Bagaimana Tingkah Laku Membentuk Otak Dan Membentuk Otak Tingkah Laku: Pandangan Daripada Perkembangan Ingatan

Untuk maklumat lanjut:ali.ma@wecistanche.com

Memori sumbermeningkat dengan ketara semasa zaman kanak-kanak. Peningkatan ini dianggap berkait rapat dengan kematangan hippocampal. Oleh kerana kajian lepas terutamanya menggunakan reka bentuk keratan rentas untuk menilai hubungan antaraingatan sumberdan fungsi hippocampal, masih tidak diketahui sama ada perubahan dalam otak mendahului penambahbaikan dalamingatanatau sebaliknya. Untuk menangani jurang ini, kajian semasa menggunakan reka bentuk membujur dipercepatkan (n=200, 100 lelaki) untuk mengikuti kanak-kanak manusia 4- dan 6-tahun selama 3 tahun. Kami mengesan perubahan perkembangan dalamingatan sumberdan ketersambungan fungsi hippocampal intrinsik dan menilai perbezaan antara kohort berusia 4- dan 6-tahun dalam hubungan ramalan antaraingatan sumberperubahan dan ketersambungan fungsi hippocampal intrinsik tanpa adanya tugas yang mencabar. Selaras dengan kajian terdahulu, terdapat peningkatan berkaitan usia dalamingatan sumberdan ketersambungan fungsi intrinsik antara kawasan hippocampus dan kortikal yang diketahui terlibat semasa pengekodan memori. Penemuan novel menunjukkan bahawa perubahan dalam keupayaan ingatan pada awal kehidupan meramalkan ketersambungan kemudian antara kawasan hippocampus dan kortikal dan bahawa ketersambungan fungsi hippocampal intrinsik meramalkan perubahan kemudian dalam memori sumber. Penemuan ini mencadangkan bahawa pengalaman tingkah laku dan perkembangan otak adalah proses interaktif, dwiarah, yang mana pengalaman membentuk perubahan masa depan dalam otak dan otak membentuk perubahan tingkah laku masa depan. Keputusan juga mencadangkan bahawa kedua-dua masa dan lokasi penting, kerana kesan yang diperhatikan bergantung pada kedua-dua umur kanak-kanak dan ROI otak tertentu. Bersama-sama, penemuan ini menambah wawasan kritikal ke dalam hubungan interaktif antara proses kognitif dan asas neurologi mereka semasa pembangunan.

Kata kunci: reka bentuk longitudinal dipercepatkan; perkembangan otak;ingatan episodik; sambungan fungsi hippocampal;pembangunan ingatan;ingatan sumber

1Jabatan Kurikulum dan Sains Pembelajaran, Universiti Zhejiang, Kampus Zijingang, Hangzhou, 310058, 2Jabatan Psikologi,

The University of Maryland, College Park, Maryland 20742, dan 3Children's Hospital, Sekolah Perubatan Universiti Zhejiang, Klinikal Kebangsaan

Pusat Penyelidikan untuk Kesihatan Kanak-Kanak, Hangzhou, 310052

Kenyataan Kepentingan

Kajian keratan rentas telah menunjukkan bahawa keupayaan untuk mengingati butiran kontekstual pengalaman terdahulu (iaitu, memori sumber) berkaitan dengan perkembangan hippocampal pada zaman kanak-kanak. Tidak diketahui sama ada fungsi hippocampal berubah sebelum penambahbaikan dalam ingatan atau sebaliknya. Dengan menggunakan reka bentuk membujur yang dipercepatkan, kami mendapati bahawa perubahan memori sumber awal meramalkan sambungan fungsi hippocampal intrinsik kemudian dan bahawa ketersambungan ini meramalkan perubahan memori sumber kemudian. Penemuan ini mencadangkan bahawa pengalaman tingkah laku dan perkembangan otak adalah proses interaktif, dwiarah, yang mana pengalaman membentuk perubahan masa depan dalam otak dan otak membentuk perubahan tingkah laku masa depan. Selain itu, interaksi ini berbeza-beza sebagai fungsi umur kanak-kanak dan kawasan otak, menonjolkan kepentingan perspektif perkembangan apabila menyiasat interaksi tingkah laku otak.

Klik untuk serbuk cistanche tubulosa dan Cistanche untuk ingatan

pengenalan

Memori sumber bertambah baik dengan ketara semasa zaman kanak-kanak (cth, Riggins, 2014). Secara khusus, dengan usia, kanak-kanak menjadi lebih baik dalam melaporkan dan mengekalkan butiran kontekstual pengalaman hidup (Bauer, 2007). Perkembangan ini berkait rapat dengan kematangan hippocampal, seperti yang dibuktikan oleh perbezaan umur dan ingatan dalam struktur dan fungsi hippocampal merentas pembangunan (lihat Ghetti dan Bunge, 2012 untuk semakan; Sastre et al., 2016; Tang et al., 2018; Riggins et al., 2020). Kajian terdahulu terutamanya menggunakan reka bentuk keratan rentas untuk menilai hubungan antara perkembangan otak dan ingatan, yang tidak membenarkan untuk menyiasat perubahan perkembangan sebenar dan mungkin dipengaruhi oleh faktor yang mengelirukan, seperti kesan kohort. Oleh itu, masih tidak diketahui sama ada perubahan dalam otak mendahului peningkatan dalam ingatan atau sebaliknya. Selain itu, kajian terdahulu telah memfokuskan sama ada kanak-kanak kecil atau kanak-kanak berumur sekolah, yang menjadikan perbandingan tempoh perkembangan yang berbeza sukar. Untuk menangani jurang ini, kajian semasa menggunakan reka bentuk membujur dipercepatkan untuk mengikuti kanak-kanak berusia 4- dan 6-tahun selama 3 tahun. Reka bentuk ini membolehkan kami meneroka perubahan perkembangan dalam ketersambungan fungsi hippocampal intrinsik (iHFC) dan menilai perbezaan antara kohort berusia 4- dan 6-tahun dalam hubungan ramalan antara memori sumber dan ketersambungan berfungsi (lihat Rajah . 1).

Pada orang dewasa, ketersambungan fungsi intrinsik dianggap mencerminkan seni bina berfungsi otak, yang muncul sebagai hasil daripada pengaktifan yang ditimbulkan oleh tugas antara kawasan otak (Fox dan Raichle, 2007). Corak ketersambungan fungsi intrinsik kanak-kanak berkemungkinan dibina dengan cara yang sama; bagaimanapun, hipotesis pengacuan jangka panjang telah mencadangkan bahawa corak ketersambungan ini dibentuk dari semasa ke semasa hasil daripada kedua-dua kematangan dan pengalaman (Gabard-Durnam et al., 2016). Contohnya, dengan mengikut 4- kepada 18-berusia lebih 2 tahun, analisis prospektif menunjukkan bahawa ketersambungan fungsi amygdala yang ditimbulkan oleh tugas meramalkan ketersambungan fungsi keadaan rehat 2 tahun kemudian, tetapi tidak secara serentak (Gabard-Durnam et al., 2016). Penemuan ini mencadangkan persatuan antara pengaktifan otak berasaskan tugas dan ketersambungan fungsi intrinsik dalam kedua-dua kanak-kanak dan orang dewasa; bagaimanapun, persatuan tersebut mungkin berbeza merentasi pembangunan.

Data empirikal juga menyokong pengaruh dua arah antara otak dan tingkah laku. Pertama, kajian terdahulu menyokong tanggapan bahawa perubahan tingkah laku membentuk keterkaitan fungsional berasaskan tugas dan intrinsik (cth, Jolles et al., 2016; Clark et al., 2017; Rosenberg-Lee et al., 2018). Contohnya, pada kanak-kanak berumur 8- hingga 9-tahun, tunjuk ajar matematik selama 8 minggu menguatkan iHFC kepada sulcus intraparietal (Jolles et al., 2016). Kedua, kajian empirikal telah menunjukkan bahawa ketersambungan fungsi intrinsik boleh meramalkan peningkatan dalam kebolehan kognitif kemudian dalam pembangunan (cth, Hoeft et al., 2011; Supekar et al., 2013; Evans et al., 2015). Contohnya, Supekar et al. (2013) mendapati bahawa iHFC diukur sebelum tunjuk ajar matematik meramalkan peningkatan prestasi selepas tunjuk ajar semasa zaman kanak-kanak pertengahan.

Berdasarkan kajian ini, kami meneroka sama ada terdapat pengaruh dua arah antara perubahan memori sumber dan ketersambungan fungsi intrinsik dari hippocampus ke kawasan otak yang dilaporkan untuk menyokong pengekodan maklumat kontekstual (Geng et al., 2019). Kami menggunakan reka bentuk membujur yang dipercepatkan untuk menilai perkara berikut: (a) perubahan berkaitan usia dalam hubungan serentak antara memori sumber dan iHFC; (b) hubungan ramalan antara perubahan ingatan sumber awal dan iHFC kemudiannya; dan (c) hubungan ramalan antara iHFC awal dan perubahan memori sumber kemudian (Rajah 1)

Kami membuat hipotesis bahawa perolehan memori sumber awal akan meramalkan iHFC kemudian kerana kesan pengalaman dianggap meningkat dari semasa ke semasa (Gabard-Durnam et al., 2016). Mengumpul pengalaman dengan aktiviti ingatan harian dijangka memacu perubahan perkembangan dalam iHFC semasa zaman kanak-kanak. Selain itu, kerana keplastikan yang lebih besar pada awal pembangunan (cth, Tottenham dan Sheridan, 2010), kami menjangkakan bahawa perubahan ingatan akan lebih kukuh meramalkan ketersambungan kemudian dalam kohort yang lebih muda berbanding yang lebih tua.

Memandangkan sambungan otak telah dicadangkan untuk membentuk tingkah laku kemudiannya (cth, Evans et al., 2015), kami membuat hipotesis bahawa iHFC akan meramalkan keuntungan dalam kebolehan ingatan sumber. Di samping itu, kerana fungsi hippocampal lebih matang semasa pertengahan berbanding awal kanak-kanak (Geng et al., 2019), kami membuat hipotesis bahawa sambungan pada 6 tahun akan lebih kukuh meramalkan memori masa depan daripada sambungan pada 4 tahun.

Bahan dan Kaedah

Peserta Kanak-kanak adalah peserta dalam kajian besar yang menyiasat ingatan dan perkembangan otak pada zaman kanak-kanak awal yang menggunakan reka bentuk membujur yang dipercepatkan (N=200, 100 lelaki) (Riggins et al., 2018; Geng et al., 2019). Gelombang pertama (W1) kajian termasuk 4- hingga 8-kanak-kanak berumur tahun. Kanak-kanak 4- dan 6-tahun telah dijemput kembali untuk dua gelombang ujian berikutnya (W2 dan W3; Rajah 2). Secara keseluruhan, terdapat tiga gelombang dan setiap gelombang termasuk kohort muda dan tua (kohort muda: W1=4 tahun, W2=5 tahun, W3=6 tahun; kohort lama: W{{ 17}} tahun, W2=7 tahun, W3=8 tahun). Jadual 1 menunjukkan bilangan kanak-kanak yang menyediakan 3, 2, atau 1 gelombang data untuk analisis akhir dalam setiap kohort. Sebab utama kehilangan data neuroimaging ialah kanak-kanak terlalu banyak bergerak, tertidur semasa imbasan, enggan memasuki pengimbas, atau keluarga gagal membuat susulan.

Kami mengukur IQ kanak-kanak di W1 dengan menggunakan perbendaharaan kata dan subujian reka bentuk blok daripada sama ada Wechsler Intelligence Scale for Children (Ed 4) (Wechsler, 2003) atau Wechsler Preschool and Primary Scale for Intelligence (Wechsler, 2012 ). Semua kanak-kanak yang termasuk dalam analisis mempunyai purata IQ yang dianggarkan di atas purata. Tiada perbezaan ditemui antara kohort muda dan tua dalam skor berskala pada perbendaharaan kata (muda: min=11.07, SD=2.96; old: min=11.66, SD { {11}}.55; p=0.33) atau subujian reka bentuk blok (muda: min=12.96, SD=2.73; lama: min=13. 03, SD=3.00; p=0.92). Ibu bapa melaporkan semua peserta sihat tanpa sebarang gangguan perkembangan saraf, keadaan neurologi atau keadaan psikiatri. Selain itu, ibu bapa melaporkan 88.5 peratus kanak-kanak sebagai tangan kanan, 6.8 peratus sebagai kidal, 3.7 peratus sebagai ambidextrous, dan 1 peratus sebagai tidak dapat ditentukan.

Pengekodan reka bentuk eksperimen. Semasa lawatan pertama, kanak-kanak mempelajari fakta baru (cth, "Sekumpulan badak sumbu dipanggil kemalangan") daripada salah satu daripada dua sumber berbeza, seorang dewasa perempuan ("Abby") dan boneka bersuara jantan ("Henry") melalui video digital (Drummey dan Newcombe, 2002; Riggins, 2014). Setiap sumber menyediakan 6 fakta dengan jumlah 12 fakta. Pembentangan fakta telah disekat oleh sumber, di mana kanak-kanak mula-mula mempelajari 6 fakta daripada satu sumber diikuti oleh 6 fakta daripada sumber lain, dan susunan blok telah rawak merentas peserta. Terdapat tiga senarai fakta; setiap senarai mengandungi fakta unik yang serupa merentas senarai (cth, "Sekumpulan kanggaru dipanggil gerombolan" atau "Sekumpulan kambing dipanggil suku"). Senarai ini diberikan secara rawak merentas peserta. Kanak-kanak diminta memberi perhatian kepada fakta kerana mereka akan diuji berdasarkan fakta pada minggu berikutnya tetapi tidak diberitahu bahawa mereka akan diuji mengenai sumber fakta. Kanak-kanak ditanya sama ada mereka tahu fakta sebelum eksperimen. Fakta yang diketahui telah dikecualikan dan digantikan dengan fakta novel tambahan daripada senarai sumber yang sama (tetapi ini jarang berlaku). Setiap sumber mempunyai 8 kemungkinan fakta untuk menjelaskan kemungkinan bahawa kanak-kanak akan mengetahui 1 atau 2 fakta. Jika kanak-kanak mengetahui 3 atau lebih fakta daripada satu sumber, jumlah fakta yang diuji oleh kanak-kanak itu akan berkurangan (tetapi ini jarang berlaku, n=4).

Pengambilan semula. Semasa lawatan kedua, kanak-kanak diuji daya ingatan mereka untuk fakta dan sumber dari lawatan pertama. Kanak-kanak diminta menjawab 22 soalan trivia dan memberitahu penguji di mana mereka telah mempelajari jawapan kepada soalan trivia tersebut. Mereka diberitahu bahawa mereka telah mempelajari beberapa soalan pada minggu sebelumnya daripada "Abby" atau "Henry," beberapa yang mungkin mereka pelajari di luar makmal (cth, daripada guru atau ibu bapa), dan ada yang mungkin tidak mereka ketahui. Kanak-kanak mempelajari 6 daripada 22 fakta yang dibentangkan daripada "Abby," 6 daripada "Henry," 5 adalah fakta yang biasa diketahui oleh kanak-kanak (cth, "Apakah warna langit?"), dan 5 adalah fakta yang biasanya tidak diketahui oleh kanak-kanak. (cth, "Apakah bahagian berwarna mata anda dipanggil?"). Setiap senarai 22 fakta mempunyai dua pesanan pembentangan rawak, dan pesanan ini diimbangi merentas peserta. Jika kanak-kanak tidak dapat mengingat kembali sumber untuk soalan tertentu, lima pilihan aneka pilihan diberikan: ibu bapa, guru, gadis dalam video, boneka dalam video atau baru tahu/teka

Ingatan sumber dikira sebagai perkadaran soalan yang kanak-kanak mengingati atau mengenali kedua-dua fakta dan sumber dengan tepat daripada jumlah fakta yang dipelajari (lihat formula di bawah). Ukuran ingatan sumber ini dianggap mencerminkan pengikatan fakta dan sumber, yang merupakan aspek penting ingatan episod (Miller et al., 2013; Cooper dan Ritchey, 2020).

Semasa imbasan tanpa tugas, gerakan kepala peserta dipantau dalam masa nyata. Jika peserta mempamerkan gerakan kepala yang berlebihan (.2 mm ke mana-mana arah) semasa separuh masa pertama mana-mana larian, imbasan dimulakan semula dan peserta diingatkan untuk kekal dalam keadaan diam yang mungkin.

Prapemprosesan data pengimejan Dalam analisis, kesemua 21{13}} imej fMRI keadaan rehat yang dikumpulkan telah disertakan, kerana empat jilid pertama telah dibuang sebelum pengumpulan data kerana ketidakstabilan isyarat MR awal dan penyesuaian peserta. Prapemprosesan termasuk langkah-langkah berikut. Pertama, pembetulan masa hirisan, pembetulan gerakan kepala, dan pelicinan dilakukan menggunakan DPABI 1.3 (Yan et al., 2016). Analisis komponen bebas kemudiannya dijalankan pada data terlicin menggunakan MELODIC, kotak alat FSL, untuk mengalih keluar komponen berkaitan artifak (Geng et al., 2019). Selepas mengalih keluar semua komponen berkaitan artifak, pengekstrakan otak, normalisasi dan penapisan telah dijalankan. Mengikuti prosedur yang dicadangkan oleh Tillman et al. (2018), pengekstrakan otak pada imej berwajaran T1-dijalankan secara berasingan dalam enam kotak alat: Alat Normalisasi Lanjutan, AFNI, FSL, BSE, ROBEX dan SPM8 untuk memastikan data berkualiti tinggi. Voksel yang diekstrak oleh sekurang-kurangnya empat kotak peralatan dimasukkan ke dalam topeng otak. Alat Penormalan Lanjutan digunakan untuk melakukan pendaftaran bersama dan penormalan. Analisis statistik telah dijalankan dalam AFNI (Cox, 1996). Penapisan laluan jalur sementara (0.01-0.1 Hz) dan pelicinan spatial dengan kernel Gaussian FWHM 5 mm telah dilakukan dalam AFNI pada data yang dinormalkan.

Kawasan benih individu (dua hala