Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2022, T. 72, № 3, стр. 387-404

Мозговая организация рабочей памяти при отсроченном копировании ломаной линии: анализ потенциалов, связанных с императивным сигналом

А. В. Курганский 12*, Д. И. Ломакин 1, А. А. Корнеев 13, Р. И. Мачинская 1

1 Институт возрастной физиологии, Российская академия образования
Москва, Россия

2 Российская академия народного хозяйства и государственной службы
Москва, Россия

3 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Москва, Россия

* E-mail: akurg@yandex.ru

Поступила в редакцию 27.09.2021
После доработки 10.12.2021
Принята к публикации 20.12.2021

Аннотация

Группа взрослых испытуемых решала задачу на рабочую память (РП), предполагающую отсроченное копирование (рисование) ломаной линии, заданной либо статически в виде рисунка, либо динамически — путем показа курсора, движущегося вдоль невидимого контура этой линии. Исследовалось совместное влияние режима предъявления траектории (статического и динамического) и длительности удержания репрезентации в РП (величины задержки императивного стимула) на потенциалы (ССП), связанные с подачей звукового сигнала. Анализировались 5 длиннолатентных корковых компонентов ССП: N100, P200, P250, P300 и N400. Показано, что амплитуда N100 статистически значимо больше при статическом предъявлении ломаной, чем при динамическом, но не зависит от длительности задержки. Амплитуда остальных компонентов, напротив, зависела от величины задержки, но не зависела от режима предъявления, при этом она была выше при более длительной задержке. Обсуждается возможность, что (1) более высокие значения амплитуды N100 при статическом предъявлении ломаной линии, чем при динамическом, обусловлены дополнительным вовлечением нисходящего контроля на относительно ранних стадиях извлечения информации из РП и/или тем, что (2) в сохранении репрезентации ломаной линии в РП участвуют разные зрительные сенсорно-специфические зоны в зависимости от режима предъявления, а в их активации в ответ на императивный звуковой сигнал принимают участие различные группы нейронов слуховой коры. Предполагается, что зависимость амплитуды компонентов P200, P250, P300 и N400 от времени удержания репрезентации ломаной в РП связана с преобразованием этой репрезентации от сенсорно-специфического к абстрактному формату, а также с подготовкой к последующему двигательному воспроизведению.

Ключевые слова: рабочая память, связанные с событием потенциалы, преобразование внутренней репрезентации, двигательное воспроизведение

Список литературы

  1. Корнеев А.А., Ломакин Д.И., Курганский А.В. Отсроченное копирование незнакомых контурных изображений: отражает ли убывание времени реакции с ростом задержки изменение внутреннего представления будущего движения? Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2016а. 66(1): 51–61.

  2. Корнеев А.А., Ломакин Д.И., Курганский А.В., Мачинская Р.И. Отсроченное копирование незнакомых контурных изображений: анализ потенциалов, связанных с предъявлением стимулов. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2016б. 66(4): 470–483.

  3. Корнеев А.А., Курганский А.В. Внутренняя репрезентация серии движений при воспроизведении статического рисунка и траектории движущегося объекта. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2013. 63(4): 437–450.

  4. Корнеев А.А., Курганский А.В. Влияние способа зрительного предъявления сложной траектории на временные параметры ее отсроченного двигательного воспроизведения. Психологические исследования. 2014а. 7(37): 11. http://psystudy.ru.

  5. Корнеев А.А., Курганский А.В. Преобразование порядка движений в серии, заданной зрительным образцом. Вестн. Моск. ун-та. Сер. 14. Психология. 2014б. 2: 61–74.

  6. Aasen I.E., Brunner J.F. Modulation of ERP components by task instructions in a cued go/no-go task. Psychophysiology. 2016. 53(2): 171–185.

  7. Absatova K.A., Kurgansky A.V. Does the way we memorize information depend on the way we are going to use it? Psychol. J. High. Sch. Econ. 2016. 13(1): 177–191.

  8. Agam Y., Sekuler R. Interactions between working memory and visual perception: an ERP/EEG study. NeuroImage. 2007. 36(3), 933–942.

  9. Alain C., McDonald K.L., Kovacevic N., McIntosh A.R. Spatiotemporal analysis of auditory “what” and “where” working memory. Cereb Cortex. 2009. 19(2): 305–14.

  10. Bachiller A., Romero S., Molina V., Alonso J.F., Mañanas M.A., Poza J., Hornero R. Auditory P3a and P3b neural generators in schizophrenia: An adaptive sLORETA P300 localization approach. Schizophr Res. 2015. 169(1–3): 318–325.

  11. Baddeley A. Working memory: theories, models, and controversies. Annu Rev Psychol. 2012. 63: 1–29.

  12. Baddeley A.D., Hitch G. Working memory. In Psychology of learning and motivation (Vol. 8, pp. 47–89). Academic press. 1974.

  13. Binder J.R., Desai R.H., Graves W.W., Conant L.L. Where is the semantic system? A critical review and meta-analysis of 120 functional neuroimaging studies. Cereb Cortex. 2009 19(12): 2767–2796.

  14. Boonstra T.W., Powell T.Y., Mehrkanoon S., Breakspear M. Effects of mnemonic load on cortical activity during visual working memory: linking ongoing brain activity with evoked responses. Int J Psychophysiol. 2013. 89(3): 409–418.

  15. Butler D.L., Mattingley J.B., Cunnington R., Suddendorf T. Mirror, mirror on the wall, how does my brain recognize my image at all? PloS one, 2012. 7(2): e31452–e31452.

  16. Cappe C., Morel A., Barone P., Rouiller E.M. The thalamocortical projection systems in primate: an anatomical support for multisensory and sensorimotor interplay. Cereb Cortex. 2009. 19(9): 2025–2037.

  17. Cavanagh S.E., Towers J.P., Wallis J.D., Hunt L.T., Kennerley S.W. Reconciling persistent and dynamic hypotheses of working memory coding in prefrontal cortex. Nat Commun. 2018. 9(1): 3498.

  18. Chapman R.M., McCrary J.W., Chapman J.A. Short-term memory: the “storage” component of human brain responses predicts recall. Science. 1978 . 202(4373): 1211–1214.

  19. Chapman R.M., Gardner M.N., Mapstone M., Dupree H.M., Antonsdottir I.M. Memory timeline: Brain ERP C250 (not P300) is an early biomarker of short-term storage. Brain Res. 2015. 1604: 74–83.

  20. Chikha A.B., Khacharem A., Trabelsi K., Bragazzi N.L. The Effect of Spatial Ability in Learning From Static and Dynamic Visualizations: A Moderation Analysis in 6-Year-Old Children. Front. Psychol. 2021. 12(2085).

  21. Chota S., Van der Stigchel S. Dynamic and flexible transformation and reallocation of visual working memory representations. Vis Cogn. 2021. 29(7): 409–415.

  22. Cocchi L., Schenk F., Volken H., Bovet P., Parnas J., Vianin P. Visuo-spatial processing in a dynamic and a static working memory paradigm in schizophrenia. Psychiatry Res. 2007. 152(2–3): 129–142.

  23. Curtis C.E., Sprague T.C. Persistent Activity During Working Memory From Front to Back. Front Neural Circuits. 2021. 15: 696060.

  24. de Jong M.C., Brascamp J.W., Kemner C., van Ee R., Verstraten F.A. Implicit perceptual memory modulates early visual processing of ambiguous images. J. Neurosci. 2014. 34(30): 9970–9981.

  25. D’Esposito M., Postle B.R. The cognitive neuroscience of working memory. Annu Rev Psychol. 2015. 66: 115–142.

  26. Donato R., Pavan A., Campana G. Investigating the Interaction Between Form and Motion Processing: A Review of Basic Research and Clinical Evidence. Front Psychol. 2020. 11: 566848.

  27. Dumoulin S.O., Hess R.F., May K.A., Harvey B.M., Rokers B., Barendregt M. Contour extracting networks in early extrastriate cortex. J Vis. 2014. 14(5): 18.

  28. Finnigan S., O’Connell R.G., Cummins T.D., Broughton M., Robertson I.H. ERP measures indicate both attention and working memory encoding decrements in aging. Psychophysiology. 2011. 48(5): 601–611.

  29. Fogarty J.S., Barry R.J., Steiner G.Z. The First 250 ms of Auditory Processing: No Evidence of Early Processing Negativity in the Go/NoGo Task. Sci Rep. 2020. 10(1): 4041.

  30. Gayet S., Paffen C.L.E., Van der Stigchel S. Visual Working Memory Storage Recruits Sensory Processing Areas. Trends Cogn Sci. 2018. 22(3): 189–190.

  31. Gilmore C.S., Clementz B.A., Berg P. Hemispheric differences in auditory oddball responses during monaural versus binaural stimulation. Int J Psychophysiol. 2009. 73(3): 326–333.

  32. Hajcak G., Foti D. Significance?… Significance! Empirical, methodological, and theoretical connections between the late positive potential and P300 as neural responses to stimulus significance: An integrative review. Psychophysiology. 2020. 57(7): e13570.

  33. Horváth J. Action-related auditory ERP attenuation: Paradigms and hypotheses. Brain Res. 2015. 1626: 54–65.

  34. Hurlstone M.J., Hitch G.J., Baddeley A.D. Memory for serial order across domains: An overview of the literature and directions for future research. Psychol Bull. 2014. 140(2): 339–373.

  35. Jaroslawska A.J., Gathercole S.E., Holmes J. Following instructions in a dual-task paradigm: Evidence for a temporary motor store in working memory. Q. J. Exp. Psychol. (Hove). 2018. 71(11): 2439–2449.

  36. Katayama J., Polich J. Auditory and visual P300 topography from a 3 stimulus paradigm. Clin Neurophysiol. 1999. 110(3): 463–468.

  37. Key A.P.F., Dove G.O., Maguire M.J. Linking Brainwaves to the Brain: An ERP Primer. Dev Neuropsychol. 2005. 27(2): 183–215.

  38. Kirmse U., Jacobsen T., Schröger E. Familiarity affects environmental sound processing outside the focus of attention: an event-related potential study. Clin Neurophysiol. 2009. 120(5): 887–896.

  39. Kriegeskorte N., Sorger B., Naumer M., Schwarzbach J., van den Boogert E., Hussy W., Goebel R. Human cortical object recognition from a visual motion flowfield. J Neurosci. 2003. 23(4): 1451–1463.

  40. Machado S., Arias-Carrión O., Sampaio I., Bittencourt J., Velasques B., Teixeira S., Ribeiro P. Source Imaging of P300 Visual Evoked Potentials and Cognitive Functions in Healthy Subjects. Clin EEG Neurosci. 2014. 45(4): 262–268.

  41. Meyers E.M. Dynamic population coding and its relationship to working memory. J Neurophysiol. 2018. 120(5): 2260–2268.

  42. Murray J.D., Bernacchia A., Roy N.A., Constantinidis C., Romo R., Wang X.J. Stable population coding for working memory coexists with heterogeneous neural dynamics in prefrontal cortex. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017. 114(2): 394–399.

  43. Larsson J., Heeger D.J. Two retinotopic visual areas in human lateral occipital cortex. J Neurosci. 2006. 26(51): 13128–13142.

  44. Lee S.H., Baker C.I. Multi-Voxel Decoding and the Topography of Maintained Information During Visual Working Memory. Front Syst Neurosci. 2016. 10: 2.

  45. Lefebvre C.D., Marchand Y., Eskes G.A., Connolly J.F. Assessment of working memory abilities using an event-related brain potential (ERP)-compatible digit span backward task. Clin Neurophysiol. 2005. 116(7): 1665–1680.

  46. Li Y., Wang Y., Li S. Recurrent processing of contour integration in the human visual cortex as revealed by fMRI-guided TMS. Cereb Cortex. 2019. 29(1): 17–26.

  47. Luck S.J. Event-related potentials APA handbook of research methods in psychology, Vol 1: Foundations, planning, measures, and psychometrics. (pp. 523–546). 2012. Washington, DC, US: American Psychological Association.

  48. Luck S.J., Kappenman E.S. ERP components and selective attention The Oxford handbook of event-related potential components. (pp. 295–327). 2012. New York, NY, US: Oxford University Press

  49. Neumann H., Sepp W. Recurrent V1–V2 interaction in early visual boundary processing. Biol Cybern. 1999. 81(5-6): 425–444.

  50. Perry C.J., Fallah M. Feature integration and object representations along the dorsal stream visual hierarchy. Front Comput Neurosci. 2014. 8: 84.

  51. Petro L.S., Paton A.T., Muckli L. Contextual modulation of primary visual cortex by auditory signals. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2017. 372(1714): 20160104.

  52. Picchioni M., Matthiasson P., Broome M., Giampietro V., Brammer M., Mathes B., Fletcher P., Williams S., McGuire P. Medial temporal lobe activity at recognition increases with the duration of mnemonic delay during an object working memory task. Hum Brain Mapp. 2007. 28(11): 1235–1250.

  53. Pickering S.J., Gathercole S.E., Hall M., Lloyd S.A. Development of Memory for Pattern and Path: Further Evidence for the Fractionation of Visuo-Spatial Memory. Q J Exp Psychol (Hove) [A]. 2001. 54(2): 397–420.

  54. Polich J. Updating P300: an integrative theory of P3a and P3b. Clin Neurophysiol. 2007. 118(10): 2128–2148.

  55. Polich J., Kok A. Cognitive and biological determinants of P300: an integrative review. Biol Psychol. 1995. 41(2): 103–146.

  56. Rohrbaugh J.W., Donchin E., Eriksen C.W. Decision making and the P300 component of the cortical evoked response. Percept Psychophys. 1974. 15(2): 368–374.

  57. Rose N.S. The Dynamic-Processing Model of Working Memory. Curr Dir Psychol Sci. 2020. 29(4): 378–387.

  58. Rugg M.D., Curran T. Event-related potentials and recognition memory. Trends Cogn Sci. 2007. 11(6): 251–257.

  59. Saenz M., Lewis L.B., Huth A.G., Fine I., Koch C. Visual Motion Area MT+/V5 Responds to Auditory Motion in Human Sight-Recovery Subjects. J. Neurosci. 2008. 28(20): 5141–5148.

  60. Schomaker J. The relationship between response time and the strength of top-down attentional control: An ERP study. J. Eur. Psychol. Stud. 2009. 1(1), p. Art. 2.

  61. Schuermann B., Endrass T., Kathmann N. Neural correlates of feedback processing in decision-making under risk. Front. Hum. Neurosci. 2012. 6(204).

  62. Scimeca J.M., Kiyonaga A., D’Esposito M. Reaffirming the sensory recruitment account of working memory. Trends Cogn Sci. 2018. 22(3): 190–192.

  63. Shpaner M., Molholm S., Forde E., Foxe J.J. Disambiguating the roles of area V1 and the lateral occipital complex (LOC) in contour integration. Neuroimage. 2013. 69: 146–156.

  64. Spaak E., Watanabe K., Funahashi S., Stokes M.G. Stable and dynamic coding for working memory in primate prefrontal cortex. J Neurosci. 2017. 37(27): 6503–6516.

  65. Stokes M.G. ‘Activity-silent’ working memory in prefrontal cortex: a dynamic coding framework. Trends Cogn Sci. 2015. 19(7): 394–405.

  66. Twomey D.M., Murphy P.R., Kelly S.P., O’Connell R.G. The classic P300 encodes a build-to-threshold decision variable. Eur J Neurosci. 2015. 42(1): 1636–1643.

  67. Verleger R. Effects of relevance and response frequency on P3b amplitudes: Review of findings and comparison of hypotheses about the process reflected by P3b. Psychophysiology. 2020. 57(7): e13542.

  68. Woldorff M.G., Gallen C.C., Hampson S.A., Hillyard S.A., Pantev C., Sobel D., Bloom F. E. Modulation of early sensory processing in human auditory cortex during auditory selective attention. Proc Natl Acad Sci U S A. 1993. 90(18): 8722–8726.

  69. Wolff M., Vann S.D. The Cognitive Thalamus as a Gateway to Mental Representations. J Neurosci. 2019. 39(1): 3–14.

  70. Worden R., Bennett M.S., Neacsu V. The thalamus as a blackboard for perception and planning. Front Behav Neurosci. 2021. 15: 633872.

  71. Wronka E., Kaiser J., Coenen A.M. Neural generators of the auditory evoked potential components P3a and P3b. Acta Neurobiol Exp (Wars). 2012. 72(1): 51–64.

  72. Yang T.X., Allen R.J., Yu Q.J., Chan R.C.K. The influence of input and output modality on following instructions in working memory. Sci Rep. 2015. 5: 17657.

  73. Yang Y.-F., Brunet-Gouet E., Burca M., Kalunga E.K., Amorim M.-A. Brain processes while struggling with evidence accumulation during facial emotion recognition: An ERP study. Front Hum Neurosci. 2020. 14: 340–340.

  74. Zhang F., Deshpande A., Benson C., Smith M., Eliassen J., Fu Q.-J. The adaptive pattern of the auditory N1 peak revealed by standardized low-resolution brain electromagnetic tomography. Brain Res. 2011. 1400: 42–52.

  75. Zhong R., Li M., Chen Q., Li J., Li G., Lin W. The P300 event-related potential component and Ccgnitive impairment in epilepsy: A systematic review and meta-analysis. Front Neurol. 2019. 10(943).

Дополнительные материалы отсутствуют.