Ljudski cerebelum i kortikocerebelarne veze uključene u poboljšanje emocionalnog pamćenja 2. dio

Emocionalne informacije bolje se pamte od neutralnih. Opsežni dokazi pokazuju da amigdala i njezine interakcije s drugim cerebralnim regijama igraju važnu ulogu u učinku emocionalnog uzbuđenja na poboljšanje pamćenja. Dok je mali mozak uključen u uvjetovanje straha, njegova uloga u emocionalnom poboljšanju epizodnog pamćenja je manje jasna. Kako bismo riješili ovaj problem, upotrijebili smo pristup funkcionalne MRI cijelog mozga u 1418 zdravih sudionika.

Emocija se odnosi na ljudske unutarnje osjećaje i iskustva i važan je dio ljudskih psiholoških aktivnosti. Pamćenje je osnovna intelektualna sposobnost ljudskih bića. To je proces kojim ljudi dobivaju informacije iz prošlih iskustava te ih čuvaju i pregledavaju. Njih dvoje igraju važne uloge u ljudskim životnim aktivnostima i među njima postoji blizak odnos.

Odnos između emocionalnih informacija i pamćenja vrlo je blizak. Prema istraživanju, kada ljudi dožive emocionalna iskustva, oni dublje i detaljnije obrađuju emocionalne informacije, čime se poboljšava početna točka i snaga očuvanja informacija u memoriji. To znači da unutarnji doživljaj sadržan u emocionalnom iskustvu ljudski mozak lakše pamti, a teže zaboravlja.

Stoga emocionalne informacije također mogu potaknuti ljudski entuzijazam za učenje i stvaranje. Tijekom emocionalnih iskustava ljudi su osjetljiviji i znatiželjniji glede informacija koje primaju, čime se potiče ljudsko učenje i kreativnost. U isto vrijeme, emocionalno iskustvo također može potaknuti emocionalno izražavanje ljudi i socijalne vještine, čime se poboljšava intimnost ljudskih emocionalnih odnosa.

Ukratko, odnos između emocionalnih informacija i sjećanja je neodvojiv. Emocionalno iskustvo može promicati dublje razumijevanje informacija i pohranjivanje pamćenja, a pohranjivanje pamćenja može poboljšati ljudski odgovor na emocionalno iskustvo i sposobnost emocionalnog izražavanja. Stoga bismo trebali obratiti više pozornosti na vlastita emocionalna iskustva i pokušati pronaći više ljepote i sreće u emocionalnoj komunikaciji kako bismo promicali poboljšanje vlastitih emocija i pamćenja. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje. Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje, jer Cistanche deserticola također može regulirati ravnotežu neurotransmitera, poput povećanja razine acetilkolina i faktora rasta. Ove tvari su vrlo važne za pamćenje i učenje. Osim toga, meso također može poboljšati protok krvi i pospješiti opskrbu kisikom, što može osigurati da mozak dobije dovoljno hranjivih tvari i energije, čime se poboljšava vitalnost i izdržljivost mozga.

Kliknite znati suplemente za poboljšanje pamćenja

Prvo smo identificirali klastere značajno aktivirane tijekom poboljšanog memorijskog kodiranja negativnih i pozitivnih emocionalnih slika. Uz dobro poznate cerebralne regije povezane s emocionalnim pamćenjem, identificirali smo klaster u malom mozgu. Zatim smo upotrijebili dinamičko kauzalno modeliranje i identificirali nekoliko cerebelarnih veza s povećanom snagom veze koja odgovara poboljšanom emocionalnom pamćenju, uključujući jednu s klasterom koji pokriva amigdalu i hipokampus, te dvosmjerne veze s klasterom koji pokriva prednji cingularni korteks. Sadašnji nalazi pokazuju da je mali mozak sastavni dio mreže uključene u emocionalno poboljšanje epizodnog pamćenja.

Poboljšano pamćenje za emocionalno uzbudljive informacije dobro je poznat fenomen koji ima adaptivnu vrijednost u evolucijskom smislu, budući da je ključno pamtiti i opasne i povoljne situacije (1, 2). Iz studija na glodavcima dobro je utvrđeno da emocionalno uzbuđenje dovodi do noradrenergičke aktivacije amigdale, koja zauzvrat aktivira hipokampus i druge regije mozga kako bi se poboljšala konsolidacija pamćenja emocionalno uzbudljivih informacija (3-5).

Štoviše, postoje dokazi iz studija na ljudima da emocionalno uzbuđenje i noradrenergička aktivacija već reguliraju procese pamćenja tijekom kodiranja (6-10) i da se snaga veze između amigdale i hipokampusa brzo povećava tijekom kodiranja emocionalno uzbudljivih informacija u usporedbi s neutralnim informacijama (11). Osim amigdale i hipokampusa, dvije meta-analize studija aktivacije ljudskog mozga korištenjem funkcionalne MRI (fMRI) ukazale su na potencijalnu važnost nekoliko dodatnih regija mozga pojačanih kodiranjem deklarativne memorije emocionalnim uzbuđenjem, uključujući srednji okcipitalni girus, srednji frontalni girus, fuziformni girus, donji frontalni girus, supramarginalni girus, orbitofrontalni korteks, parijetalni korteks, klaustrum, kaudatus i insula (12, 13).

Iako je mali mozak povremeno naveden u fMRI studijama kao poboljšanje emocionalnog pamćenja (14, 15), meta-analiza koja uključuje 15 studija nije ga navela (12). Novija meta-analiza koja je uključivala 25 studija otkrila je da je mali mozak značajno aktiviran, ali nakon isključivanja tri studije koje nisu pokazale učinak poboljšanja ponašanja, značaj je nestao (13). Potencijalni razlozi za ovu dvosmislenost uključuju da je mali mozak možda pokazao samo razine značajnosti ispod praga u pojedinačnim studijama ili da mali mozak a priori nije bio uključen u analizu (16).

Mali je mozak tipično poznat po svojoj važnoj ulozi u kontroli motoričkih funkcija (17). Međutim, postoje dokazi da rezultati malog mozga nisu usmjereni samo na kortikalna motorička područja, već i na nekoliko nemotoričkih kortikalnih i subkortikalnih regija koje su uključene u više funkcije mozga, uključujući emocije i kogniciju (18-21), te da sam mali mozak ima snažne prikaze višestruke mreže uključene u te funkcije (22, 23).

Naime, iz studija na životinjama i ljudima poznato je da mali mozak igra važnu ulogu u uvjetovanju straha (19, 24-27), koji se tradicionalno kategorizira kao nesvjestan ili nedeklarativni oblik učenja s jakom emocionalnom komponentom (5, 28). Međutim, manje je jasno je li mali mozak također uključen u pojačani učinak emocionalnog uzbuđenja na epizodno pamćenje, deklarativni oblik pamćenja koji zahtijeva svjesno kodiranje pamćenja i omogućuje svjesno prisjećanje informacija zajedno s njihovim kontekstom (5, 29, 30).

Studije lezija na životinjama i ljudima te studije neuroimaginga kod ljudi pokazuju da uvjetovanje strahom i emocionalno poboljšanje epizodnog pamćenja djelomično ovise o istim neuralnim podlogama, kao što je amigdala (5, 12, 31, 32). Prema tome, mali mozak može biti uključen ne samo u uvjetovanje straha, već i u emocionalno poboljšanje epizodnog pamćenja. U ovoj studiji istraživali smo jesu li mali mozak i cerebelarno-cerebralne veze uključene u fenomen superiornog epizodnog pamćenja za emocionalno uzbudljive vizualne informacije.

Koristili smo fMRI uzorak od 1418 zdravih ljudi koji su izvršili zadatak kodiranja slika koji sadrži pozitivne i negativne emocionalne i neutralne slike, nakon čega je uslijedio test slobodnog prisjećanja, koji procjenjuje epizodno pamćenje (29, 30), 20 minuta nakon završetka kodiranja. Iako je emocionalno uzbuđenje, a ne valentnost, identificirano kao pokretač učinka istaknutih informacija na epizodno pamćenje (5, 33, 34), također su identificirane razlike povezane s valentnošću (35).
Ovdje smo se usredotočili na identifikaciju učinaka emocionalnog uzbuđenja koji su zajednički pozitivnoj i negativnoj valenciji. Velika veličina uzorka omogućila nam je da uzorak podijelimo na otkriće (n=945 sudionika) i replikacijski uzorak (n=473 sudionika; pogledajte Materijali i metode). Za mjerenje neuralnih korelata superiornog pamćenja za emocionalne informacije tijekom kodiranja, koristili smo naknadnu paradigmu emocionalnog pamćenja (12). Ova paradigma procjenjuje razliku između aktivnosti kodiranja kasnije uspješno pozvanih emocionalnih stavki u odnosu na one nepozvanih emocionalnih stavki, u usporedbi s pozvanim neutralnim stavkama naspram nepozvanih neutralnih stavki (nazvano "poboljšano kodiranje emocionalnog pamćenja"). Isprva smo identificirali voksele sa značajno povećanom aktivnošću tijekom kodiranja poboljšanog emocionalnog pamćenja u uzorku otkrića. Izveli smo ovu analizu za cijeli mozak, uključujući i mali mozak.

Iz voksela koji su pokazali povećanu aktivnost tijekom poboljšanog kodiranja emocionalnog pamćenja, definirali smo područja interesa (ROI). Definirali smo ROI funkcionalno, a ne anatomski, budući da se osjetljivost otkrivanja prisutnosti veza može povećati korištenjem ROI-a koji odgovaraju stvarnim funkcionalnim granicama (36). Konkretno, kombinirali smo voksele sa sličnim profilom odgovora kako bismo stvorili prostorno koherentne i vremenski homogene ROI-je korištenjem pristupa grupiranja (37). Zatim smo testirali pokazuju li identificirani ROI povećanu aktivnost tijekom poboljšanog kodiranja emocionalne memorije u uzorku replikacije.

S repliciranim ROI (tj. jedan cerebelarni ROI, 25 cerebralnih ROI) konačno smo istražili usmjerenu učinkovitu povezanost između cerebelarne ROI i cerebralne ROI koristeći dinamičko kauzalno modeliranje (DCM) (38, 39) u oba uzorka. Dok je DCM izvorno razvijen za testiranje specifičnih hipoteza o prisutnosti, smjeru i modulatorima učinkovite povezanosti između skupa unaprijed definiranih regija mozga, također se može primijeniti na istraživački način koji uključuje veliki broj regija i modela mozga ([40]; vidi Materijali i metode).

Ovdje smo primijenili DCM kako bismo istražili usmjerenu i učinkovitu povezanost između cerebelarne ROI i cerebralne ROI uključene u poboljšanje emocionalne memorije. DCM nam je omogućio da odredimo 1) je li snaga tih veza povećana tijekom uspješnog kodiranja emocionalnog pamćenja i 2) smjer učinkovite povezanosti kako bismo saznali pokreće li unos iz malog mozga uzročno posljedično cerebralni ROI koji je uključen u poboljšanje emocionalnog pamćenja ili je smjer utjecaja na drugi način.

Rezultati

Podaci o ponašanju: Poboljšanje emocionalnog pamćenja. Rezultati ponašanja u uzorcima otkrića i replikacije pokazali su da su se sudionici slobodno prisjetili više emocionalnih (pozitivnih i negativnih) slika nego neutralnih slika (uzorak otkrića, srednja razlika: 4,50 ± 2,76 [srednja vrijednost ± SD], T {{4} }.01, P=7.53 x10-268, n=945; uzorak replikacije, srednja razlika: 4,65 ±2,60 [srednja vrijednost ± SD], T=38.82, P=7.03 x 10-149, n=473). Za detaljan opis podataka o ponašanju, pogledajte referencu (11). Ovo poboljšanje emocionalnog pamćenja nije značajno povezano s dobi ili spolom (P > 0,05; 2-strano).

Aktivnost povezana s poboljšanim kodiranjem emocionalne memorije.

Za kontrast koji predstavlja poboljšano kodiranje emocionalnog pamćenja, 7,708 voksela s povećanom aktivnošću identificirano je u uzorku otkrića na razini cijelog mozga, ispravljeno za više usporedbi korištenjem postupka stope obiteljske pogreške (FWE) (n { {4}}, Pwhole-brain-FWE-corrected < 0.05; SI dodatak, slika S2 i tablica S3). Nismo primijetili značajne pozitivne ili negativne povezanosti između aktivnosti i učinaka spola, dobi, promjena u softveru skenera ili promjena u gradijentnim zavojnicama (Pwhole-brain-FWE-corrected > 0,05).

Vokseli povezani s kodiranjem poboljšane emocionalne memorije podijeljeni su u 30 klastera (tj. ROI) kako bi se smanjila dimenzionalnost podataka (Slika 1 i Dodatak SI, Slike S3–S7, pogledajte Materijale i metode za detalje o metodi parcelacije). Jedan klaster (ROI 11) sadržavao je izolirane voksele i male klastere voksela koji nisu bili prostorno koherentni i stoga su uklonjeni iz daljnje analize.

Od 29 preostalih ROI, 28 ih je bilo smješteno u neokortikalnim i subkortikalnim regijama velikog mozga, a jedan je bio u malom mozgu (Slika 1; vidi Dodatak SI, Tablica S5 za pojedinosti o broju voksela kao i anatomskoj korespondenciji perklastera). Prema atlasu probabilističke magnetske rezonancije (MR) ljudskog malog mozga (41), klaster malog mozga u uzorku otkrića mapiran je uglavnom na vermis malog mozga (lokalni maksimum za 76% u lobulu IX, i za 22% u uzorku replikacije) .

Od 29 ROI identificiranih u uzorku otkrića, 26 ROI (uključujući mali mozak) također je značajno aktivirano tijekom poboljšanog kodiranja emocionalne memorije u uzorku replikacije (prag značajnosti za maksimume ROI: T=4).41, P < {{ 4}}.05, jednostrano, Bonferroni-ispravljeno za sve značajne voksele od 29 ROI identificiranih u uzorku otkrića). Maksimum za ROI 7, 13 i 25 nije dosegao značajnost u uzorku replikacije i stoga ti ROI nisu uzeti u obzir za DCM analizu.

Ukratko, replicirani26 ROI mapirani su na okcipitalni, temporalni, parijetalni i frontalni korteks i amigdalu/hipokampus, cingulat, talamus, moždano deblo i mali mozak (Slika 1; SI Dodatak, Tablica S5).

Naime, aktivnost povezana s uspješnim kodiranjem memorije nije se značajno razlikovala između pozitivnih i negativnih slika u ROI malog mozga u uzorcima otkrivanja i replikacije (Pwhole-brain-FWE-corrected > 0.05, Psmali-volumen-ispravljen > 0,001).

DCM: Snaga veze tijekom poboljšanog kodiranja emocionalnog pamćenja.

Repliciranih 26 ROI-a povezanih s poboljšanim kodiranjem emocionalne memorije ušlo je u DCM analizu. Kako bismo istražili promjene u snazi ​​veze tijekom poboljšanog kodiranja emocionalne memorije između cerebelarne ROI i preostalih 25 cerebralnih ROI, upotrijebili smo niz DCM-ova 2-čvora (mali mozak za sve ostale) kako bismo istražili sve uparene (dvosmjerne) veze (imajte na umu da veliki broj parametara modela onemogućio je uključivanje svih 26 ROI-a u jedan DCM model).

Unutar uzorka otkrića, 25 veza (od 50mogućih jednosmjernih veza) pokazalo je povećanu snagu tijekom poboljšanog kodiranja emocionalne memorije (posteriorna vjerojatnost > 0.99). S obzirom na broj testova, primijenili smo konzervativni prag vjerojatnosti od 0.99 i replicirali rezultate u neovisnom uzorku koristeći isti prag (38, 42, 43). Petnaest od 25 veza također je imalo povećanu snagu u uzorku replikacije (posteriorna vjerojatnost > 0,99) (Slika 2 i SI Dodatak, Slike S8-S10). Od tih 15 repliciranih veza, 11 veza pokazalo je povećanu snagu veze od malog mozga do cerebralnih regija.

Od posebnog je interesa jaka veza između cerebelarne ROI i ROI 26 koja uključuje voksele iz amigdale i hipokampusa (slika 2). Četiri veze pokazale su povećanu snagu veze od cerebralnih regija do malog mozga (slika 2). Veze između cerebelarne ROI i ROI 22 koja uključuje voksele iz rostralanteriorne cingularne ROI i između cerebelarne ROI i ROI 9 koja sadrži voksele iz precentralnog korteksa pokazale su povećanu snagu u oba smjera.

Rasprava

Cilj ove studije bio je istražiti jesu li mali mozak i cerebelarno-cerebralne veze uključene u fenomen superiornog epizodnog pamćenja za emocionalno uzbudljive vizualne informacije. U prvom koraku identificirali smo klastere koji pokazuju povećanu aktivnost tijekom poboljšanog kodiranja emocionalnih slika. Cerebralne skupine mapirane su na okcipitalni, temporalni, parijetalni i frontalni korteks te amigdalu/hipokampus, cingulat i talamus. Ovi rezultati aktivacije mozga uvelike su u skladu s nalazima dviju meta-analiza poboljšane emocionalne memorije koja kodira neljude (12, 13) i opsežnim eksperimentalnim radom na životinjama (4, 32, 44).

Osim ovih cerebralnih regija, pronašli smo čvrste dokaze za klaster smješten uglavnom unutar vermisa malog mozga koji pokazuje povećanu aktivnost tijekom poboljšanog kodiranja emocionalne memorije u dva velika uzorka. Zanimljivo je da se središnja linija malog mozga aktivira tijekom prisjećanja emocionalnih epizoda iz osobnog života, što ukazuje na ulogu ove regije u vraćanju emocionalnog pamćenja (21).

Sve je više dokaza da je mali mozak, posebice cerebelarni vermis, ključno uključen u uvjetovanje straha (19, 24, 26, 27). Kod glodavaca je pokazano da lezije vermisa ukidaju uvjetovanje otkucaja srca (45) i da je vermis neophodan za intaktno uvjetovanje straha (46). Kod ljudi je zabilježeno da pacijenti s lezijama vermisa malog mozga pokazuju poremećeno stjecanje bradikardije uvjetovane strahom (47). Štoviše, studija fMRI na zdravim sudionicima otkrila je da je vermis uključen u klasično uvjetovanje treptanjem oka (48).

Vermis ima eferentne projekcije prema limbičkim regijama, uključujući amigdalu i hipokampus, strukture uključene u uvjetovanje odgode, odnosno kondicioniranje tragova (49). Povezanost vermisa s amigdalom i hipokampusom također bi omogućila utjecaj vermisa na poboljšanje epizodnih sjećanja putem emocionalnog uzbuđenja, što ovisi o objema strukturama (5). Nalazi ove studije doista pokazuju da vermis nije uključen samo u u uvjetovanju straha, ali je također uključen u fenomen superiornog epizodnog pamćenja emocionalno uzbudljivih vizualnih informacija.

Naknadna DCM analiza povezanosti pokazala je da je nekoliko cerebelarno-cerebralnih veza pokazalo povećanu snagu tijekom poboljšanog kodiranja emocionalnog pamćenja (Slika 2), što sugerira da je mali mozak integralna komponenta mreže uključene u poboljšanje emocionalnog pamćenja. Točnije, pronašli smo 11 veza s povećanom snagom veze od malog mozga do cerebralnih regija. U kontekstu poboljšanog kodiranja emocionalne memorije, veza s ROI koja uključuje voksele iz amigdale i hipokampusa (ROI 26) čini se od posebnog interesa. Pokazalo se da su mali mozak i amigdala funkcionalno međusobno povezani tijekom uvjetovanja straha (50, 51).

Štoviše, studije na štakorima i mačkama pokazale su da električna stimulacija vermisa (izvan konteksta učenja) modulira (tj. neke jedinice su olakšane, a druge inhibirane) aktivnost amigdale i hipokampusa (52, 53), što ukazuje da je vermis funkcionalno povezan s tim limbičkim regije. Ovi se nalazi poklapaju sa smjerom pronađenim u trenutnoj DCM analizi, ukazujući na utjecaj vermisa na ROI 26. Postoji dovoljno dokaza da su amigdala i hipokampus, kao i njihove interakcije, ključno uključeni u pojačani učinak emocionalnog uzbuđenja jedne epizodne memorije ( 4, 5, 11, 54).

Također smo pronašli dokaze za uključenost dvosmjernih veza malog mozga s ROI-jem, koji uključuje voksele iz prednjeg cingularnog korteksa (ROI 22), u poboljšanju emocionalnog pamćenja. MRI studija funkcionalne povezanosti u stanju mirovanja kod zdravih ljudi pokazala je da je cingulat funkcionalno povezan s malim mozgom (23). Nadalje, prednji cingulat je povezan s emocijama, vrednovanjem nagrade i predstavljanjem vrijednosti (55). Pretpostavlja se da je prednji cingularni korteks, uz amigdalu i inzulu, temeljni dio velike mreže istaknutosti koja funkcionira za odvajanje najrelevantnijih unutarnjih i izvanosobnih podražaja za usmjeravanje ponašanja (56, 57).

Štoviše, objavljeno je da je istaknuta mreža aktivirana noradrenergičkom aktivacijom (58), sustavom neurotransmitera koji je ključno uključen ne samo u procese uzbuđenja i pažnje, već i u poboljšanju emocionalnog pamćenja (59). Zanimljivo je da je locus coeruleus, glavno mjesto za moždanu sintezu norepinefrin, također se projicira u područja cijelog malog mozga (60). Tek treba utvrditi hoće li se mali mozak aktivirati izravno locus coeruleusom ili neizravno mrežom istaknutosti.

Nadalje, pronašli smo dvosmjernu vezu malog mozga s ROI u frontalnom korteksu (uglavnom precentralnom) koja bi mogla biti povezana s regulacijom motoričkih funkcija (61), vjerojatno motoričkim učenjem, u kontekstu poboljšanja emocionalnog pamćenja. Konačno, pronašli smo veze s povećanom snagom veze od dva cerebralna ROI-ja do malog mozga (tj. ROI 10, uključujući voksele iz lingvalne i perikalkarine vijuge, i ROI 23, uključujući voksele iz bočnog okcipitalnog korteksa).

For more information:1950477648nn@gmail.com