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 biết 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 trongnguồn bộ nhớvà 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 của não cụ thể. 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

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 là trí nhớ nguồn) có liên quan đến sự phát triển hồi hải mã trong thời thơ ấu. Người ta vẫn chưa biết liệu các thay đổi về chức năng của hồi hải mã trước những cải thiện về trí nhớ hay ngược lại. Bằng cách sử dụng thiết kế theo chiều dọc tăng tốc, chúng tôi nhận thấy rằng những thay đổi bộ nhớ nguồn ban đầu dự đoán kết nối chức năng hồi hải mã nội tại sau này và kết nối này dự đoán những thay đổi bộ nhớ nguồn sau này. Những phát hiện này cho thấy rằng trải nghiệm hành vi và sự phát triển của não 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.

Bấm vào bột cistanche tubulosa 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 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 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 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 này; 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 giai đoạn 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 nhóm 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 dành 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 những đứa trẻ 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 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 dữ kiện trong tổng số 12 dữ 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 kiện trước khi thí 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 chuyến thăm thứ hai, trẻ em được kiểm tra trí nhớ về các dữ kiện và nguồn tin từ lần 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 được cân bằng giữa những người tham gia. Nếu trẻ em 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 kiện 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 nhở giữ 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 lát cắt, 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, bình thường 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 (song phương