Attention échantillonne rythmiquement les objets multi-fonctionnalités dans la mémoire de travail, partie 1

L'attention nous permet d'améliorer de manière sélective le traitement d'emplacements ou de caractéristiques spécifiques de notre environnement externe tout en filtrant les informations non pertinentes. On suppose actuellement que cela est réalisé grâce à l’augmentation des signaux sensoriels pertinents, ce qui biaise la compétition entre les représentations neuronales.

L'environnement extérieur fait inévitablement partie de notre vie et peut avoir un impact important sur nos conditions physiques et psychologiques. Par exemple, différents climats, régimes alimentaires, rythmes de travail, etc. affecteront notre santé physique, mais pour notre cerveau, l'environnement extérieur est également un facteur très important. Les recherches menées ces dernières années ont montré qu’il existe une relation étroite entre l’environnement externe et la mémoire.

Tout d’abord, un bon environnement peut offrir une excellente atmosphère d’apprentissage et de travail, ce qui est très bénéfique pour notre cerveau. Notre cerveau est bon en mémoire et en apprentissage. Cependant, si nous sommes dans un environnement stressant, anxieux ou chaotique, le cerveau sera gravement perturbé, affectant notre mémoire et nos capacités de réflexion. Il est donc important de maintenir un environnement agréable et ordonné.

Deuxièmement, l’exercice et un bon sommeil sont également des aspects de l’impact de l’environnement externe sur la mémoire. La santé du corps et la santé du cerveau sont étroitement liées. La recherche montre que l’exercice et un bon sommeil sont les meilleurs moyens d’améliorer nos fonctions cérébrales et notre mémoire. L'exercice peut amener notre cerveau à sécréter davantage de produits chimiques tels que la sérotonine et la dopamine, ce qui peut améliorer notre humeur et notre capacité de réflexion, améliorant ainsi notre mémoire et notre capacité de réflexion. Et un bon sommeil peut donner à notre cerveau suffisamment de repos et fournir suffisamment de temps et d’espace pour la mémoire à long terme. Par conséquent, nous devons chérir le temps consacré à l’exercice et au sommeil afin que notre cerveau puisse être pleinement entretenu.

Enfin, la socialisation et les activités physiques et mentales sont également bonnes pour notre cerveau. Notre cerveau a besoin d’un apprentissage et d’une réflexion constants pour maintenir sa fonctionnalité et sa vitalité. L'interaction sociale améliore notre capacité à communiquer et à penser, stimulant ainsi notre mémoire et notre créativité. Les activités physiques et mentales, comme la lecture, les voyages, la photographie, etc. sont également des moyens rares d’exercer la mémoire.

En résumé, il existe une relation étroite entre l’environnement externe et la mémoire. Nous devons utiliser des attitudes et des actions positives pour créer un bon environnement de vie et fournir à notre cerveau une meilleure stimulation pour améliorer notre mémoire et nos capacités d'apprentissage. On voit que nous devons améliorer notre mémoire. Cistanche deserticola peut améliorer la mémoire, car Cistanche deserticola peut également réguler l'équilibre des neurotransmetteurs, comme l'augmentation des niveaux d'acétylcholine et de facteurs de croissance. Ces substances sont très importantes pour la mémoire et l’apprentissage. En outre, la viande peut également améliorer la fluidité du sang et favoriser le transport de l'oxygène, ce qui peut garantir que le cerveau reçoive suffisamment de nutriments et d'énergie, améliorant ainsi sa vitalité et son endurance..

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Des études neurophysiologiques et comportementales récentes ont révélé que l'attention est un processus fondamentalement rythmique, étroitement lié aux oscillations neuronales des réseaux frontopariétaux. Au lieu de mettre continuellement en évidence un seul objet ou lieu, l’attention alterne rythmiquement entre plusieurs représentations pertinentes à une fréquence de 3 à 8 Hz.

Cependant, l'attention ne peut pas seulement être dirigée vers le monde extérieur mais également vers les représentations internes de la mémoire visuelle de travail (VWM), par exemple

lors de la sélection de l'un des nombreux modèles de recherche pour trouver les objets correspondants dans le monde extérieur. Deux études récentes démontrent que les objets à fonctionnalité unique dans VWM sont suivis d'une manière rythmique similaire à celle des objets perçus. Nous ajoutons ici à la littérature en montrant que les rétro-indices non spatiaux initient un échantillonnage thêta-rythmique comparable d'objets multi-fonctionnalités dans VWM.

Nos résultats s'ajoutent à l'ensemble convergent de preuves selon lesquelles les représentations visuelles externes et internes sont accessibles par des mécanismes attentionnels rythmiques similaires et présentent une solution potentielle au problème de liaison dans la mémoire de travail.

Bien que notre expérience visuelle subjective puisse ressembler à un flux continu d’informations entrantes, les preuves accumulées suggèrent que la perception ainsi que l’attention subissent des fluctuations rythmiques. Les rythmes comportementaux se trouvent le plus souvent à des fréquences de 3 à 6 Hz et de 8 à 12 Hz et ont été liés aux oscillations neuronales correspondantes dans les bandes thêta (3 à 8 Hz) et alpha (8 à 12 Hz)1.

Lorsque nous observons deux objets dans notre champ visuel, les temps de réaction face à des cibles imprévisibles sont modulés en fonction du temps à une fréquence thêta2–5, potentiellement en raison d'une compétition neuronale6,7.

Ces modulations périodiques de performance sont observées pour chaque lieu individuellement, mais oscillent souvent en antiphase, en accord avec un projecteur d'attention rythmique qui échantillonne plusieurs objets alternativement et séquentiellement8,9. Cet échantillonnage rythmique semble être le cas non seulement pour la localisation des objets, mais également pour les caractéristiques non spatiales telles que la couleur ou l'orientation (c'est-à-dire l'attention basée sur les caractéristiques10,11).

L’attention dirigée vers des objets ou des caractéristiques du monde extérieur est supposée faciliter le traitement au moins partiellement via l’amplification des signaux sensoriels12-18. Un mécanisme similaire pourrait être à l'origine des bénéfices comportementaux observés lors de la concentration de l'attention sur les représentations internes (mémorisées) dans la mémoire de travail visuelle (VWM). Il a été démontré que les signaux prédictifs dirigés vers un ou plusieurs éléments de la mémoire de travail augmentent les performances de rappel, même si les signaux sont présentés plusieurs secondes après l'encodage, communément décrit comme l'effet de signal rétro (pour une revue, voir Souza et Oberauer19).

Un nombre croissant d’études ont révélé un fort chevauchement des corrélats neurophysiologiques de l’attention portée aux stimuli externes (actuellement perçus) et aux processus internes de mémoire de travail. Ce fort chevauchement est en outre étayé par des découvertes qui impliquent fortement les cortex sensoriels précoces dans le maintien des représentations de la mémoire de travail, souvent appelées hypothèse du recrutement sensoriel21-27.

Par exemple, il a été démontré que la sélection attentionnelle d'éléments dans la mémoire de travail biaise l'activité dans les zones sensorielles qui traitent ces stimuli et module plus fortement la décodabilité des caractéristiques des éléments dans les premiers cortex visuels.

Pour résumer, les stimuli visuels externes et les représentations internes du VWM sont codés au moins partiellement par des populations neuronales qui se chevauchent sur lesquelles l'attention doit agir. Cela soulève la possibilité intrigante que des mécanismes attentionnels similaires, voire identiques, puissent être engagés pour les représentations visuelles externes et internes. Des travaux récents ont commencé à étendre la nature rythmique de l'attention interne dirigée vers les éléments VWM. Peters et al.31 ont demandé aux participants de mémoriser quatre points qui définissaient les points finaux et donc les contours de deux objets.

Un signal rétrospectif ultérieur a dirigé et réinitialisé l'attention vers l'un de ces objets. À des moments densément échantillonnés (200 ms à 1 000 ms) mais imprévisibles, une cible a été présentée qui tombait à l'intérieur ou à l'extérieur des contours mémorisés de l'objet repéré ou non repéré. Ils ont observé que les temps de réaction (RT) mesurés en fonction de la distance au signal fluctuaient rythmiquement à une fréquence de 6 Hz.

De plus, les séries temporelles RT de réponses à l'objet signalé par rapport à l'objet non signalé ont été modulées en antiphase, indiquant que l'attention basée sur les objets échantillonnait périodiquement les deux emplacements d'objets dans VWM. Notamment, les temps de réaction aux cibles présentées à des emplacements d'objets différents n'ont jamais été plus rapides que ceux des cibles situées à des emplacements d'objets identiques. Les auteurs ont interprété cela comme une preuve que l'attention ne se déplaçait pas complètement et périodiquement entre les objets, mais alternait entre la priorisation d'un objet et d'aucun objet.

Une deuxième étude menée par Pomper et Ansorge32 a montré que des fluctuations de performances similaires se produisent entre deux barres orientées dans le VWM. Il est important de noter qu’ils ont présenté leurs stimuli de manière séquentielle et lors de la fixation, réduisant ainsi les influences potentielles de l’attention spatiale rythmique. L'efficacité du traitement de la sonde a fluctué à une fréquence de 6 Hz et une relation anti-phasique entre les séries temporelles de précision du premier et du deuxième stimulus a été observée.

L'émergence récente d'études révélant des fluctuations comportementales rythmiques dans l'attention interne, ressemblant beaucoup à celles trouvées dans l'attention externe, suggère une relation étroite entre les deux mécanismes attentionnels et une implication centrale de l'activité cérébrale rythmique. Un chevauchement mécanistique potentiel pourrait avoir de vastes implications sur notre compréhension de la manière dont le cerveau sélectionne les informations internes et externes et de la manière dont cette sélection est orchestrée par l’activité oscillatoire. Il est toutefois important de noter que les fonctions attentionnelles rythmiques basées sur les objets dans la mémoire de travail n'ont été démontrées que pour des éléments constitués de caractéristiques uniques .
Comme l'attention basée sur les objets a été fortement impliquée dans la liaison de plusieurs caractéristiques à la fois pendant la perception et dans la mémoire de travail, nous avons entrepris de caractériser davantage les corrélats comportementaux de l'échantillonnage attentionnel thêta-rythmique dans la mémoire de travail en utilisant des éléments constitués de plusieurs éléments pertinents. caractéristiques dans un paradigme de rétro-repère. Nous émettons l'hypothèse d'une modulation rythmique de l'efficacité de comparaisons spécifiques de sondes mémoire à une fréquence de 3 à 6 Hz suite à des signaux attentionnels. De plus, nous émettons l'hypothèse que les séries temporelles comportementales correspondant aux deux éléments de mémoire seront modulées en antiphase, ce qui indique un échantillonnage attentionnel alterné des représentations de la mémoire de travail.

Importance méthodologique.

In a recent publication, Brookshire35 critically assesses the widely used statistical permutation tests based on the random shuffling of the behavior-SOA pairs (time shifting). This statistical procedure however does not take into account the non-periodic autocorrelational structure that might be present in the behavioral data and therefore leads to a large percentage (>5 %) d'erreurs de type-1. Brookshire35 propose un test statistique alternatif basé sur l'estimation de modèles d'autocorrélation AR(1).

Ces modèles capturent la structure autocorrélative de la série temporelle d'origine et contrôlent avec succès le taux d'erreur de type -1. Pour tester la fiabilité de nos résultats, nous avons analysé nos données en utilisant deux techniques distinctes consistant en (1) le prétraitement traditionnel et le décalage temporel et (2) les étapes de prétraitement et les méthodes statistiques recommandées par Brookshire35. Cela a également permis de mieux comprendre si et comment les deux techniques affectaient les résultats. Bien qu’elles aboutissent à des résultats partiellement différents, les deux techniques d’analyse ont révélé des fluctuations rythmiques comparables du comportement dans la plage thêta.

Matériels et méthodes

Participants. 26

des participants (âgés de 19 à 28 ans, 19 femmes) ayant une vision normale ou corrigée à la normale ont participé à l'expérience. Des formulaires de consentement éclairé ont été signés avant l'expérience. Une fois terminé, les participants étaient rémunérés par des crédits académiques ou 12 euros. L'expérience a été réalisée selon le protocole approuvé par le comité d'éthique de la Faculté des sciences sociales et comportementales de l'Université d'Utrecht et a suivi le code d'éthique de l'Association médicale mondiale (Déclaration d'Helsinki).

Conception expérimentale.

Les stimuli ont été présentés à une distance de 58 cm avec un écran LCD (27-pouces, résolution de 2560×1440, taux de rafraîchissement de 120 Hz) à l'aide de la Psychophysics Toolbox exécutée dans MATLAB (MathWorks). Les stimuli consistaient en une croix de fixation centrale (diamètre =0,3 degrés), deux stimuli de mémoire circulaires constitués de réseaux orientés de manière aléatoire (diamètre =10 degrés ; fréquence spatiale =4 cpdva) qui avaient tous deux une couleur aléatoire sélectionnée parmi les phases opposées de l'espace colorimétrique CIELAB (48 couleurs échantillonnées ; L=59, a=18, b=− 8), un repère de couleur central (0,93 degré), une sonde (diamètre=10 degré ; fréquence spatiale=4 cpdva) dont l'orientation était légèrement décalée par rapport au même stimulus de mémoire coloré, et un masque de Mondrian constitué d'un motif coloré (diamètre=10 degré ; code à partir de36).

Les participants ont effectué une tâche de mémoire de travail 2AFC dans laquelle il leur était demandé de comparer l'orientation de deux stimuli de mémoire à l'orientation d'une sonde correspondant à la couleur de l'un d'entre eux. Le comportement en réponse à la sonde a été mesuré à l'aide d'une approche d'échantillonnage dense qui nous a permis de mesurer l'effet rythmique des fluctuations attentionnelles sur le traitement de la sonde. Les essais ont débuté par la présentation de la croix de fixation sur un écran blanc pendant 1 000 ms (Fig. 1). Cela a été suivi par la présentation séquentielle de deux stimuli de mémoire pendant 1 000 ms chacun (Stimulus A et Stimulus B). Après un délai vierge de 1 000 ms, nous avons présenté un signal de 250 ms correspondant à la couleur du stimulus A ou du stimulus B et avons indiqué lequel des deux éléments de la mémoire de travail serait sondé avec une validité de 75 %.

Sur la base d'études antérieures, nous avons émis l'hypothèse que le signal réinitialiserait l'échantillonnage attentionnel rythmique tout en obligeant les participants à maintenir une représentation de l'élément non signalé2,4,10,31. Le signal a été suivi d'un écran vide à retard variable (entre 200 et 700 ms par pas de 16,7 ms), après quoi nous avons présenté un stimulus de sonde pendant 75 ms dont la couleur correspondait au stimulus A ou au stimulus B et était légèrement orienté dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse. . Après un autre bref délai de 25 ms, nous avons présenté un masque pendant 75 ms, après quoi les participants ont répondu si l'orientation de la sonde était inclinée dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre par rapport au stimulus WM de même couleur. Les participants ont répondu en appuyant soit sur le bouton Q (dans le sens inverse des aiguilles d’une montre), soit sur le bouton P (dans le sens des aiguilles d’une montre).

L'expérience consistait en un bloc de familiarisation (~ 4 min) au cours duquel les participants effectuaient plusieurs essais avec une rétroaction binaire sur chaque essai. Cela a été suivi d'une procédure en escalier (QUEST, 80 essais, ~ 10 min) qui nous a permis d'adapter la différence angulaire d'orientation entre l'élément de mémoire et la sonde afin que les performances soient en moyenne de 75 %37. Au cours de cette procédure, les participants ont reçu une rétroaction binaire à la fin de chaque essai. Une fois la procédure en escalier terminée, l'expérience principale a commencé (20 blocs de 30 essais chacun, environ 75 minutes). L'expérience principale était identique à la procédure en escalier, à la seule exception près qu'un retour d'information était désormais fourni à la fin de chaque bloc sous la forme d'un pourcentage de réussite au lieu d'être fourni à la fin de chaque essai. Cela a été fait pour minimiser les effets de la formation. Au cours de l'expérience principale, nous avons utilisé une différence angulaire fixe entre l'échantillon et les sondes, déterminée lors de la procédure en escalier.

L'analyse des données.

Nous avons uniquement considéré les essais avec des temps de réaction inférieurs à 2 s. Pour deux participants, cela a conduit à l'exclusion de plus de 20 % des essais et ils ont donc été exclus de l'analyse. Pour un autre participant, nos critères RT ont conduit à la suppression de tous les essais dans une SOA spécifique, et ils ont également été supprimés de l'analyse. 23 participants ont été inclus dans l’analyse finale. Les temps de réaction moyens et la précision du groupe ont été analysés à l’aide de tests t sur deux échantillons. Pour étudier les fluctuations rythmiques du comportement, nous avons moyenné les temps de réaction dans chacune des 30 SOA successives pour chaque participant. Cela nous a permis de calculer des séries chronologiques comportementales qui reflètent les changements dynamiques dans l'efficacité des comparaisons de sondes (RT et précision) au cours de l'intervalle de maintenance.

La longueur de la fenêtre temporelle (500 ms) et l'espacement des SOA (fréquence d'échantillonnage 60 Hz) ont été choisis de manière à pouvoir analyser des fréquences comprises entre 2 et 30 Hz. Seuls les essais corrects ont été pris en compte car ils reflètent très probablement un maintien réussi de la mémoire de travail. Comme nous avons émis l'hypothèse que le signal réinitialiserait l'échantillonnage attentionnel sur l'élément signalé, quelle que soit sa position en série, nous avons calculé séparément la série temporelle RT pour les sondes correctement signalées et les sondes incorrectement signalées. La section suivante décrit respectivement les étapes ultérieures de notre pipeline d'analyse d'origine et du nouveau pipeline d'analyse.

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