Cách hành vi hình thành bộ não và bộ não định hình hành vi: Những hiểu biết từ sự phát triển trí nhớ

Để biết thêm thông tin:ali.ma@wecistanche.com

Nguồn bộ nhớcải thiện đáng kể trong thời thơ ấu. Sự cải thiện này được cho là có liên quan mật thiết đến sự trưởng thành của hồi hải mã. Như các nghiên cứu trước đây chủ yếu sử dụng thiết kế mặt cắt để đánh giá mối quan hệ giữanguồn bộ nhớvà chức năng hồi hải mã, vẫn chưa rõ liệu những thay đổi trong não có trước những cải thiện trongkỉ niệmhoặc ngược lại. Để giải quyết khoảng cách này, nghiên cứu hiện tại đã sử dụng thiết kế theo chiều dọc tăng tốc (n=200, 100 nam giới) để theo dõi 4- và 6- trẻ em loài người trong 3 năm. Chúng tôi đã theo dõi những thay đổi phát triển trongnguồn bộ nhớvà kết nối chức năng hồi hải mã nội tại và đánh giá sự khác biệt giữa nhóm thuần tập 4- và 6- tuổi trong mối quan hệ dự đoán giữanguồn bộ nhớthay đổi và kết nối chức năng hồi hải mã nội tại khi không có nhiệm vụ đòi hỏi. Phù hợp với các nghiên cứu trước đó, có sự gia tăng liên quan đến tuổi tác trongnguồnkỉ niệmvà kết nối chức năng nội tại giữa vùng hồi hải mã và vùng vỏ não được biết là có liên quan trong quá trình mã hóa bộ nhớ. Những phát hiện mới lạ cho thấy những thay đổi trong khả năng ghi nhớ khi còn nhỏ đã dự đoán sự kết nối sau này giữa vùng hải mã và vùng vỏ não và kết nối chức năng vùng hải mã nội tại dự đoán những thay đổi sau này trong bộ nhớ nguồn. Những phát hiện này cho thấy trải nghiệm hành vi và sự phát triển não bộ là những quá trình tương tác, hai chiều, trải nghiệm đó định hình những thay đổi trong tương lai trong não và não bộ định hình những thay đổi trong hành vi trong tương lai. Kết quả cũng cho thấy rằng cả thời gian và vị trí đều quan trọng, vì những tác động quan sát được phụ thuộc vào cả độ tuổi của trẻ và ROI cụ thể của não. Kết hợp với nhau, những phát hiện này bổ sung thêm cái nhìn sâu sắc về mối quan hệ tương tác giữa các quá trình nhận thức và cơ sở thần kinh cơ bản của chúng trong quá trình phát triển.

Từ khóa: thiết kế dọc gia tốc; phát triển não;nhớ phân đoạn;kết nối chức năng hồi hải mã;phát triển trí nhớ; nguồn bộ nhớ

Fengji Geng, 1,3 Morgan Botdorf, 2 và Tracy Riggins2

1 Khoa Giáo trình và Khoa học Học tập, Đại học Chiết Giang, Cơ sở Zijingang, Hàng Châu, 310058, Khoa Tâm lý học 2D,

Đại học Maryland, College Park, Maryland 20742, và 3 Bệnh viện Trẻ em, Đại học Y khoa Chiết Giang, National Clinical

Trung tâm nghiên cứu sức khỏe trẻ em, Hàng Châu, 310052

Tuyên bố ý nghĩa

Các nghiên cứu cắt ngang đã chỉ ra rằng khả năng ghi nhớ các chi tiết theo ngữ cảnh của những trải nghiệm trước đây (tức lànguồn bộ nhớ) có liên quan đến sự phát triển hồi hải mã trong thời thơ ấu. Không rõ liệu chức năng của hồi hải mã có thay đổi trước những cải tiến trongkỉ niệmhoặc ngược lại. Bằng cách sử dụng thiết kế theo chiều dọc tăng tốc, chúng tôi nhận thấy rằngnguồn bộ nhớnhững thay đổi dự đoán kết nối chức năng hồi hải mã nội tại sau này và kết nối này dự đoán những thay đổi về bộ nhớ nguồn sau này. Những phát hiện này cho thấy trải nghiệm hành vi và sự phát triển của não bộ là những quá trình tương tác, hai chiều, trải nghiệm đó định hình những thay đổi trong tương lai trong não và não hình thành những thay đổi hành vi trong tương lai. Hơn nữa, những tương tác này thay đổi theo chức năng của độ tuổi và vùng não của trẻ em, làm nổi bật tầm quan trọng của quan điểm phát triển khi điều tra các tương tác hành vi-não.

Nhấp vào cửa hàng vitamin Cistanche và Cistanche để ghi nhớ

Giới thiệu

Bộ nhớ nguồn được cải thiện đáng kể trong thời thơ ấu (ví dụ, Riggins, 2014). Cụ thể, theo độ tuổi, trẻ em trở nên giỏi hơn trong việc tường thuật và lưu giữ các chi tiết theo ngữ cảnh của kinh nghiệm sống (Bauer, 2007). Sự phát triển này có liên quan chặt chẽ đến quá trình trưởng thành của hồi hải mã, bằng chứng là sự khác biệt liên quan đến tuổi tác và trí nhớ trong cấu trúc và chức năng của hải mã trong suốt quá trình phát triển (xem Ghetti và Bunge, 2012 để đánh giá; Sastre và cộng sự, 2016; Tang và cộng sự, 2018; Riggins và cộng sự, 2020). Các nghiên cứu trước đây chủ yếu sử dụng thiết kế mặt cắt để đánh giá mối quan hệ giữa sự phát triển của não và trí nhớ, điều này không cho phép điều tra những thay đổi phát triển thực sự và có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố gây nhiễu, chẳng hạn như hiệu ứng thuần tập. Do đó, vẫn chưa biết liệu những thay đổi trong não có trước sự cải thiện về trí nhớ hay ngược lại. Ngoài ra, các nghiên cứu trước đây đã tập trung vào trẻ nhỏ hoặc trẻ trong độ tuổi đi học, điều này làm cho việc so sánh các giai đoạn phát triển khác nhau trở nên khó khăn. Để giải quyết những khoảng cách này, nghiên cứu hiện tại đã sử dụng thiết kế theo chiều dọc tăng tốc để theo dõi trẻ 4- và 6- tuổi trong 3 năm. Thiết kế này cho phép chúng tôi khám phá những thay đổi phát triển trong kết nối chức năng hồi hải mã nội tại (iHFC) và đánh giá sự khác biệt giữa nhóm thuần tập 4- và 6- tuổi trong mối quan hệ dự đoán giữa bộ nhớ nguồn và kết nối chức năng (xem Hình . 1).

Ở người lớn, kết nối chức năng nội tại được cho là phản ánh cấu trúc chức năng của não, xuất hiện do kết quả của sự kích hoạt nhiệm vụ được khơi gợi giữa các vùng não (Fox và Raichle, 2007). Các mô hình kết nối chức năng nội tại của trẻ em có thể được xây dựng theo cách tương tự; tuy nhiên, giả thuyết đúc kết dài hạn đã đề xuất rằng các mô hình kết nối này được định hình theo thời gian là kết quả của cả quá trình trưởng thành và kinh nghiệm (Gabard-Durnam et al., 2016). Ví dụ: bằng cách theo dõi trẻ từ {5}} đến 18- tuổi trong hơn 2 năm, các phân tích tiềm năng chỉ ra rằng kết nối chức năng hạch hạnh nhân do tác vụ gợi ý đã dự đoán kết nối chức năng ở trạng thái nghỉ 2 năm sau, nhưng không đồng thời (Gabard-Durnam và cộng sự, 2016). Những phát hiện này cho thấy mối liên hệ giữa kích hoạt não dựa trên nhiệm vụ và kết nối chức năng nội tại ở cả trẻ em và người lớn; tuy nhiên, các hiệp hội như vậy có thể khác nhau trong quá trình phát triển.

Dữ liệu thực nghiệm cũng hỗ trợ ảnh hưởng hai chiều giữa não và hành vi. Đầu tiên, các nghiên cứu trước đây ủng hộ quan điểm rằng các thay đổi hành vi định hình kết nối chức năng nội tại và dựa trên nhiệm vụ (ví dụ: Jolles và cộng sự, 2016; Clark và cộng sự, 2017; Rosenberg-Lee và cộng sự, 2018). Ví dụ: ở trẻ em từ 8- đến 9- tuổi, 8 tuần dạy kèm toán đã củng cố iHFC thành intraparietal sulcus (Jolles và cộng sự, 2016). Thứ hai, các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng kết nối chức năng nội tại có thể dự đoán mức tăng khả năng nhận thức sau này trong quá trình phát triển (ví dụ: Hoeft và cộng sự, 2011; Supekar và cộng sự, 2013; Evans và cộng sự, 2015). Ví dụ, Supekar et al. (2013) phát hiện ra rằng iHFC đo lường trước khi dạy kèm toán dự đoán sự cải thiện hiệu suất sau khi dạy kèm trong thời thơ ấu.

Dựa trên những nghiên cứu này, chúng tôi đã tìm hiểu xem liệu có ảnh hưởng hai chiều giữa những thay đổi trong bộ nhớ nguồn và kết nối chức năng nội tại từ vùng đồi thị đến các vùng não được báo cáo để hỗ trợ mã hóa thông tin theo ngữ cảnh hay không (Geng và cộng sự, 2019). Chúng tôi đã sử dụng thiết kế theo chiều dọc tăng tốc để đánh giá những điều sau: (a) những thay đổi liên quan đến độ tuổi trong mối quan hệ đồng thời giữa bộ nhớ nguồn và iHFC; (b) mối quan hệ dự đoán giữa các thay đổi bộ nhớ nguồn ban đầu và iHFC sau đó; và (c) mối quan hệ dự đoán giữa iHFC ban đầu và những thay đổi bộ nhớ nguồn sau này (Hình 1).

Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng mức tăng bộ nhớ nguồn ban đầu sẽ dự đoán iHFC sau này vì tác động của trải nghiệm được cho là sẽ tăng dần theo thời gian (Gabard-Durnam et al., 2016). Tích lũy kinh nghiệm với các hoạt động ghi nhớ hàng ngày được kỳ vọng sẽ thúc đẩy những thay đổi phát triển ở iHFC trong thời thơ ấu. Ngoài ra, do độ dẻo cao hơn trong giai đoạn đầu phát triển (ví dụ: Tottenham và Sheridan, 2010), chúng tôi kỳ vọng rằng những thay đổi về bộ nhớ sẽ dự đoán mạnh mẽ hơn khả năng kết nối sau này trong nhóm trẻ hơn so với nhóm già hơn.

Vì khả năng kết nối của não đã được đề xuất để định hình hành vi sau này (ví dụ, Evans và cộng sự, 2015), chúng tôi đã giả thuyết rằng iHFC sẽ dự đoán mức tăng khả năng ghi nhớ nguồn. Ngoài ra, vì chức năng hồi hải mã trưởng thành hơn trong thời kỳ trung niên so với thời thơ ấu (Geng và cộng sự, 2019), chúng tôi giả thuyết rằng khả năng kết nối ở thời điểm 6 tuổi sẽ dự đoán mạnh mẽ hơn về bộ nhớ trong tương lai so với khả năng kết nối ở thời điểm 4 tuổi.

Nguyên liệu và phương pháp

Những người tham gia Trẻ em là những người tham gia vào một nghiên cứu lớn điều tra trí nhớ và sự phát triển của não trong thời thơ ấu sử dụng thiết kế theo chiều dọc tăng tốc (N=200, 100 nam giới) (Riggins và cộng sự, 2018; Geng và cộng sự, 2019). Làn sóng đầu tiên (W1) của nghiên cứu bao gồm trẻ em từ 4- đến 8- tuổi. Những đứa trẻ 4- và 6- tuổi được mời trở lại cho hai đợt kiểm tra tiếp theo (W2 và W3; Hình 2). Tổng cộng, có ba làn sóng và mỗi làn sóng bao gồm nhóm thuần tập trẻ và già (nhóm thuần tập trẻ: W 1=4 năm, 2=5 năm, {3=6 tuổi; nhóm tuổi: W {{ 17}} năm, W 2=7 năm, W 3=8 năm). Bảng 1 cho thấy số trẻ em đã cung cấp 3, 2 hoặc 1 làn sóng dữ liệu cho các phân tích cuối cùng trong mỗi nhóm thuần tập. Nguyên nhân chính dẫn đến việc mất dữ liệu hình ảnh thần kinh là do trẻ di chuyển quá nhiều, ngủ gật trong quá trình quét, không chịu vào máy quét hoặc gia đình không theo dõi kịp.

Chúng tôi đã đo chỉ số IQ của trẻ ở W1 bằng cách sử dụng các bài kiểm tra phụ về từ vựng và thiết kế khối từ Thang đo trí thông minh Wechsler cho trẻ em (Ed 4) (Wechsler, 2 00 3) hoặc Thang đo trí thông minh cho trẻ mẫu giáo và tiểu học Wechsler (Wechsler, 2012 ). Tất cả trẻ em được đưa vào phân tích đều có chỉ số IQ ước tính từ trung bình đến trên trung bình. Không tìm thấy sự khác biệt giữa nhóm trẻ và nhóm già về điểm số theo tỷ lệ về từ vựng (trẻ: trung bình=11. 07, SD=2. 96; già: trung bình=11. 66, SD { {11}}. 55; p=0. 33) hoặc bài kiểm tra thiết kế khối (trẻ: trung bình=12. 96, SD=2. 73; cũ: trung bình=13. 03, Sđd=3. 00; tr=0. 92). Các bậc cha mẹ cho biết tất cả những người tham gia đều khỏe mạnh, không có bất kỳ rối loạn phát triển thần kinh, tình trạng thần kinh hoặc tâm thần nào. Ngoài ra, các bậc cha mẹ cho biết 88,5% trẻ em thuận tay phải, 6,8% thuận tay trái, 3,7% thuận cả hai tay và 1% là không thể xác định được.

Thiết kế thử nghiệm Mã hóa. Trong chuyến thăm đầu tiên, trẻ em đã biết được các sự kiện mới lạ (ví dụ: "Một nhóm tê giác được gọi là một vụ tai nạn") từ một trong hai nguồn khác nhau, một con cái trưởng thành ("Abby") và một con rối lồng tiếng nam ("Henry") qua video kỹ thuật số (Drummey và Newcombe, 2002; Riggins, 2014). Mỗi nguồn cung cấp 6 sự kiện trong tổng số 12 sự kiện. Việc trình bày dữ kiện đã bị chặn bởi nguồn, trong đó trẻ em đầu tiên học được 6 dữ kiện từ một nguồn, sau đó là 6 dữ kiện từ nguồn khác và thứ tự các khối được chọn ngẫu nhiên giữa những người tham gia. Có ba danh sách các sự kiện; mỗi danh sách bao gồm các dữ kiện duy nhất giống nhau giữa các danh sách (ví dụ: "Một nhóm chuột túi được gọi là một đám đông" hoặc "Một nhóm dê được gọi là một bộ lạc"). Những danh sách này được chỉ định ngẫu nhiên giữa những người tham gia. Trẻ em được yêu cầu chú ý đến các dữ kiện vì chúng sẽ được kiểm tra các dữ kiện vào tuần sau nhưng không được thông báo rằng chúng sẽ được kiểm tra về nguồn của các dữ kiện đó. Trẻ em được hỏi liệu chúng có biết sự thật trước khi thử nghiệm hay không. Các dữ kiện đã biết đã bị loại trừ và được thay thế bằng các dữ kiện mới lạ bổ sung từ danh sách của cùng một nguồn (nhưng điều này hiếm khi xảy ra). Mỗi nguồn có 8 sự kiện có thể xảy ra để giải thích khả năng trẻ em biết 1 hoặc 2 sự kiện. Nếu một đứa trẻ biết 3 sự kiện trở lên từ một nguồn, thì tổng số sự kiện mà đứa trẻ được kiểm tra sẽ giảm đi (nhưng điều này rất hiếm, n=4).

Truy xuất. Trong lần thăm khám thứ hai, trẻ em được kiểm tra trí nhớ về các dữ kiện và nguồn tin từ lần thăm khám đầu tiên. Trẻ em được yêu cầu trả lời 22 câu hỏi đánh đố và cho người làm thí nghiệm biết nơi chúng đã học được câu trả lời cho những câu hỏi đố vui đó. Họ được thông báo rằng họ đã học một số câu hỏi trong tuần trước từ "Abby" hoặc "Henry", một số câu hỏi mà họ có thể đã học bên ngoài phòng thí nghiệm (ví dụ: từ giáo viên hoặc cha mẹ), và một số câu hỏi có thể họ không biết. Những đứa trẻ đã học được 6 trong số 22 sự kiện được trình bày từ "Abby", 6 từ "Henry", 5 là những sự thật mà trẻ em thường biết (ví dụ: "Bầu trời có màu gì?"), Và 5 là những sự kiện mà trẻ em thường không biết (ví dụ, "Phần màu của mắt bạn được gọi là gì?"). Mỗi danh sách gồm 22 sự kiện có hai thứ tự trình bày ngẫu nhiên, và những thứ tự này là đối trọng giữa những người tham gia. Nếu trẻ không thể nhớ lại nguồn cho một câu hỏi cụ thể, năm lựa chọn trắc nghiệm sẽ được đưa ra: cha mẹ, giáo viên, cô gái trong video, một con rối trong video hoặc chỉ biết / đoán.

Trí nhớ nguồn được tính bằng tỷ lệ các câu hỏi mà trẻ nhớ lại hoặc nhận ra chính xác cả sự việc và nguồn gốc trong tổng số sự kiện đã học (xem công thức bên dưới). Phương pháp đo trí nhớ nguồn này được cho là phản ánh sự ràng buộc của các dữ kiện và nguồn, là một khía cạnh quan trọng của trí nhớ theo từng tập (Miller và cộng sự, 2013; Cooper và Ritchey, 2020).

Trong quá trình quét không cần tác vụ, chuyển động đầu của người tham gia được theo dõi trong thời gian thực. Nếu một người tham gia có chuyển động đầu quá mức (.2 mm theo bất kỳ hướng nào) trong nửa đầu của bất kỳ lần chạy nào, quá trình quét sẽ được khởi động lại và người tham gia được nhắc giữ càng yên càng tốt.

Xử lý trước dữ liệu hình ảnh Trong phân tích, tất cả 21 0 hình ảnh fMRI trạng thái nghỉ được thu thập đều được đưa vào, vì bốn tập đầu tiên đã bị loại bỏ trước khi thu thập dữ liệu vì sự không ổn định của tín hiệu MR ban đầu và sự thích nghi của người tham gia. Quá trình tiền xử lý bao gồm các bước sau. Đầu tiên, hiệu chỉnh thời gian cắt lát, hiệu chỉnh chuyển động đầu và làm mịn được thực hiện bằng cách sử dụng DPABI 1.3 (Yan et al., 2016). Sau đó, một phân tích thành phần độc lập đã được chạy trên dữ liệu được làm mịn bằng cách sử dụng MELODIC, một hộp công cụ FSL, để loại bỏ các thành phần liên quan đến tạo tác (Geng và cộng sự, 2019). Sau khi loại bỏ tất cả các thành phần liên quan đến tạo tác, việc trích xuất, chuẩn hóa và lọc não được tiến hành. Theo quy trình được đề xuất bởi Tillman et al. (2018), việc trích xuất não trên T 1- hình ảnh có trọng số được tiến hành riêng biệt trong sáu hộp công cụ: Công cụ chuẩn hóa nâng cao, AFNI, FSL, BSE, ROBEX và SPM8 để đảm bảo dữ liệu chất lượng cao. Các voxels được trích xuất bởi ít nhất bốn hộp công cụ đã được đưa vào mặt nạ não. Các Công cụ Chuẩn hóa Nâng cao đã được sử dụng để thực hiện việc đăng ký lõi và chuẩn hóa. Các phân tích thống kê được thực hiện trong AFNI (Cox, 1996). Lọc thông dải tạm thời (0. 01-0. 1 Hz) và làm mịn không gian với hạt nhân Gaussian FWHM 5 mm được thực hiện trong AFNI trên dữ liệu chuẩn hóa.

Các vùng hạt riêng lẻ (hải mã hai bên trước và sau) được lấy từ quá trình quét cấu trúc bằng Freesurfer 5.1 (Fischl, 2 0 12) và được chỉnh sửa bằng Công cụ Bộ điều hợp Phân đoạn Tự động (Wang và cộng sự, 2 0 11). Hồi hải mã được chia thành các đoạn trước và sau bằng cách sử dụng xác định thủ công các mốc giải phẫu tiêu chuẩn. Đỉnh chú đóng vai trò là biên giới giữa hồi hải mã trước và sau (Duvernoy, 2005; Weiss et al., 2005). Người đánh giá mù tịt về độ tuổi và giới tính của người tham gia. Độ tin cậy để xác định các mốc này chỉ ra sự đồng ý 94,60 phần trăm trong vòng 1 lát và 99,99 phần trăm đồng ý trong 2 lát. Hệ số tương quan nội hạt cao và nằm trong khoảng từ 0,897 đến 0,985. Khi có sự bất đồng giữa những người xếp hạng về vị trí lát chính xác, lát của người xếp hạng có kinh nghiệm hơn sẽ được sử dụng.

Mối tương quan giữa chuỗi thời gian của các vùng hạt riêng lẻ (hồi hải mã hai bên và vùng sau) và của toàn bộ não đã được tính toán để tạo ra các bản đồ kết nối chức năng trạng thái nghỉ của cá nhân. Sau đó, phép biến đổi r-to-z của Fisher được sử dụng để chuyển đổi bản đồ r thành bản đồ z để thu được các giá trị được phân phối chuẩn của bản đồ kết nối. Các giá trị z được trích xuất từ ​​6 ROI: tiểu thùy đỉnh thấp hơn / trên (IPL / SPL), con quay chẩm dưới (IOG), con quay thái dương dưới bên trái (ITG), con quay hồi chuyển trán trái (IFG), con quay hồi chuyển fusiform và con quay hồi chuyển trán quỹ đạo (OFG) (Hình 3). Các vùng não này được xác định theo nghiên cứu trước đó, cho thấy rằng trẻ em từ 4- đến 8- tuổi cho thấy sự kích hoạt mạnh hơn ở các vùng này trong quá trình mã hóa các mục (tức là hình ảnh động vật và đồ vật) sau đó được ghi nhớ bằng nguồn chính xác hơn so với nguồn không chính xác (ví dụ: hình ảnh của các nhân vật hoạt hình) (để biết chi tiết, xem Geng et al., 2019). Sự khác biệt về kích hoạt cho thấy sáu vùng não này rất quan trọng để mã hóa thông tin theo ngữ cảnh. Do đó, các vùng này được chọn làm ROI trong nghiên cứu hiện tại.

Phân tích thống kê Các mô hình hỗn hợp tuyến tính được sử dụng nhờ khả năng xử lý dữ liệu dọc không cân bằng và không đầy đủ. Cụ thể, một loạt các mô hình hiệu ứng cố định đã được chạy trong SPSS 2 0. 0 để kiểm tra mối liên hệ giữa độ tuổi, bộ nhớ nguồn và iHFC. Đầu tiên, những thay đổi liên quan đến tuổi trong bộ nhớ nguồn được đánh giá. Sau đó, các mối quan hệ giữa độ tuổi, bộ nhớ nguồn và iHFC với mỗi ROI được phân tích để đánh giá những thay đổi trong các mối quan hệ đồng thời. Tiếp theo, các mô hình được sử dụng để kiểm tra xem những thay đổi trước đó trong bộ nhớ nguồn có dự đoán iHFC muộn hơn với mỗi ROI hay không và liệu kết nối chức năng sớm hơn với mỗi ROI có dự đoán những thay đổi sau đó trong bộ nhớ nguồn hay không.

Như đã đề xuất trong phần Giới thiệu, cần có thời gian để thay đổi hành vi và não bộ để tạo khuôn mẫu cho nhau. Do đó, chúng tôi đã phân tích mối quan hệ của sự thay đổi bộ nhớ giữa W1 và W2 với kết nối chức năng tại W3 (Hình 1). Ngoài ra, chúng tôi đã tính toán các mối quan hệ của kết nối chức năng tại W1 với sự thay đổi bộ nhớ giữa W1 và W3 (Hình 1). Một lý do thực tế khác khiến khoảng thời gian thay đổi bộ nhớ khác nhau giữa hai phân tích dự đoán là không có sự thay đổi đáng kể về bộ nhớ nguồn giữa W2 và W3 trong nhóm thuần tập cũ. [Một câu hỏi quan tâm khác là những thay đổi trong bộ nhớ nguồn có liên quan như thế nào đến những thay đổi trong iHFC; tuy nhiên, trong mẫu hiện tại, có quá nhiều dữ liệu bị mất do chuyển động để kiểm tra những thay đổi trong iHFC trong hai nhóm thuần tập. Do đó, dữ liệu thời điểm duy nhất được sử dụng cho các phân tích kết nối chức năng.]

Các hiệp biến liên tục (tuổi, FD trung bình, thay đổi bộ nhớ nguồn và iHFC) trong các mô hình này đã được chuẩn hóa trên toàn bộ mẫu. Tiêu chí Thông tin của Akaike được sử dụng để so sánh các mô hình của các hiệu ứng chính với các mô hình bao gồm cả các hiệu ứng chính và tương tác. Các mô hình có giá trị Tiêu chí Thông tin của Akaike thấp nhất đã được chọn là mô hình phù hợp nhất. Với kích thước mẫu vừa phải (xem Bảng 1) và số lượng ROI hạn chế, các hiệu chỉnh cho nhiều phép so sánh đã không được áp dụng. Nếu các tương tác liên quan đến nhóm thuần tập (trẻ so với già) được quan sát, mối quan hệ giữa các thước đo bộ nhớ nguồn và iHFC được ước tính lại cho mỗi nhóm bằng cách chuẩn hóa các hiệp biến cho từng nhóm riêng biệt và ước lượng lại các thông số mô hình.

Kết quả

Kết quả hành vi

Có 194 trẻ em cung cấp dữ liệu để phân tích hành vi (Bảng 1). Để dự đoán hiệu suất bộ nhớ nguồn, các mô hình hiệu ứng cố định, bao gồm độ tuổi, nhóm thuần tập (trẻ so với già) và tương tác nhóm tuổi có sự phù hợp tốt hơn so với mô hình chỉ bao gồm các hiệu ứng chính. Tuổi tác có liên quan tích cực đến hiệu suất bộ nhớ nguồn (b=0. 0 51, SE=0. 0 23, t (353)=2. 281, tr=0. 0 23) và có sự tương tác đáng kể giữa độ tuổi và nhóm thuần tập (b=–0.075, SE=0. 031, t (353) {{17 }} 2.423, tr=0. 016). Khi tương tác này được thăm dò, kết quả cho thấy những thay đổi liên quan đến tuổi trong bộ nhớ nguồn lớn hơn ở nhóm trẻ so với già (p, 0,001 so với p=0. 028; Hình 4). Không có sự khác biệt nào được quan sát thấy giữa trẻ 6- tuổi từ nhóm trẻ được kiểm tra ở W3 và trẻ 6- tuổi từ nhóm cũ được kiểm tra ở W1 (tr. 0,90). Ngoài ra, chúng tôi đã kiểm tra xem có sự khác biệt về bộ nhớ nguồn giữa các nhóm tuổi trong mỗi nhóm thuần tập hay không. Tất cả các so sánh giữa các nhóm tuổi đều đạt mức ý nghĩa, ngoại trừ sự khác biệt giữa 7 và 8 tuổi (tr=0. 24).

Các thay đổi liên quan đến tuổi trong các mối quan hệ đồng thời giữa bộ nhớ nguồn và kết nối chức năng Các tác động cố định của mô hình hỗn hợp tuyến tính bao gồm tiểu vùng, tuổi và bộ nhớ nguồn như các biến độc lập và iHFC là biến phụ thuộc. FD trung bình cũng được đưa vào mô hình vì mối quan hệ có ý nghĩa biên giữa tuổi và FD trung bình như đã báo cáo ở trên. Các mô hình hiệu ứng chính phù hợp hơn so với các mô hình có tương tác bộ nhớ nguồn tuổi. Tuổi tác có những tác động chính đáng kể trong việc dự đoán sự kết nối giữa hồi hải mã và IPL / SPL trái, IOG, trái ITG, IFG trái, fusiform gyrus và OFG. Cụ thể, khi tuổi tác tăng lên, iHFC cũng tăng theo (Hình 5). Tác động chính của bộ nhớ nguồn không đáng kể đối với kết nối giữa hồi hải mã và bất kỳ ROI nào.

Ngoài ra, có sự khác biệt về kết nối giữa hồi hải mã trước và sau và fusiform, ITG trái, IOG, OFG và IPL / SPL trái (Bảng 3). Ở tất cả các vùng ngoại trừ OFG, khả năng kết nối ở vùng sau lớn hơn so với vùng hải mã phía trước. Trong IFG, có sự khác biệt có xu hướng về kết nối chức năng của hồi hải mã (trước, sau; Bảng 3).

Mối quan hệ dự đoán giữa các thay đổi bộ nhớ nguồn từ W1 sang W2 và kết nối chức năng tại W3

Các tác động cố định của mô hình hỗn hợp tuyến tính bao gồm tiểu vùng (trước so với sau), nhóm thuần tập (trẻ so với già) và thay đổi bộ nhớ nguồn (được định nghĩa là sự khác biệt trong bộ nhớ nguồn giữa W1 và W2). FD trung bình không được bao gồm trong các mô hình vì không có sự khác biệt về bất kỳ tham số chuyển động nào (FD trung bình, chuyển động tuyệt đối và độ dài dữ liệu) giữa nhóm thuần tập trẻ và già (tr. 0. 60). Các mô hình chứa tương tác thay đổi bộ nhớ nguồn thuần tập dẫn đến mô hình phù hợp hơn cho IFG và OFG bên trái. Ngược lại, các mô hình hiệu ứng chính phù hợp hơn với bốn ROI còn lại. Thay đổi bộ nhớ nguồn giữa W1 và W2 có liên quan tích cực đến kết nối chức năng hồi hải mã W3 với IPL / SPL trái, IOG, ITG trái và con quay hồi chuyển fusiform (Bảng 4; Hình 6).

Có những tương tác đáng kể giữa thuần tập và sự thay đổi bộ nhớ nguồn dự đoán kết nối chức năng nội tại từ hồi hải mã sang trái IFG và OFG (Bảng 4). Để thăm dò những tương tác này, các mô hình hiệu ứng cố định đã được sử dụng để đánh giá từng nhóm thuần tập riêng biệt. Trong nhóm thuần tập trẻ, những thay đổi về bộ nhớ nguồn có liên quan đáng kể đến iHFC với IFG và OFG bên trái (b=0. 1 0 9, SE=0. 0 25, t ( 73)=4. 341, p, 0,001; b=0. 068, SE=0. 022, t (73)=3. 117, p=0 .003). Tuy nhiên, trong nhóm thuần tập cũ, các liên kết này không rõ ràng (giá trị p. 0,20). Do đó, chỉ trong nhóm thuần tập trẻ, những cải thiện về hành vi trong bộ nhớ nguồn mới hình thành kết nối chức năng nội tại sau này giữa hồi hải mã và các vùng vỏ não này (Hình 7). Hơn nữa, chúng tôi thực hiện lại các phân tích ở trên với bộ nhớ nguồn ở W1 và W2 được đưa vào các mô hình để kiểm tra mối quan hệ giữa những thay đổi của bộ nhớ nguồn và kết nối chức năng hồi hải mã sau này. Tất cả các kết quả vẫn giữ nguyên, ngoại trừ tác động chính của việc thay đổi bộ nhớ nguồn trong IPL / SPL bên trái và IOG trở nên không đáng kể (p=0. 18; p=0. 11). Ngoài ra, hồi hải mã phía sau cho thấy khả năng kết nối với fusiform, ITG trái, IOG và IPL / SPL trái nhiều hơn so với hồi hải mã phía trước. Sự khác biệt về OFG và IFG trái không đạt mức ý nghĩa (Bảng 3).

Mối quan hệ dự đoán giữa kết nối chức năng tại W1 và bộ nhớ nguồn thay đổi từ W1 sang W3

Các mô hình hiệu ứng cố định bao gồm iHFC tại W1 và nhóm thuần tập (trẻ so với già) là các biến độc lập và bộ nhớ nguồn thay đổi từ W1 sang W3 như là biến phụ thuộc. FD trung bình không được đưa vào mô hình vì nó không khác biệt đáng kể giữa các nhóm thuần tập (tr. 0. 70). Đối với ITG trái và fusiform, các mô hình tương tác phù hợp hơn. Đối với các ROI khác, các mô hình hiệu ứng chính phù hợp hơn nhưng không tạo ra bất kỳ phát hiện đáng kể nào.

Tương tác giữa nhóm thuần tập và iHFC trong ITG trái và con quay hồi chuyển fusiform dự đoán đáng kể sự thay đổi bộ nhớ nguồn (Bảng 5). Để thăm dò các tương tác, các mô hình hiệu ứng cố định đã được sử dụng để kiểm tra các mối quan hệ trong từng nhóm riêng biệt. Trong nhóm thuần tập cũ hơn, iHFC với ITG bên trái và con quay hồi chuyển fusiform có liên quan đến thay đổi bộ nhớ nguồn (b=- 0. {{1 0}} 90, SE=0 .024, t (60)=3. 76, p, 0,001; b=0. 086, SE=0. 029, t (60)=2. 998, tr=0. 004). Tuy nhiên, mối liên quan này không được quan sát thấy trong nhóm thuần tập trẻ (trang 0,80). Do đó, chỉ trong nhóm thuần tập cũ, kết nối chức năng giữa hồi hải mã và trái ITG và con quay hồi chuyển fusiform dự đoán những cải tiến sau này trong bộ nhớ nguồn (Hình 7).

Thảo luận

Nghiên cứu này sử dụng thiết kế theo chiều dọc tăng tốc để điều tra mối quan hệ dự đoán giữa những thay đổi bộ nhớ nguồn và iHFC trong suốt thời thơ ấu. Đầu tiên, chúng tôi nhận thấy sự gia tăng hiệu suất bộ nhớ nguồn liên quan đến tuổi tác, hỗ trợ các nghiên cứu trước đây về sự khác biệt liên quan đến tuổi chiếu sáng cao trong bộ nhớ nguồn ở nhóm tuổi này (Drummey và Newcombe, 2002; Riggins, 2014). Thứ hai, kết quả chỉ ra rằng iHFC trong mạng bộ nhớ tăng lên trong suốt thời thơ ấu, điều này phù hợp với các nghiên cứu cắt ngang trước đây cho thấy các mối liên quan tương tự giữa độ tuổi và kết nối chức năng hồi hải mã (Blankenship et al., 2017; Geng et al., 2019). Cuối cùng, các kết quả chỉ ra rằng những thay đổi về hiệu suất bộ nhớ trước kết nối chức năng muộn hơn và kết nối chức năng sớm đã dự đoán những thay đổi về bộ nhớ nguồn sau này.

Thay đổi bộ nhớ nguồn dự đoán kết nối chức năng hồi hải mã sau này

Bộ nhớ nguồn thay đổi sớm trong cuộc sống dự đoán kết nối nội tại sau này giữa vùng hải mã và vỏ não khi không có nhiệm vụ, cho thấy rằng hành vi định hình sự kết nối chức năng sau này. Cụ thể, ở tất cả trẻ em, những thay đổi trong bộ nhớ đã dự đoán kết nối nội tại từ hồi hải mã thành fusiform, rời ITG, IOG và rời IPL / SPL 1 năm sau đó. Ngoài ra, trong nhóm trẻ hơn, những thay đổi về trí nhớ ban đầu cũng dự đoán khả năng kết nối chức năng của hồi hải mã với IFG và OFG bên trái. Tuy nhiên, trong các phân tích đánh giá những thay đổi liên quan đến tuổi trong các mối quan hệ đồng thời, khả năng ghi nhớ không liên quan đến iHFC. Những phát hiện này ủng hộ ý tưởng rằng trải nghiệm cuộc sống định hình não bộ trong quá trình phát triển, một quan điểm cũng nhận được sự ủng hộ từ các phát hiện khác (Fox và Raichle, 2007; Gabard-Durnam và cộng sự, 2016). Ví dụ, kết nối chức năng do tác vụ gợi ý đã được chứng minh là có thể dự đoán kết nối chức năng ở trạng thái nghỉ 2 năm sau nhưng không đồng thời (Gabard-Durnam et al., 2016). Ngoài ra, theo đề xuất của khung chuyên môn hóa tương tác, chúng tôi đã diễn giải những phát hiện để chỉ ra rằng những thay đổi trong bộ nhớ sớm trong cuộc sống có thể thúc đẩy sự tích hợp chức năng trong mạng bộ nhớ hồi hải mã và quá trình này cần thời gian để diễn ra (Johnson, 2011; Poppenk et al., 2013). Nói cách khác, tăng trí nhớ sớm có thể phản ánh sự hoàn thiện dần dần của mạng bộ nhớ hồi hải mã theo thời gian, điều này cuối cùng dẫn đến iHFC được nâng cao ngay cả khi không có một nhiệm vụ cụ thể nào. Điều này phù hợp với nghiên cứu trước đây trong các lĩnh vực nhận thức khác cho thấy những thay đổi do đào tạo số học gây ra trong kết nối vùng hải mã-đỉnh ở thời thơ ấu (Rosenberg-Lee và cộng sự, 2018).

Khả năng kết nối chức năng Hippocampal dự đoán những thay đổi về bộ nhớ nguồn sau này

Khả năng kết nối từ hippocampus đến fusiform và ITG dự đoán sự thay đổi bộ nhớ 2 năm sau đó. Tuy nhiên, điều này chỉ đúng với nhóm thuần tập cũ hơn, chẳng hạn như iHFC với fusiform và rời ITF vào 6 năm đã dự đoán những thay đổi về bộ nhớ 2 năm sau đó. Những phát hiện này ủng hộ tuyên bố rằng hoạt động trong não cũng có thể hình thành hành vi và cho thấy rằng sự tích hợp chức năng trong mạng lưới bộ nhớ hồi hải mã có thể dự đoán sự phát triển trong tương lai về khả năng ghi nhớ ở trẻ em dưới 6 tuổi. Phát hiện này phù hợp với các nghiên cứu trước đây cho thấy iHFC trước đó có thể dự đoán những thay đổi hành vi do can thiệp gây ra trong các quần thể phát triển điển hình và không điển hình (Hoeft và cộng sự, 2011; Supekar và cộng sự, 2013). Do đó, nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng, trong giai đoạn đầu đời, sự tương tác giữa não bộ và sự phát triển hành vi không phải là một chiều, mà là một quá trình tương hỗ: thay đổi hành vi hình thành hoạt động não trong tương lai và hoạt động não định hình những thay đổi hành vi trong tương lai.

Thời gian ảnh hưởng đến sự tương tác giữa hành vi và sự phát triển của não bộ

Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng thời gian quan trọng về sự tương tác giữa não và sự phát triển hành vi. Cụ thể, mặc dù những thay đổi về bộ nhớ trước đó dự đoán kết nối hồi hải mã sau này với một số vùng vỏ não nhất định ở cả nhóm trẻ và nhóm già, nhưng chỉ trong nhóm trẻ hơn là những thay đổi trí nhớ sớm liên quan đến kết nối chức năng từ hồi hải mã sang trái IFG và OFG. Ngược lại, kết nối chức năng sớm với fusiform và rời ITG dự đoán đáng kể những thay đổi về bộ nhớ sau này chỉ trong nhóm thuần tập cũ hơn. Chúng tôi đề xuất hai cách giải thích có thể có về những khác biệt về thời gian này. Đầu tiên, những phát hiện này có thể là kết quả của những khác biệt đã biết về mức độ của những thay đổi liên quan đến tuổi trong sự phát triển trí nhớ nguồn trong thời thơ ấu. Phù hợp với các nghiên cứu hành vi trước đây cho thấy tốc độ thay đổi nhanh chóng trong bộ nhớ nguồn trước năm thứ sáu của cuộc đời (Riggins, 2014), nghiên cứu hiện tại chỉ ra rằng sự thay đổi bộ nhớ của nhóm thuần tập 4- đến -6- tuổi nhiều hơn đáng kể so với nhóm thuần tập 6- đến -8- tuổi. Những thay đổi lớn hơn về trí nhớ có thể dẫn đến những thay đổi lớn hơn trong não. Điều này có thể giúp giải thích lý do tại sao những thay đổi bộ nhớ sớm hơn trong nhóm thuần tập trẻ hơn được dự đoán kết nối giữa hồi hải mã với IFG và OFG.

Ngoài ra, sự khác biệt về thời gian có thể là kết quả của những khác biệt đã biết về những thay đổi phát triển ở vùng hải mã trong thời thơ ấu. Các nghiên cứu ở người và động vật đều chỉ ra rằng mạng lưới bộ nhớ của hải mã trải qua sự phát triển đáng kể vào khoảng năm thứ sáu của cuộc đời (Serres, 2001; Lavenex và Lavenex, 2013). Do đó, 4-6 năm có thể là thời kỳ nhạy cảm đối với sự phát triển của hồi hải mã, được đặc trưng bởi độ dẻo cao hơn (Tottenham và Sheridan, 2010). Tuyên bố này phù hợp với lập luận rằng việc định hình kiến ​​trúc chức năng có thể đặc biệt rõ rệt trong các giai đoạn phát triển khi các hệ thống thần kinh mềm dẻo nhất và có thể đáp ứng được với các yếu tố đầu vào của môi trường (Bick và Nelson, 2017). Sau khi giai đoạn nhạy cảm kết thúc, mạng lưới bộ nhớ hồi hải mã trưởng thành hơn có thể bắt đầu thúc đẩy những thay đổi phát triển trong khả năng ghi nhớ. Điều này có thể giải thích tại sao iHFC chỉ dự đoán những thay đổi về hành vi trong nhóm thuần tập cũ hơn. Do đó, chúng tôi suy đoán rằng chỉ sau khi bộ não đạt đến ngưỡng trưởng thành nhất định thì chức năng của nó mới có thể dự đoán hành vi một cách đáng tin cậy và nhất quán. Các tác động về thời gian cũng có thể phụ thuộc vào các vùng não cụ thể thể hiện kết nối chức năng với hồi hải mã. Những thay đổi về trí nhớ sớm từ 4 đến 5 năm dự đoán kết nối chức năng giữa vùng hồi hải mã và vùng trước trán (IFG và OFG) vào lúc 6 tuổi. Tuy nhiên, trong nhóm già hơn, khả năng kết nối chức năng ở tuổi 8 không được dự đoán bằng những thay đổi hành vi từ 6 đến 7 tuổi. Ngược lại, chỉ trong nhóm thuần tập cũ hơn, iHFC mới dự đoán được những thay đổi về trí nhớ 2 năm sau đó, và điều này là cụ thể đối với fusiform và ITG. Những phát hiện này có thể do quỹ đạo phát triển khác nhau của các vùng thần kinh này. Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng sự phát triển của não tiến hành theo một trình tự thứ bậc từ các giác quan đến các vùng liên kết đến các vùng quan trọng đối với các chức năng nhận thức (Gogtay và cộng sự, 2004; Shaw và cộng sự, 2008). IFG và OFG là các vùng liên quan đến nhận thức bậc cao trưởng thành muộn hơn các vùng cảm giác hoặc liên kết. Do đó, các phát hiện của nghiên cứu hiện tại phù hợp với quan điểm cho rằng các vùng trước trán, chẳng hạn như IFG và OFG, ít trưởng thành hơn, và do đó nhiều nhựa hơn, trong nhóm trẻ hơn so với nhóm lớn tuổi. Điều này cũng phù hợp với các nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng sự gia tăng kết hợp chức năng của vùng hải mã với PFC có liên quan đến sự phát triển khả năng ghi nhớ (Qin và cộng sự, 2014). Những phát hiện hiện tại mở rộng công việc này và cho thấy rằng 4-6 năm có thể là một giai đoạn nhạy cảm đối với sự tích hợp chức năng giữa vùng hồi hải mã và vùng trán. Ngược lại, fusiform và ITG liên quan đến xử lý hình ảnh và trưởng thành sớm hơn vùng trước trán. Sự trưởng thành sớm như vậy có thể tạo nền tảng cho khả năng của fusiform và ITG để dự đoán những thay đổi hành vi.

Điểm mạnh và hạn chế

Nghiên cứu hiện tại có một số điểm mạnh. Bằng cách sử dụng thiết kế theo chiều dọc tăng tốc, chúng tôi đã theo dõi những thay đổi phát triển trong bộ nhớ nguồn, iHFC và mối quan hệ giữa chúng. Thiết kế này cũng cho phép chúng tôi kiểm tra sự khác biệt về thời gian bằng cách so sánh hai nhóm trẻ em. Bằng cách tập trung vào một giai đoạn nhạy cảm được đề xuất cho sự phát triển của bộ nhớ nguồn, chúng tôi có thể kiểm tra cách mạng lưới bộ nhớ hồi hải mã được tinh chỉnh trong cửa sổ phát triển quan trọng này và nó liên quan như thế nào đến những cải thiện trong bộ nhớ.

Nghiên cứu này cũng có những hạn chế. Do kích thước mẫu hạn chế, chúng tôi không thể kiểm tra xem những thay đổi trong kết nối chức năng theo thời gian liên quan đến bộ nhớ như thế nào. Ngoài ra, vì quy mô mẫu, chúng tôi đã chọn không tiến hành phân tích toàn bộ não và thay vào đó dựa trên ROI thu được từ một nghiên cứu dựa trên nhiệm vụ liên quan đến trẻ em từ cùng một nghiên cứu dọc. Do đó, những phát hiện với các vùng não bổ sung, không được bao gồm trong bộ ROI hiện tại, cũng có thể tồn tại. Ngoài ra, ROI được xác định trong một nhiệm vụ chỉ sử dụng tài liệu hình ảnh. Ngược lại, trí nhớ nguồn trong nghiên cứu này được đo lường trong một nhiệm vụ liên quan đến cả tài liệu hình ảnh và lời nói. Người ta vẫn chưa biết liệu các vùng não khác nhau có được kích hoạt để mã hóa thông tin theo ngữ cảnh khai thác các phương thức hình ảnh và lời nói hay không. Cuối cùng, mặc dù một tỷ lệ trẻ em trong mẫu cung cấp dữ liệu fMRI dựa trên nhiệm vụ để xác định ROI, chúng tôi không có đủ dữ liệu MRI dựa trên nhiệm vụ để đánh giá mối quan hệ phát triển giữa kết nối chức năng hồi hải mã dựa trên nhiệm vụ và kết nối được đo lường mà không cần nhiệm vụ đòi hỏi áp đặt.

Kết luận, nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào các cơ chế liên quan đến những thay đổi phát triển trong bộ nhớ nguồn và mạng lưới đồi hải mã cơ bản từ 4 đến 8 tuổi. Kết quả chỉ ra rằng trải nghiệm hành vi và những thay đổi của não là những quá trình tương tác, chẳng hạn như trải nghiệm những thay đổi về hình dạng trong não và não hình thành những thay đổi trong hành vi. Ngoài ra, phát hiện của chúng tôi hỗ trợ và mở rộng các nghiên cứu trước đây về sự phát triển của não bằng cách chỉ ra rằng thời gian quan trọng về mặt thay đổi hành vi hình thành kết nối não và sự khác biệt về thời gian như vậy cũng phụ thuộc vào vùng não nào liên quan. Kết hợp với nhau, những phát hiện này bổ sung thêm cái nhìn sâu sắc về sự phát triển của trí nhớ nguồn trong thời thơ ấu và góp phần vào cơ sở văn học đang phát triển ghi lại các mối quan hệ tương tác và phức tạp giữa các quá trình nhận thức và cơ sở thần kinh của chúng trong bộ não đang phát triển.