Davranış Beyni Nasıl Şekillendirir ve Beyin Davranışı Nasıl Şekillendirir: Hafıza Gelişiminden Öngörüler

Daha fazla bilgi için:ali.ma@wecistanche.com

Kaynak bellekçocukluk döneminde önemli ölçüde iyileşir. Bu iyileşmenin hipokampal olgunlaşma ile yakından ilişkili olduğu düşünülmektedir. Önceki çalışmalar, aralarındaki ilişkileri değerlendirmek için çoğunlukla kesitsel tasarımlar kullanmıştır.kaynak bellekve hipokampal fonksiyon, beyindeki değişikliklerin beyindeki gelişmelerden önce gelip gelmediği bilinmemektedir.hafızaya da tam tersi. Bu boşluğu gidermek için mevcut çalışmada, 4- ve 6-yaşındaki insan çocukları 3 yıl boyunca takip etmek için hızlandırılmış bir boylamsal tasarım (n=200, 100 erkek) kullanıldı. Gelişimsel değişiklikleri takip ettik.kaynak bellekve içsel hipokampal fonksiyonel bağlantı ve arasındaki öngörücü ilişkilerde 4- ve 6- yaşındaki kohortlar arasındaki farklılıkları değerlendirdi.kaynak bellekzorlu bir görevin yokluğunda değişiklikler ve içsel hipokampal fonksiyonel bağlantı. Önceki çalışmalarla uyumlu olarak, yaşa bağlı artışlar vardıkaynak bellekve bellek kodlaması sırasında dahil olduğu bilinen hipokampus ve kortikal bölgeler arasındaki içsel fonksiyonel bağlantı. Yeni bulgular, yaşamın erken dönemlerinde bellek yeteneğindeki değişikliklerin, hipokampus ve kortikal bölgeler arasındaki daha sonraki bağlantıyı öngördüğünü ve içsel hipokampal işlevsel bağlantının, kaynak bellekteki daha sonraki değişiklikleri öngördüğünü gösterdi. Bu bulgular, davranışsal deneyimin ve beyin gelişiminin etkileşimli, çift yönlü süreçler olduğunu, öyle ki deneyimin beyindeki gelecekteki değişiklikleri şekillendirdiğini ve beynin davranıştaki gelecekteki değişiklikleri şekillendirdiğini göstermektedir. Sonuçlar ayrıca, gözlemlenen etkiler hem çocukların yaşına hem de spesifik beyin ROI'lerine bağlı olduğundan, hem zamanlama hem de yerin önemli olduğunu göstermektedir. Birlikte, bu bulgular, gelişim sırasında bilişsel süreçler ve bunların altında yatan nörolojik temeller arasındaki etkileşimli ilişkilere eleştirel bir bakış açısı ekler.

Anahtar Kelimeler: hızlandırılmış boylamasına tasarım; beyin gelişimi;Bölümsel hafıza; hipokampal fonksiyonel bağlantı;hafıza gelişimi;kaynak bellek

1Department of Curriculum and Learning Sciences, Zhejiang University, Zijingang Campus, Hangzhou, 310058, 2Department of Psychology,

Maryland Üniversitesi, College Park, Maryland 20742 ve 3 Çocuk Hastanesi, Zhejiang Üniversitesi Tıp Fakültesi, Ulusal Klinik

Çocuk Sağlığı Araştırma Merkezi, Hangzhou, 310052

Önem Beyanı

Kesitsel çalışmalar, önceki deneyimlerin bağlamsal ayrıntılarını (yani kaynak belleği) hatırlama yeteneğinin, çocukluktaki hipokampal gelişim ile ilişkili olduğunu göstermiştir. Hipokampal fonksiyonel değişikliklerin hafızadaki gelişmelerden önce mi yoksa tam tersi mi olduğu bilinmiyor. Hızlandırılmış bir boylamsal tasarım kullanarak, erken kaynak bellek değişikliklerinin daha sonraki içsel hipokampal fonksiyonel bağlantıyı öngördüğünü ve bu bağlantının daha sonraki kaynak bellek değişikliklerini öngördüğünü bulduk. Bu bulgular, davranışsal deneyimin ve beyin gelişiminin etkileşimli, çift yönlü süreçler olduğunu, öyle ki deneyimin beyindeki gelecekteki değişiklikleri şekillendirdiğini ve beynin gelecekteki davranış değişikliklerini şekillendirdiğini göstermektedir. Ayrıca, bu etkileşimler çocukların yaşının ve beyin bölgesinin bir fonksiyonu olarak değişerek beyin-davranış etkileşimlerini araştırırken gelişimsel bir bakış açısının önemini vurgulamıştır.

Cistanche tubulosa tozu ve hafıza için Cistanche için tıklayın

giriiş

Kaynak bellek, çocukluk döneminde önemli ölçüde gelişir (örneğin, Riggins, 2014). Spesifik olarak, yaşla birlikte çocuklar, yaşam deneyimlerinin bağlamsal ayrıntılarını raporlamada ve tutmada daha iyi hale gelir (Bauer, 2007). Bu gelişme, hipokampal yapı ve gelişim boyunca işlevdeki yaşa ve hafızaya bağlı farklılıklar tarafından kanıtlandığı gibi, hipokampal olgunlaşma ile yakından ilişkilidir (inceleme için bkz. Ghetti ve Bunge, 2012; Sastre ve diğerleri, 2016; Tang ve diğerleri, 2018; Riggins ve diğerleri, 2020). Önceki çalışmalar, beyin ve hafıza gelişimi arasındaki ilişkileri değerlendirmek için esas olarak, gerçek gelişimsel değişikliklerin araştırılmasına izin vermeyen ve kohort etkileri gibi kafa karıştırıcı faktörlerden etkilenebilen kesitsel tasarımları kullanmıştır. Bu nedenle, beyindeki değişikliklerin hafızadaki gelişmelerden önce mi yoksa tam tersi mi olduğu bilinmiyor. Ek olarak, önceki çalışmalar, farklı gelişim dönemlerinin karşılaştırmasını zorlaştıran küçük çocuklara veya okul çağındaki çocuklara odaklanmıştır. Bu boşlukları gidermek için mevcut çalışma, 4- ve 6- yaşındaki çocukları 3 yıl boyunca takip etmek için hızlandırılmış bir boylamsal tasarım kullandı. Bu tasarım, içsel hipokampal işlevsel bağlantıdaki (iHFC) gelişimsel değişiklikleri keşfetmemize ve kaynak bellek ile işlevsel bağlantı arasındaki öngörücü ilişkilerde 4- ve 6- yaşındaki kohortlar arasındaki farklılıkları değerlendirmemize izin verdi (bkz. 1).

Yetişkinlerde, içsel işlevsel bağlantının, beyin bölgeleri arasındaki görevle tetiklenen birlikte aktivasyonun bir sonucu olarak ortaya çıkan beynin işlevsel mimarisini yansıttığı düşünülmektedir (Fox ve Raichle, 2007). Çocukların içsel işlevsel bağlantı kalıpları muhtemelen benzer bir şekilde inşa edilmiştir; bununla birlikte, uzun vadeli kalıplama hipotezi, bu bağlantı modellerinin hem olgunlaşma hem de deneyimin bir sonucu olarak zamanla şekillendiğini öne sürmüştür (Gabard-Durnam ve diğerleri, 2016). Örneğin, 2 yıl boyunca 4- ila 18-yaşındakileri izleyerek, ileriye dönük analizler, göreve bağlı amigdala işlevsel bağlantısının 2 yıl sonra dinlenme durumundaki işlevsel bağlantıyı öngördüğünü, ancak aynı anda olmadığını gösterdi (Gabard-Durnam et al., 2016). Bu bulgular, hem çocuklarda hem de yetişkinlerde göreve dayalı beyin aktivasyonu ile içsel işlevsel bağlantı arasındaki ilişkileri ortaya koymaktadır; ancak, bu tür ilişkiler gelişime göre farklılık gösterebilir.

Ampirik veriler ayrıca beyin ve davranış arasındaki çift yönlü etkileri de destekler. İlk olarak, önceki çalışmalar, davranışsal değişikliklerin göreve dayalı ve içsel işlevsel bağlantıyı şekillendirdiği fikrini desteklemektedir (örneğin, Jolles ve diğerleri, 2016; Clark ve diğerleri, 2017; Rosenberg-Lee ve diğerleri, 2018). Örneğin, 8- ila 9- yaşındaki çocuklarda, 8 haftalık matematik dersi iHFC'yi intraparietal sulkusa güçlendirdi (Jolles ve ark., 2016). İkincisi, deneysel çalışmalar, içsel işlevsel bağlantının, gelişimin sonraki aşamalarında bilişsel yeteneklerdeki kazanımları öngörebileceğini göstermiştir (örn., Hoeft ve diğerleri, 2011; Supekar ve diğerleri, 2013; Evans ve diğerleri, 2015). Örneğin, Supekar ve ark. (2013) matematik dersinden önce ölçülen iHFC'nin orta çocukluk döneminde ders verdikten sonra performans artışlarını öngördüğünü buldu.

Bu çalışmalara dayanarak, kaynak bellek değişiklikleri ile hipokampustan beyin bölgelerine içsel fonksiyonel bağlantı arasında, bağlamsal bilgiyi kodlamayı desteklediği bildirilen iki yönlü etkiler olup olmadığını araştırdık (Geng ve diğerleri, 2019). Aşağıdakileri değerlendirmek için hızlandırılmış bir boylamsal tasarım kullandık: (a) kaynak bellek ve iHFC arasındaki eşzamanlı ilişkilerde yaşa bağlı değişiklikler; (b) erken kaynak bellek değişiklikleri ile daha sonraki iHFC arasındaki öngörücü ilişkiler; ve (c) erken iHFC ve daha sonraki kaynak bellek değişiklikleri arasındaki öngörücü ilişkiler (Şekil 1)

Deneyimin etkisinin zaman içinde biriktiği düşünüldüğünden, erken kaynak bellek kazanımlarının daha sonraki iHFC'yi tahmin edeceğini varsaydık (Gabard-Durnam ve diğerleri, 2016). Günlük bellek etkinlikleriyle deneyimlerin biriktirilmesinin, çocukluk döneminde iHFC'de gelişimsel değişiklikleri yönlendirmesi bekleniyordu. Ek olarak, gelişimin başlarında daha fazla esneklik nedeniyle (örneğin, Tottenham ve Sheridan, 2010), bellek değişikliklerinin daha genç ve yaşlı kohortta daha sonraki bağlantıyı daha güçlü bir şekilde tahmin etmesini bekliyorduk.

Beyin bağlantısının daha sonraki davranışları şekillendirmesi önerildiği için (örneğin, Evans ve diğerleri, 2015), iHFC'nin kaynak bellek yeteneklerindeki kazanımları öngöreceğini varsaydık. Ek olarak, hipokampal fonksiyon orta ve erken çocukluk döneminde daha olgun olduğu için (Geng ve diğerleri, 2019), 6 yıllık bağlantının gelecek hafızayı 4 yıllık bağlantıdan daha güçlü bir şekilde tahmin edeceğini varsaydık.

Malzemeler ve yöntemler

Katılımcılar Çocuklar, hızlandırılmış bir boylamsal tasarım (N=200, 100 erkek) kullanan erken çocukluk döneminde hafıza ve beyin gelişimini araştıran büyük bir çalışmanın katılımcılarıydı (Riggins ve diğerleri, 2018; Geng ve diğerleri, 2019). Çalışmanın ilk dalgası (W1) 4- ila 8-yaşlarındaki çocukları içeriyordu. 4- ve 6- yaşındaki çocuklar, birbirini izleyen iki test dalgası için tekrar davet edildi (W2 ve W3; Şekil 2). Toplamda üç dalga vardı ve her dalga genç ve yaşlı kohortları içeriyordu (genç grup: W1=4 yıl, W2=5 yıl, W3=6 yıl; eski grup: W{{ 17}} yıl, W2=7 yıl, W3=8 yıl). Tablo 1, her kohortta son analizler için 3, 2 veya 1 dalga veri sağlayan çocukların sayısını göstermektedir. Nörogörüntüleme verilerinin kaybının ana nedenleri, çocukların çok fazla hareket etmesi, tarama sırasında uykuya dalması, tarayıcıya girmeyi reddetmesi veya ailelerin takibini yapamamasıydı.

Wechsler Çocuklar için Zeka Ölçeği (Ed 4) (Wechsler, 2003) veya Wechsler Okul Öncesi ve İlköğretim Zeka Ölçeği (Wechsler, 2012)'den kelime ve blok tasarım alt testlerini kullanarak 1. W1'de çocukların IQ'larını ölçtük. ). Analizlere dahil edilen tüm çocukların ortalama ila ortalamanın üzerinde tahmini IQ'su vardı. Ölçekli kelime puanlarında genç ve yaşlı kohortlar arasında fark bulunmadı (genç: ortalama=11.07, SD=2.96; yaşlı: ortalama=11.66, SD { {11}}.55; p=0.33) veya blok tasarım alt testleri (genç: ortalama=12.96, SD=2.73; eski: ortalama=13). 03, SD=3.00; p=0.92). Ebeveynler, tüm katılımcıların herhangi bir nörogelişimsel bozukluk, nörolojik durum veya psikiyatrik durum olmaksızın sağlıklı olduğunu bildirdi. Ayrıca ebeveynler çocukların yüzde 88,5'ini sağ elini, yüzde 6,8'ini sol elini, yüzde 3,7'sini iki elini kullandığını ve yüzde 1'inin de tespit edilemediğini bildirmiştir.

Deneysel tasarım Kodlama. İlk ziyaret sırasında çocuklar, yetişkin bir kadın ("Abby") ve erkek sesli bir kukla ("Henry") aracılığıyla iki farklı kaynaktan birinden yeni gerçekleri (örneğin, "Bir grup gergedana kaza denir") öğrendiler. dijital videolar (Drummey ve Newcombe, 2002; Riggins, 2014). Her kaynak, toplam 12 gerçek için 6 gerçek sağladı. Olguların sunumu kaynak tarafından engellendi, burada çocuklar önce bir kaynaktan 6 gerçeği, ardından diğer kaynaktan 6 gerçeği öğrendi ve blokların sırası katılımcılar arasında rastgele dağıtıldı. Üç gerçek listesi vardı; her liste, listeler arasında benzer olan benzersiz gerçeklerden oluşuyordu (örneğin, "Bir grup kanguruya çete denir" veya "Bir grup keçiye kabile denir"). Bu listeler katılımcılar arasında rastgele atanmıştır. Çocuklardan bir sonraki hafta gerçekler üzerinde sınanacakları için gerçeklere dikkat etmeleri istendi ancak gerçeklerin kaynağı üzerinde sınanacakları söylenmedi. Çocuklara deneyden önce gerçekleri bilip bilmedikleri sorulmuştur. Bilinen gerçekler hariç tutuldu ve aynı kaynak listesinden ek yeni gerçeklerle değiştirildi (ancak bu nadiren meydana geldi). Her kaynakta, çocukların gerçeklerden 1 veya 2'sini bilmeleri olasılığını açıklamak için 8 olası gerçek vardı. Bir çocuk bir kaynaktan 3 veya daha fazla gerçeği biliyorsa, çocuğun test edildiği toplam gerçek sayısı azalır (ancak bu nadirdi, n=4).

geri alma. İkinci ziyaret sırasında, çocuklar ilk ziyaretteki gerçekler ve kaynaklar için hafızalarında test edildi. Çocuklardan 22 önemsiz soruyu yanıtlamaları ve deneyciye bu önemsiz soruların yanıtlarını nereden öğrendiklerini söylemeleri istendi. Soruların bazılarını bir hafta önce "Abby" veya "Henry"den öğrendikleri, bazılarını laboratuvar dışında (örneğin bir öğretmenden veya ebeveynden) öğrenmiş olabilecekleri ve bazılarını da bilmiyor olabilecekleri söylendi. Çocuklar, "Abby"den, 6'sı "Henry"den sunulan 22 gerçeğin 6'sını öğrendiler, 5'i çocuklar tarafından yaygın olarak bilinen gerçeklerdi (örneğin, "Gökyüzü ne renktir?"), 5'i ise çocukların tipik olarak bilmeyecekleri gerçeklerdi. (örneğin, "Gözünüzün renkli kısmına ne denir?"). 22 olgudan oluşan her listede iki rastgele sunum sırası vardı ve bu sıralamalar katılımcılar arasında dengelendi. Çocuklar belirli bir sorunun kaynağını hatırlayamıyorsa, beş çoktan seçmeli seçenek verilmiştir: ebeveynler, öğretmen, videodaki kız, videodaki bir kukla veya sadece biliyor/tahmin ediyor.

Kaynak bellek, çocukların öğrenilen toplam gerçek sayısından hem gerçeği hem de kaynağı doğru olarak hatırladığı veya tanıdığı soruların oranı olarak hesaplandı (aşağıdaki formüle bakın). Kaynak belleğinin bu ölçüsünün, olaysal belleğin önemli bir yönü olan gerçeklerin ve kaynakların bağlanmasını yansıttığı düşünülmektedir (Miller ve diğerleri, 2013; Cooper ve Ritchey, 2020).

Görevsiz tarama sırasında, katılımcının baş hareketi gerçek zamanlı olarak izlendi. Bir katılımcı, herhangi bir koşunun ilk yarısında aşırı baş hareketi (herhangi bir yönde 0,2 mm) sergilediyse, tarama yeniden başlatıldı ve katılımcıya mümkün olduğunca hareketsiz kalması hatırlatıldı.

Görüntüleme verilerinin ön işlemesi Analizlerde, ilk MR sinyalinin kararsızlığı ve katılımcı adaptasyonu nedeniyle ilk dört cilt veri toplamadan önce atıldığı için, toplanan 210 dinlenme durumu fMRI görüntülerinin tümü dahil edildi. Ön işleme aşağıdaki adımları içeriyordu. İlk olarak, DPABI 1.3 kullanılarak dilim zamanı düzeltmesi, kafa hareketi düzeltmesi ve yumuşatma gerçekleştirilmiştir (Yan ve diğerleri, 2016). Daha sonra, yapaylıkla ilgili bileşenleri kaldırmak için bir FSL araç kutusu olan MELODIC kullanılarak düzgünleştirilmiş veriler üzerinde bağımsız bir bileşen analizi yapıldı (Geng ve diğerleri, 2019). Artefaktla ilgili tüm bileşenleri çıkardıktan sonra beyin çıkarma, normalleştirme ve filtreleme yapıldı. Tillman ve ark. (2018), T1-ağırlıklı görüntü üzerinde beyin çıkarma işlemi, yüksek kaliteli veri sağlamak için altı araç kutusunda ayrı ayrı gerçekleştirildi: Gelişmiş Normalleştirme Araçları, AFNI, FSL, BSE, ROBEX ve SPM8. En az dört alet kutusu tarafından çıkarılan vokseller beyin maskesine dahil edildi. Ortak kayıt ve normalleştirme gerçekleştirmek için Gelişmiş Normalleştirme Araçları kullanıldı. İstatistiksel analizler AFNI'de yapılmıştır (Cox, 1996). AFNI'de normalleştirilmiş veriler üzerinde geçici bant geçiren filtreleme (0.01-0}.1 Hz) ve 5 mm FWHM Gauss çekirdeği ile uzamsal yumuşatma gerçekleştirilmiştir.

Bireysel tohum bölgeleri (iki taraflı