Efectos múltiples y disociables de la historia sensorial sobre el rendimiento de la memoria de trabajo, Parte 1

Los informes conductuales de información sensorial están sesgados por el historial de estímulos. La naturaleza y dirección de tales sesgos de dependencia serial pueden diferir entre entornos experimentales; Se han observado sesgos tanto atractivos como repulsivos hacia estímulos previos.

La información sensorial es el resultado de la interacción de nuestro cuerpo con el mundo exterior y puede ser percibida por nuestros cinco sentidos: vista, oído, tacto, gusto y olfato. Esta información sensorial se transmite a nuestro cerebro a través del sistema nervioso, donde se procesa y codifica en la memoria. Por tanto, existe una estrecha relación entre la información sensorial y la memoria.

Ser capaz de crear y conservar buenos recuerdos es una capacidad cognitiva importante y la información sensorial es fundamental para este proceso. A medida que pasamos por diversas experiencias y eventos en nuestras vidas, nuestro cerebro recibe información de cada uno de nuestros sentidos, incluidos sonidos, imágenes, sabores, olores y más. Esta información sensorial despierta nuestro interés y estimula nuestras emociones, haciendo que la experiencia sea más profunda y significativa.

Cuando necesitamos recordar algún evento, la información sensorial nos ayuda a recuperar información relevante de nuestro banco de memoria. Por ejemplo, una pintura puede evocar una imagen visual de un lugar, una canción puede recordarnos nuestro estado emocional y los sabores y olores pueden evocarnos momentos y escenas específicas. La información sensorial también se puede combinar para crear recuerdos más complejos.

Por tanto, mantener una variedad de experiencias sensoriales es muy útil para mejorar la memoria. Podemos intentar participar en diversas actividades, como ver películas, escuchar música, leer libros, visitar museos, viajar, etc. Mantener la curiosidad y una actitud ascendente y recopilar información diversa ayudará al desarrollo general de nuestra cognición, pensamiento y memoria. .

Finalmente, recuerde que existe una relación que se refuerza mutuamente entre la información sensorial y la memoria. Las experiencias sensoriales positivas estimulan la memoria y una memoria sana nos ayuda a recordar y comprender mejor nuestras experiencias sensoriales. Por tanto, debemos centrarnos en la experiencia de cada sentido para favorecer nuestro desarrollo integral. Se puede ver que necesitamos mejorar nuestra memoria. Cistanche deserticola puede mejorar significativamente la memoria porque Cistanche deserticola es un material medicinal tradicional chino con muchos efectos únicos, uno de los cuales es mejorar la memoria. La eficacia de la carne picada proviene de sus diversos ingredientes activos, incluidos ácidos, polisacáridos, flavonoides, etc. Estos ingredientes pueden promover la salud del cerebro de diversas maneras.

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Cómo y cuándo surgen estos sesgos en el cerebro humano sigue en gran medida inexplorado. Podrían ocurrir a través de un cambio en el procesamiento sensorial en sí o durante procesos posperceptivos como el mantenimiento o la toma de decisiones.

Para abordar esto, evaluamos a 20 participantes (11 mujeres) y analizamos datos conductuales y magnetoencefalográficos (MEG) de una tarea de memoria de trabajo en la que a los participantes se les presentaron secuencialmente dos rejillas orientadas al azar, una de las cuales recibió indicaciones para recordar al final de la prueba. ensayo.

Las respuestas conductuales mostraron evidencia de dos sesgos distintos: (1) un sesgo repulsivo dentro del ensayo que se aleja de la orientación previamente codificada en el mismo ensayo, y (2) un sesgo atractivo entre ensayos hacia la orientación relevante para la tarea en el ensayo anterior.

La clasificación multivariada de la orientación del estímulo reveló que las representaciones neuronales durante la codificación del estímulo estaban desviadas de la orientación de la rejilla anterior, independientemente de si consideramos la orientación previa dentro del ensayo o entre ensayos, a pesar de los efectos opuestos en el comportamiento.

Estos resultados sugieren que los sesgos repulsivos ocurren en el nivel del procesamiento sensorial y pueden ser anulados en etapas posperceptivas para dar lugar a sesgos atractivos en el comportamiento.

Palabras clave:

sesgos; aprendizaje automático; MEG; representaciones neuronales; dependencia serial; memoria de trabajo.

Declaración de importancia

La experiencia reciente sesga los informes conductuales de la información sensorial, posiblemente aprovechando la regularidad temporal de nuestro entorno. Todavía no está claro en qué etapa del procesamiento de estímulos surgen tales sesgos en serie.

Aquí, registramos datos de comportamiento y neurofisiológicos [magnetoencefalográficos (MEG)] para probar si los patrones de actividad neuronal durante el procesamiento sensorial temprano muestran los mismos sesgos observados en los informes de los participantes. En una tarea de memoria de trabajo que produjo múltiples sesgos en el comportamiento, las respuestas estaban sesgadas hacia objetivos anteriores, pero alejadas de estímulos más recientes.

Los patrones de actividad neuronal estaban uniformemente desviados de todos los elementos previamente relevantes. Nuestros resultados contradicen la propuesta de que todos los sesgos en serie surgen en una etapa temprana de procesamiento sensorial. En cambio, la actividad neuronal exhibió principalmente respuestas de adaptación a estímulos recientes.

Introducción

La historia del estímulo modula el desempeño guiado por información sensorial. La dependencia de las correlaciones temporales está profundamente arraigada en el sistema visual (Simoncelli y Olshausen, 2001) y puede ser beneficiosa para guiar la percepción dentro de un mundo que es en gran medida estable en escalas de tiempo cortas (Dong y Atick, 1995). La evidencia sensorial pasada puede ser un previo eficaz para extraer señales del flujo sensorial ruidoso y ayudar a mantener una representación estable para salvar parpadeos, movimientos oculares u oclusiones visuales.

Estudios recientes también han revelado fuertes influencias a corto plazo de la estimulación previa en tareas de respuesta retardada y de memoria de trabajo (Huang y Sekuler, 2010; Cicchini et al., 2014, 2018; Fischer y Whitney, 2014; Bae y Luck, 2017; Fritsche et al., 2017; Czoschke et al., 2019). Más específicamente, los elementos recordados a menudo se informan como más similares al estímulo relevante para la tarea en una prueba anterior.

Se sugiere que este sesgo de atracción, a veces denominado sesgo de dependencia serial, aumenta la estabilidad temporal al actuar como un precedente (Cicchini et al., 2014; Fischer y Whitney, 2014; Kiyonaga et al., 2017; Fischer et al., 2020). Por el contrario, las características de los ítems presentados secuencialmente en los ensayos a menudo se consideran más diferentes entre sí (Born y Tootell, 1992; Störmer y Alvarez, 2014; Fritsche et al., 2017). Este sesgo repulsivo podría resultar de una codificación eficiente de señales temporalmente autocorrelacionadas (Cicchini et al., 2018).

La amplificación de diferencias sutiles entre estímulos podría servir además para optimizar la toma de decisiones perceptivas (Kiyonagaet al., 2017; Cicchini et al., 2018; van Bergen y Jehee, 2019). A pesar de sus direcciones opuestas, se han demostrado sesgos de desempeño atractivos y repulsivos. para influir conjuntamente en el procesamiento de tareas (Fritsche et al., 2017, 2020; Czoschke et al., 2019), aunque en diferentes escalas de tiempo (Gekas et al., 2019; Sheehan y Serences, 2022).

Si bien la literatura actual se ha centrado en gran medida en el comportamiento, relativamente menos trabajo ha examinado si estos sesgos opuestos comparten un mecanismo neuronal y, en particular, si ambos sesgos pueden surgir en etapas tempranas o tardías del procesamiento sensorial. Varios estudios han mostrado evidencia de sesgos entre ensayos que surgen en la corteza visual temprana (St. John-Saaltink et al., 2016; Sheehan y Serences, 2022), pero con una resolución temporal insuficiente para aislar las primeras etapas de procesamiento, o han medido solo la actividad. corteza frontal pero no corteza sensorial (Papadimitriou et al., 2017).

El estudio actual combinó informes de comportamiento en tareas de memoria de trabajo y registros magnetoencefalográficos continuos (MEG) para evaluar los sesgos dentro y entre ensayos inducidos por la historia sensorial con alta resolución temporal.

Ideamos una tarea en la que a los participantes se les presentaban secuencialmente dos orientaciones y utilizamos una respuesta continua y precisa para reproducir una de ellas al final de una prueba. Además, incluimos una pista que indicaba cuál de las dos orientaciones debía informarse en el ensayo para probar la posible susceptibilidad diferencial de sesgos a la relevancia de los estímulos en la tarea (según Bae y Luck, 2020; Fischer et al., 2020).

Comparamos los sesgos sistemáticos inducidos por la primera orientación con la segunda (sesgo dentro del ensayo), así como los sesgos del ensayo anterior con el ensayo actual (sesgo entre ensayos).

Fundamentalmente, probamos si podíamos encontrar firmas neuronales para tales sesgos utilizando un enfoque de decodificación que aprovechara la alta resolución temporal de MEG. Nos propusimos decodificar la orientación presentada y esperábamos encontrar los sesgos dentro y entre ensayos en los datos neuronales que reflejaban los sesgos de comportamiento.

Al realizar una vista previa de los resultados, confirmamos que las respuestas conductuales fueron sistemáticamente alejadas de orientaciones previas en el mismo ensayo y atraídas hacia las orientaciones recordadas en el ensayo anterior.

Reflejando los resultados de la repulsión conductual, la representación neuronal sensorial de la orientación del estímulo se alejó de la orientación anterior presentada en un ensayo determinado.

Sin embargo, no encontramos evidencia neuronal de un sesgo sensorial atractivo entre ensayos durante la codificación de la orientación, a pesar de tal sesgo observado en el comportamiento. En cambio, siempre observamos un sesgo neuronal repulsivo, independientemente de si consideramos las orientaciones del mismo ensayo o del anterior como un sesgo sensorial atractivo entre ensayos durante la codificación de la orientación. fuente del sesgo.

Materiales y métodos

Participantes

En el estudio participaron veinte voluntarios sanos con visión normal o corregida a normal. Todos los participantes tenían entre 20 y 36 años (media 25,4 años; 11 mujeres). Antes de participar en el estudio, los voluntarios dieron su consentimiento informado según los procedimientos aprobados por el Comité de Ética en Investigación de la Universidad Central de la Universidad de Oxford. Los participantes recibieron una compensación de £15 por hora por participar en este estudio.

Configuración experimental

Los participantes se sentaron en el escáner MEG, que estaba situado en una habitación con poca luz, insonorizada y protegida magnéticamente. Se colocó una pantalla de proyección a una distancia de visión de 90 cm. Los estímulos visuales se proyectaron en la parte posterior de la pantalla con una resolución espacial de 1024 768 píxeles utilizando una frecuencia de actualización de 60 Hz utilizando un proyector DLP de Panasonic (PT-D7700E).

La tarea fue programada y presentada usando MATLAB (MathWorks) junto con Psychophysics Toolbox (Brainard, 1997). Los participantes indicaron sus respuestas en un cuadro de respuestas de fibra óptica.

Tarea

Los participantes realizaron una tarea de memoria de trabajo de precisión en la que reprodujeron la orientación de uno de dos estímulos de rejilla presentados secuencialmente con orientaciones independientes (Fig. 1). Simultáneamente con la presentación de la segunda rejilla, se indicó a los participantes qué orientación de rejilla debían informar cuando se les sondeara al final de la prueba. En la mitad de los ensayos, sólo se presentó y utilizó la primera o segunda rejilla para informar.

Cada prueba comenzó con un punto de fijación central (0.ángulo visual de 2 grados) en pantalla durante 800 ms con un fondo gris (RGB: 127, 127, 127; Fig. 1). Posteriormente, se aplicó un estímulo de Gabor sinusoidal a una El ángulo aleatorio se presentó centralmente en la pantalla visual durante 200 ms (diámetro del ángulo visual de 6 grados, dos ciclos por grado de ángulo visual, 50 % de contraste, ahusado por una envoltura gaussiana con una SD de 1,5 grados).

En las pruebas en las que no se presentó la primera rejilla, el punto de fijación cambió de color de negro a gris (RGB: 192, 192, 192) para señalar la omisión. Después de un retraso de 1700 a 1900 ms, se presentó la segunda rejilla. Esta segunda rejilla tenía las mismas propiedades que la primera rejilla excepto por el ángulo, que se dibujó aleatoriamente independientemente del de la orientación de la primera rejilla.

En el centro de la rejilla, el punto de fijación cambió de color [naranja: (255,161, 0); cian: (0, 236, 255)]. El color indicaba si se probaría la primera orientación (informar la primera prueba) o la segunda orientación (informar la segunda prueba). Las contingencias de color de señal del experimento se contrarrestaron entre los participantes y cambiaron a mitad del experimento.

Después de cambiar las contingencias de color, los participantes practicaron las nuevas contingencias a lo largo de un bloque antes de continuar con la segunda mitad de la sesión. La señal de color siempre fue válida para indicar qué orientación de la rejilla era relevante para la etapa de informe al final de la prueba. En las pruebas en las que la segunda rejilla estaba ausente, la señal siempre indicaría la primera orientación.

Después de otro retraso de 1700 a 1900 ms, apareció una rejilla de sonda. Los participantes tuvieron que ajustar su orientación para que coincidiera con la rejilla indicada en la memoria. Los ajustes se realizaron presionando botones con la mano derecha para girar la rejilla en el sentido de las agujas del reloj (CW; dedo medio) o en el sentido contrario a las agujas del reloj (dedo índice).

Las respuestas se confirmaron presionando un botón con el dedo índice izquierdo. Siguió un período de fijación de 200- ms, después del cual a los participantes se les presentó 50 ms de retroalimentación en forma de una rejilla que indicaba la orientación correcta.

En total, los participantes completaron 400 pruebas. En la mitad de las pruebas, se presentaron dos ítems en 200 pruebas (100 pruebas con la primera señal y 100 con informe de la segunda señal). Sólo se presentó un ítem en los 200 ensayos restantes (100 con solo el rallado 1 y 100 con solo el rallado 2).

El diseño factorial resultante (rejilla relevante, número de rejillas presentadas) incluyó cuatro condiciones: informar primero con dos ítems presentados, informar primero con un ítem presentado, informar segundo con dos ítems presentados e informar segundo con un ítem presentado. Los tipos de ensayos se mezclaron aleatoriamente y se presentaron en bloques de 50 ensayos, cada bloque con una duración de 10 min.

Análisis de comportamiento

El error de respuesta se cuantificó calculando la distancia circular entre la orientación recuperada y la orientación indicada. Todas las respuestas se asignaron a un espacio de 90 grados a 90 grados para calcular el error circular. En todos los análisis entre ensayos, se excluyó el primer ensayo de cada bloque.

Modelado de mezclas

Ajustamos un modelo de mezcla clásico utilizado frecuentemente en la literatura sobre memoria de trabajo para investigar la tasa relativa de respuestas a objetivos, conjeturas y respuestas erróneas al objetivo equivocado ("errores de intercambio"; Bays et al., 2009; Schneegans y Bays, 2017). .

El modelo se ajustó por separado para cada condición (informe primero en ensayos de dos ítems; informe primero en control de un ítem; informe segundo en ensayos de dos ítems; informe segundo en control de un ítem).

El modelo de mezcla estimó la precisión de la distribución de von Mises, la tasa de respuesta objetivo, la tasa de conjeturas y la tasa de intercambio del ítem que se presentó en el mismo ensayo pero sin indicaciones (solo ensayos de dos ítems). Después de ajustar los datos al conjunto de datos completo, el modelo proporcionó ponderaciones de prueba única para la tasa de respuesta objetivo, la tasa de conjetura y la tasa de intercambio.

Cálculo del sesgo de desempeño

Calculamos el sesgo de desempeño (la diferencia circular con signo entre la respuesta y la orientación objetivo) como una función de la diferencia circular entre la orientación objetivo y la orientación que indujo el sesgo (la orientación objetivo en el ensayo anterior o la orientación relevante en el mismo ensayo). ).

No utilizamos la orientación de respuesta para evitar confundir el sesgo serial con el sesgo oblicuo, lo que podría inflar artificialmente la estimación del sesgo (De Gardelle et al., 2010; Tomassini et al., 2010). Calculamos la diferencia entre la orientación del objetivo y el inductor mediante resta, con todas las diferencias angulares asignadas entre 90 grados y 90 grados.

Estas distancias se agruparon en 64 contenedores superpuestos del mismo tamaño, y cada contenedor contenía el 25% de las pruebas. Calculamos el error con signo promedio (sesgo) en todos los ensayos dentro de cada contenedor. Los artefactos en los bordes se evitaron envolviendo las diferencias angulares, para garantizar que el promedio se calculara en un número constante de pruebas y se centrara en el punto medio del contenedor.

Posteriormente, invertimos el sesgo de rendimiento en bins con una distancia negativa y promediamos distancias negativas (90 grados a 0 grados) y positivas (0 grados a 90 grados) entre la orientación del objetivo. e inducir la orientación, lo que da como resultado 32 contenedores. El sesgo sumado sobre distancias absolutas (0 grados a 90 grados) calculado sobre los 32 contenedores para cada condición y participante sirvió como medida del sesgo.

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