en el sistema visual. Las propiedades retinotópicas de la vía visual dorsal, como la ampliación cortical, pueden limitar las representaciones de VSWM en todo el campo visual de manera similar a la limitación de las actuaciones perceptivas y atencionales visuales en todo el espacio36,39,57–59. Curiosamente, estudios previos de la memoria visual a corto plazo han mostrado una disminución en la capacidad de la memoria de trabajo visual para letras con una excentricidad creciente de 4 grados a 10 grados de ángulo visual, y el efecto se atenuó parcialmente después de cambiar la escala del estímulo de acuerdo con la ampliación cortical. factor60. Nuestros hallazgos de un aumento no lineal en errores no sistemáticos a través de la excentricidad extienden aún más la hipótesis de aumento cortical a VSWM para ubicaciones espaciales. Como se muestra en estudios previos de agudeza perceptual39, el factor de magnificación cortical también es una función no lineal de la excentricidad, que muestra una disminución gradualmente más lenta desde la excentricidad de 1,5 grados a 12 grados de ángulo visual. Los mayores errores de VSWM para objetivos periféricos pueden deberse a la heterogeneidad espacial del procesamiento perceptivo en las primeras regiones visuales. Alternativamente, podría provenir de una representación mnemotécnica desigual en el espacio en las regiones visuales de nivel inferior16,17 y en las regiones frontales y parietales posteriores de nivel superior con una mayor distorsión en su organización retinotópica10,44. Por lo tanto, la ampliación cortical de las primeras regiones visuales puede limitar tanto la codificación perceptiva como el mantenimiento mnemotécnico de la información espacial en el campo visual periférico. ¿Cómo puede afectar exactamente el aumento cortical a la precisión de VSWM en el espacio? Existen al menos dos mecanismos, que incluyen una disminución del factor de magnificación cortical y un mayor tamaño del campo receptivo a medida que aumenta la excentricidad del objetivo38,40,41,61,62. Dado que la densidad celular en la representación visual central de V1 es aproximadamente igual63 o incluso mayor64 que en la representación periférica, las disminuciones en el factor de magnificación cortical con la excentricidad significan más neuronas dedicadas al procesamiento foveal.

Como se ilustra en los estudios de modelado anteriores51 y en nuestros datos de simulación (Fig. S5 complementaria), una cantidad menor de neuronas en un microcircuito VSWM local aumentaría la deriva estocástica en la actividad de la población y, por lo tanto, aumentaría la varianza de la salida de la red. Es posible que el mayor error asistemático con el aumento de la excentricidad en nuestros datos MGS sea la manifestación conductual del factor de magnificación cortical y la variabilidad en la actividad de la red recurrente en el espacio cortical. Además, un tamaño de campo receptivo más grande también puede reducir la calidad de la representación de VSWM en la periferia, ya que una sintonización espacial amplia puede reducir la precisión tanto de la codificación como del mantenimiento de VSWM. Los estudios futuros podrían examinar más a fondo cómo el tamaño del campo de memoria en la red del atractor de golpes afecta los errores de VSWM al variar sistemáticamente la estructura y la fuerza de la transmisión sináptica excitatoria e inhibitoria. La segunda observación importante es el curso temporal diferente de errores sistemáticos y no sistemáticos sobre el retraso. Encontramos una acumulación de errores no sistemáticos en los movimientos sacádicos guiados por la memoria a medida que el período de demora se extendía hasta 5 s, mientras que un error sistemático distribuido más aleatoriamente a lo largo del tiempo. Se alinea con muchos estudios previos de la memoria de trabajo, que muestran que cuanto más largo es el intervalo de retención, mayor es la variabilidad de la recuperación de la memoria para el color65,66, la orientación48,66,67, los estímulos faciales66 y la ubicación espacial8,47. Por el contrario, el error medio de recuperación de objetivos espaciales no varía significativamente con la duración del retraso6,8,47.

En particular, nuestros resultados replicaron y ampliaron el estudio de memoria de trabajo espacial realizado por White y colegas8, quienes utilizaron un paradigma MGS similar en monos macacos. Sin embargo, en comparación con los patrones de error no sistemático en el espacio 2D, los patrones de error relacionados con el retraso parecían mostrar mayores diferencias individuales y parecían independientes de la excentricidad. No obstante, el efecto del retraso se mantuvo estable en varias sesiones y se reprodujo en el conjunto de datos de replicación (Figura complementaria S3). ¿Cuál es el sustrato neuronal de la precisión de la memoria degradada a lo largo del tiempo, como se refleja en la mayor variabilidad del recuerdo con duraciones de retraso más largas? La representación de los contenidos u objetivos de VSWM está asociada con la actividad neuronal sostenida observada en regiones corticales y subcorticales distribuidas durante el retraso de la memoria15, y la variabilidad de la actividad neuronal persistente durante el retraso puede ser la base de la variabilidad de la respuesta conductual en ensayos individuales5,52,68,69. Esta variabilidad neuronal se acumula gradualmente con el tiempo, asociada con la degradación de la representación de la memoria con un intervalo de retención aumentado52. Como lo modelaron estudios previos51 y el presente estudio (Fig. S5 complementaria), en un modelo de atractor de golpes, la deriva aleatoria de la actividad neuronal de la población aumenta con el tiempo en ausencia de entradas sensoriales externas, lo que aumenta los errores no sistemáticos y no sistemáticos con una demora más prolongada. duraciones Más allá de los mecanismos de microcircuitos recurrentes locales, otros mecanismos neuronales, como la plasticidad sináptica a corto plazo70–72, también pueden explicar los cambios en la precisión de la memoria durante el retraso. Mientras que los errores no sistemáticos pueden provenir de procesos relacionados con la memoria, los errores sistemáticos parecen menos dependientes del mantenimiento de la memoria. Aquí, encontramos que los errores sistemáticos no se acumularon durante los intervalos de retraso en nuestros hallazgos de comportamiento y simulación computacional. Además, se ha demostrado que los errores sistemáticos varían con el brillo de la habitación8, las posiciones iniciales de la cabeza y los ojos6 y la retroalimentación post-sacádica7. Por lo tanto, los errores sistemáticos pueden depender de un mecanismo no basado en la memoria, como un proceso ruidoso de transformación sensoriomotora que traduce de forma imprecisa las señales retinotópicas en comandos motores6. En particular, un estudio73 mostró que las actividades de descarga de las neuronas de ráfaga relacionadas con los movimientos sacádicos coliculares son similares en un movimiento sacádico guiado visualmente preciso y en un movimiento sacádico inexacto guiado por la memoria, lo que indica que los errores sistemáticos pueden surgir de la adición u omisión de señales que están aguas abajo de la colículo superior.

Estas señales pueden relacionarse con restricciones cinemáticas en la generación de movimientos sacádicos74, como una compensación de la posición orbital presacádica, pero el papel exacto de dichas señales en la generación de errores sistemáticos en las respuestas guiadas por la memoria sigue sin estar claro. Sin embargo, no podemos descartar que los errores sistemáticos se originen en otras regiones corticales involucradas en el procesamiento espacial y la transformación sensoriomotora como FEF75 e IPS76,77. Por ejemplo, se ha demostrado que FEF demuestra una organización neuronal por cuadrantes, posiblemente relacionada con un sesgo sistemático de las respuestas de memoria hacia el centro del cuadrante10. Aunque nuestros hallazgos principales respaldan una teoría de errores no sistemáticos basada en la memoria y una teoría de errores sistemáticos no basada en la memoria, es importante tener en cuenta otras posibilidades. Las transformaciones sensoriomotoras también pueden desempeñar un papel en la acumulación de la variabilidad de la respuesta a lo largo del tiempo durante el retraso inicial6 o durante el período de retraso75.

EXTRACTO DE CITANCHE: MEJORA LA MEMORIA

También se desconoce si los errores sistemáticos pueden estar relacionados con el mantenimiento de la memoria en algunas situaciones. Los errores sistemáticos pueden aumentar sustancialmente después de 5 s, el intervalo de demora más largo que usamos. Además, se ha demostrado que los errores medios de recuerdo para la orientación48,49 o el color50 aumentaron con respecto a los retrasos en la memoria cuando se presentaron varios elementos y cuando los elementos se mantuvieron activamente en la memoria50. Se necesitan más estudios para examinar dónde, cuándo y cómo ocurren los errores sistemáticos y no sistemáticos. Los paradigmas de la memoria de trabajo espacial que no se basan en la transformación sensoriomotora, como una tarea retrasada de coincidencia con la muestra78, pueden ser una buena alternativa para probar la dependencia de los errores de comportamiento en el mantenimiento de la memoria. Examinar errores sistemáticos y no sistemáticos de VSWM en modelos clínicos como la enfermedad de Parkinson79 y la esquizofrenia80 también puede ayudar a comprender mejor la naturaleza de los errores de comportamiento y podría ayudar a desarrollar marcadores de comportamiento para ayudar en el diagnóstico de estos trastornos. Otro hallazgo intrigante en el presente estudio es la diferencia entre movimientos sacádicos primarios y secundarios. En general, los movimientos sacádicos secundarios mostraron una tarea más robusta por la interacción de la excentricidad y el efecto del retraso en comparación con los movimientos sacádicos primarios. Es posible que los movimientos sacádicos primarios y secundarios reflejen diferentes componentes de VSWM. Las sacadas primarias pueden estar más estrechamente vinculadas a un plan motor inicial, mientras que las sacadas correctivas pueden reflejar más de cerca la calidad de la representación VSWM81–83.

Como tal, los errores en los movimientos sacádicos guiados por la memoria primaria pueden implicar errores motores que no son diferenciables de las respuestas guiadas visualmente, lo que explica la interacción más débil entre la tarea y la excentricidad. Consistentemente, un efecto de retraso más pequeño en los movimientos sacádicos primarios puede indicar errores motores constantes a lo largo de los retrasos. Finalmente, encontramos poca o ninguna interacción entre la excentricidad y el retraso, lo que sugiere que el procesamiento espacial y temporal de VSWM puede ser en gran medida independiente. Es posible que el mantenimiento de VSWM a lo largo del tiempo se relacione con la dinámica neuronal local, como la deriva estocástica de la actividad neuronal simulada por el modelo de atracción de golpes. Por el contrario, la representación de VSWM en el espacio probablemente esté limitada por un mecanismo neuronal más global, como el mapeo topográfico de largo alcance dentro y entre las regiones corticales. Tal contraste entre los mecanismos locales y globales puede explicar la invariancia de los errores sistemáticos a través de los retrasos y la excentricidad por interacciones de retraso en los datos simulados (Figura complementaria S5), ya que el modelo solo captura la dinámica neuronal local, pero no los cambios interregionales e intrarregionales. topografía regional. Los modelos futuros deberían incorporar mecanismos tanto locales como globales para simular la heterogeneidad espacial en el procesamiento de VSWM.

Por ejemplo, construir un modelo VSWM bidimensional que incorpore la organización intrarregional (no) topográfica a lo largo de la vía visual dorsal medida por fMRI22 o electrofisiología10 sería crucial para comprender el procesamiento de VSWM en el espacio. Además, los modelos de circuitos a gran escala se pueden integrar aún más con factores topográficos, como las conexiones topográficas interregionales84 y el muestreo corticocortical85, para capturar mejor el procesamiento espacial en VSWM. En resumen, el presente estudio demuestra cómo los errores de punto final sacádico varían en el espacio bidimensional y el tiempo utilizando una tarea de respuesta retardada oculomotora en sujetos humanos. Observamos diferentes cursos de tiempo de error sistemático y no sistemático durante el intervalo de retención, durante el cual los errores sistemáticos fluctuaron aleatoriamente, mientras que los errores no sistemáticos parecieron acumularse hasta por 5 s. Proponemos que los errores asistemáticos, no los errores sistemáticos, se reflejen más en los procesos relacionados con la memoria. También encontramos un aumento en los errores sistemáticos y no sistemáticos con el aumento de la excentricidad del objetivo. La interacción entre la excentricidad y la tarea fue significativa para los errores no sistemáticos, lo que indica una restricción potencial de la organización retinotópica en la representación VSWM. Finalmente, la falta de interacción entre la excentricidad y la demora sugiere mecanismos potencialmente distintos de procesamiento de VSWM en el espacio y en el tiempo.