Human cerebellum og corticocerebellar forbindelser involveret i følelsesmæssig hukommelsesforbedring del 2

Følelsesmæssig information huskes bedre end neutral information. Omfattende beviser indikerer, at amygdalaen og dens interaktioner med andre cerebrale regioner spiller en vigtig rolle i den hukommelsesfremmende effekt af følelsesmæssig ophidselse. Mens lillehjernen er involveret i frygtkonditionering, er dens rolle i den følelsesmæssige forbedring af episodisk hukommelse mindre klar. For at løse dette problem brugte vi en helhjernefunktionel MR-tilgang hos 1.418 raske deltagere.

Følelser refererer til menneskets indre følelser og oplevelser og er en vigtig del af menneskets psykologiske aktiviteter. Hukommelse er en grundlæggende intellektuel evne hos mennesker. Det er den proces, hvorved mennesker får information fra tidligere erfaringer og bevarer og gennemgår den. De to spiller vigtige roller i menneskelige livsaktiviteter, og der er et tæt forhold mellem dem.

Forholdet mellem følelsesmæssig information og hukommelse er meget tæt. Ifølge forskning, når mennesker oplever følelsesmæssige oplevelser, behandler de den følelsesmæssige information mere dybde og detaljeret og forbedrer derved udgangspunktet og bevarelsesstyrken af ​​informationen i hukommelseslagring. Det betyder, at den indre oplevelse, der er indeholdt i følelsesmæssig oplevelse, er lettere at huske af den menneskelige hjerne og sværere at glemme.

Derfor kan følelsesmæssig information også stimulere menneskets entusiasme for læring og skabelse. Under følelsesmæssige oplevelser er folk mere følsomme og nysgerrige efter den information, de modtager, og fremmer dermed menneskelig læring og kreativitet. Samtidig kan følelsesmæssig oplevelse også stimulere folks følelsesmæssige udtryk og sociale færdigheder og derved forbedre intimiteten i menneskelige følelsesmæssige relationer.

For at opsummere er forholdet mellem følelsesmæssig information og hukommelse uadskilleligt. Følelsesmæssig oplevelse kan fremme en dyb forståelse af information og hukommelseslagring, og hukommelseslagring kan forbedre menneskets følelsesmæssige oplevelsesrespons og følelsesmæssige udtryksevner. Derfor bør vi være mere opmærksomme på vores egne følelsesmæssige oplevelser og forsøge at finde mere skønhed og lykke i følelsesmæssig kommunikation for at fremme forbedringen af ​​vores egne følelser og hukommelse. Det kan ses, at vi skal forbedre vores hukommelse. Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche deserticola også kan regulere balancen af ​​neurotransmittere, såsom at øge niveauet af acetylcholin og vækstfaktorer. Disse stoffer er meget vigtige for hukommelse og indlæring. Derudover kan kød også forbedre blodgennemstrømningen og fremme ilttilførsel, hvilket kan sikre, at hjernen får tilstrækkelige næringsstoffer og energi, og dermed forbedre hjernens vitalitet og udholdenhed.

Klik på kend kosttilskud for at forbedre hukommelsen

For det første identificerede vi klynger, der blev signifikant aktiveret under forbedret hukommelseskodning af negative og positive følelsesmæssige billeder. Ud over de velkendte følelsesmæssige hukommelsesrelaterede cerebralregioner identificerede vi en klynge i cerebellum. Vi brugte derefter dynamisk kausal modellering og identificerede flere cerebellare forbindelser med øget forbindelsesstyrke svarende til forbedret følelsesmæssig hukommelse, herunder en til en klynge, der dækker theamygdala og hippocampus, og tovejsforbindelser med en klynge, der dækker den forreste cingulate cortex. De nuværende resultater indikerer, at lillehjernen er en integreret del af et netværk involveret i den følelsesmæssige forbedring af episodisk hukommelse.

Forbedret hukommelse til følelsesmæssigt ophidsende information er et velkendt fænomen, der har adaptiv værdi i evolutionære termer, da det er afgørende at huske både farlige og gunstige situationer (1, 2). Fra undersøgelser af gnavere er det veletableret, at følelsesmæssig ophidselse fører til noradrenerg aktivering af amygdala, som igen aktiverer hippocampus og andre hjerneregioner for at forbedre hukommelseskonsolidering af følelsesmæssigt ophidsende information (3-5).

Desuden er der beviser fra humanstudier, at følelsesmæssig ophidselse og noradrenerg aktivering allerede regulerer hukommelsesprocesser under kodning (6-10), og at forbindelsesstyrken fra amygdalatoen hippocampus hurtigt øges under indkodningen af ​​følelsesmæssigt ophidsende information sammenlignet med neutral information (11). Bortset fra amygdala og hippocampus indikerede to metaanalyser af menneskelig hjerneaktiveringsundersøgelser ved hjælp af funktionel MR(fMRI) den potentielle relevans af adskillige yderligere hjerneregioner forstærket kodning af deklarativ hukommelse ved følelsesmæssig ophidselse, herunder den midterste occipitale gyrus, den midterste frontale gyrus, fusiform gyrus, inferior frontal gyrus, supramarginal gyrus, orbitofrontal cortex, parietal cortex, claustrum, caudate og insula(12, 13).

Selvom lillehjernen lejlighedsvis er blevet opført i fMRI-undersøgelser, enemotionel hukommelsesforbedring (14, 15), anførte en meta-analyse, der inkluderede 15 undersøgelser, det ikke (12). En nyere metaanalyse omfattende 25 undersøgelser fandt, at lillehjernen var signifikant aktiveret, men efter at have ekskluderet tre undersøgelser, der ikke viste nogen adfærdsfremmende effekt, forsvandt betydningen (13). Potentielle årsager til denne tvetydighed omfatter, at lillehjernen kun kan have vist subtærskelsignifikansniveauer i individuelle undersøgelser, eller at lillehjernen på forhånd ikke er blevet inkluderet i analysen (16).

Lillehjernen er typisk kendt for sin vigtige rolle i at kontrollere motoriske funktioner (17). Der er dog tegn på, at udgangene fra lillehjernen ikke kun er rettet mod kortikale motoriske områder, men også adskillige ikke-motoriske kortikale og subkortikale regioner, der er involveret i højere hjernefunktioner, herunder følelser og kognition (18-21), og at selve lillehjernen har robuste repræsentationer af flere netværk involveret i disse funktioner (22, 23).

Det er især kendt fra dyre- og menneskestudier, at lillehjernen spiller en vigtig rolle i frygtkonditionering (19, 24-27), som traditionelt er kategoriseret som en ubevidst eller ikke-deklarativ form for læring med en stærk følelsesmæssig komponent (5, 28). Det er imidlertid mindre klart, om lillehjernen også er involveret i den forstærkende effekt af følelsesmæssig ophidselse på episodicmemory, en deklarativ form for hukommelse, der kræver bevidst hukommelseskodning og muliggør bevidst erindring af information sammen med dens kontekst (5, 29, 30).

Dyre- og humanlæsionsstudier og humane neuroimaging-studier indikerer, at frygtkonditionering og følelsesmæssig forbedring af episodisk hukommelse delvist afhænger af den samme neurale underbygning, såsom amygdala (5, 12, 31, 32). Derfor kan lillehjernen være involveret ikke kun i frygtkonditionering, men også i den følelsesmæssige forbedring af episodisk hukommelse. I denne undersøgelse undersøgte vi, om cerebellum og cerebellar-cerebrale forbindelser er involveret i fænomenet med overlegen episodisk hukommelse, der foremotionelt vækker visuel information.

Vi brugte en fMRI-prøve på 1.418 raske menneskelige deltagere, som udførte en billedkodningsopgave indeholdende positive og negative følelsesmæssige og neutrale billeder, efterfulgt af en freerecall-test, som vurderer episodisk hukommelse (29, 30), 20 minutter efter afslutningen af ​​kodningen. Mens følelsesmæssig ophidselse snarere end valens er blevet identificeret som drivkraft for den hukommelsesfremmende effekt af fremtrædende information på episodisk hukommelse (5, 33, 34), er valensrelaterede forskelle også blevet identificeret (35).
Her fokuserede vi på identifikation af følelsesmæssige ophidselseseffekter, der er fælles for positiv og negativ valens. Den store stikprøve gjorde det muligt for os at opdele prøven i en opdagelse (n=945 deltagere) og en replikationsprøve (n=473 deltagere; se materialer og metoder). For at måle de neurale korrelater af overlegen hukommelse for følelsesmæssig information under kodning brugte vi det efterfølgende følelsesmæssige hukommelsesparadigme (12). Dette paradigme vurderer forskellen mellem indkodningsaktiviteten af ​​senere med succes genkaldte følelsesmæssige genstande versus den for ikke-tilbagekaldte emotionelle genstande, sammenlignet med genkaldte neutrale genstande vs. ikke-tilbagekaldte neutrale genstande (kaldet "forbedret emotionel hukommelseskodning"). Først identificerede vi voxels med signifikant øget aktivitet under forbedret følelsesmæssig hukommelseskodning i opdagelsesprøven. Vi udførte denne analyse for hele hjernen, inklusive lillehjernen.

Fra voxels, der viste øget aktivitet under forbedret følelsesmæssig hukommelseskodning, definerede vi regioner af interesse (ROI'er). Vi definerede ROI'er funktionelt snarere end anatomisk, da følsomheden ved at detektere tilstedeværelsen af ​​forbindelser kan øges ved at bruge ROI'er, der matcher faktiske funktionelle grænser (36). Specifikt kombinerede vi voxels med en lignende responsprofil for at skabe rumligt sammenhængende og tidsmæssigt homogene ROI'er ved at bruge en klyngetilgang (37). Vi testede derefter, om de identificerede ROI'er viste øget aktivitet under forbedret emotionel hukommelseskodning i replikationsprøven.

Med de replikerede ROI'er (dvs. én cerebellar ROI, 25 cerebrale ROI'er) undersøgte vi endelig den rettede effektive forbindelse mellem cerebellar ROI og cerebrale ROI'er ved hjælp af dynamisk kausal modellering (DCM) (38, 39) i begge prøver. Mens DCM oprindeligt blev udviklet for at teste specifikke hypoteser vedrørende tilstedeværelsen, retningen og modulatorerne af effektiv forbindelse mellem et sæt foruddefinerede hjerneregioner, kan det også anvendes på en undersøgende måde, der involverer et stort antal hjerneregioner og modeller ([40]; se Materialer og metoder).

Her anvendte vi DCM til at udforske den rettede effektive forbindelse mellem cerebellar ROI og cerebrale ROI'er involveret i følelsesmæssig hukommelsesforbedring. DCMlod os at bestemme 1) om styrken af ​​disse forbindelser blev øget under vellykket emotionel hukommelseskodning, og 2) retningen af ​​effektiv forbindelse for at lære, om input fra lillehjernen kausalt driver en cerebral ROI impliceret i følelsesmæssig hukommelsesforbedring, eller om indflydelsesretningen er anden vej rundt.

Resultater

Adfærdsdata: Forbedring af følelsesmæssig hukommelse. De adfærdsmæssige resultater i både opdagelses- og replikationsprøverne indikerede, at deltagerne frit genkaldte flere følelsesmæssige (positive og negative) billeder end neutrale billeder (opdagelsesprøve, meandidifference: 4,50 ± 2,76 [middel ± SD], T {{4} }.01, P=7.53 x10-268, n=945; replikationsprøve, gennemsnitlig forskel: 4.65 ±2.60 [middel ± SD], T=38.82, P=7.03 x 10-149, n=473). For en detaljeret beskrivelse af adfærdsdataene, se reference(11). Denne følelsesmæssige hukommelsesforbedring var ikke signifikant forbundet med alder eller køn (P > 0,05; 2-sidet).

Aktivitet relateret til forbedret følelsesmæssig hukommelseskodning.

For kontrasten, der repræsenterer forbedret emotionel hukommelseskodning, blev der identificeret 7,708 voxels med øget aktivitet i opdagelsesprøven på helhjerneniveau, korrigeret for flere sammenligninger ved hjælp af proceduren for hastighedshastighed for familiemæssige fejl (FWE) (n { {4}}, Pwhole-brain-FWE-korrigeret < 0.05; SI-tillæg, fig. S2 og tabel S3). Vi observerede ikke signifikante positive eller negative sammenhænge mellem aktivitet og virkningerne af køn, alder, ændringer i scannersoftware eller ændringer i gradientspoler (Pwhole-brain-FWE-korrigeret > 0,05).

Voxels relateret til forstærket demotionel hukommelseskodning blev parcelleret i 30 klynger (dvs. ROI'er) for at reducere dimensionaliteten af ​​dataene (fig. 1 og SI-tillæg, fig. S3-S7, se materialer og metoder for detaljer om parcellationsmetoden). En klynge (ROI 11) indeholdt isolerede voxler og små klynger af voxler, der ikke var rumligt kohærente og derfor blev fjernet fra yderligere analyse.

Ud af de 29 resterende ROI'er var 28 lokaliseret i neokortikale og subkortikale regioner af storhjernen, og en var i lillehjernen (fig. 1; se SI-tillæg, tabel S5 for detaljer om antallet af voxels såvel som den anatomiske korrespondance-percluster). Ifølge et probabilistisk magnetisk resonans (MR)-atlas af den menneskelige lillehjernen (41) blev cerebellar-klyngen i opdagelsesprøven hovedsageligt kortlagt på lillehjernens vermis (lokalt maksimum med 76 % i lobule IX og med 22 % i dens plikationsprøve) .

Ud af de 29 ROI'er, der blev identificeret i opdagelsesprøven, blev 26 ROI'er (inklusive cerebellum) også signifikant aktiveret under forstærket emotionel hukommelseskodning i replikationsprøven (signifikansgrænse for ROI-maksima: T=4.41, P < {{ 4}}.05, ensidig, Bonferroni-korrigeret for alle væsentlige voxels af de 29 ROI'er, der er identificeret i opdagelsesprøven). Maxima for ROI'er 7, 13 og 25 nåede ikke signifikans i replikationsprøven, og derfor blev disse ROI'er ikke taget i betragtning til DCM-analysen.

Sammenfattende er de replikerede 26 ROI'er kortlagt på den occipitale, temporale, parietale og frontale cortex og amygdala/hippocampus, cingulate, thalamus, hjernestamme og cerebellum (fig. 1; SI-tillæg, tabel S5).

Det er bemærkelsesværdigt, at aktivitet relateret til vellykket hukommelseskodning ikke adskiller sig signifikant mellem de positive og negative billeder i cerebellar ROI i både opdagelsen og replikationsprøverne (Pwhole-brain-FWE-corrected > 0.05, Psmall-volume-korrigeret > 0,001).

DCM: Forbindelsesstyrke under forbedret følelsesmæssig hukommelseskodning.

De replikerede 26 ROI'er relateret til forbedret følelsesmæssig hukommelseskodning kom ind i DCM-analysen. For at undersøge ændringer i forbindelsesstyrke under forstærket emotionel hukommelseskodning mellem cerebellar ROI og de resterende 25 cerebrale ROI'er brugte vi en række 2-node (cerebellum til alle andre) DCM'er til at udforske alle parvise (tovejs) forbindelser (bemærk, at en et stort antal modelparametre udelukkede inklusion af alle 26 ROI'er i en enkelt DCM-model).

Inden for opdagelsesprøven viste 25 forbindelser (ud af de 5 0mulige ensrettede forbindelser) øget styrke under forbedret emotionel hukommelseskodning (posterior sandsynlighed > 0.99). I betragtning af antallet af tests anvendte vi en konservativ sandsynlighedstærskel på 0.99 og replikerede resultaterne i en uafhængig stikprøve ved hjælp af den samme tærskel(38, 42, 43). Femten ud af de 25 forbindelser havde også øget styrke i replikationsprøven (posterior sandsynlighed > 0,99) (fig. 2 og SI-tillæg, fig. S8-S10). Ud af disse 15 replikerede forbindelser viste 11 forbindelser øget forbindelsesstyrke fra cerebellum til cerebrale regioner.

Af særlig interesse er den stærke forbindelse fra cerebellar ROI til ROI 26, der inkluderer voxels fra amygdala og hippocampus (fig. 2). Fire forbindelser viste øget forbindelsesstyrke fra cerebrale regioner til cerebellum (fig. 2). Forbindelserne mellem cerebellar ROI og ROI 22, der inkluderer voxels fra rostralanterior cingulate ROI og mellem cerebellar ROI og ROI 9, der indeholder voxels fra den præcentrale cortex, viste øget styrke i begge retninger.

Diskussion

Den foreliggende undersøgelse havde til formål at undersøge, om cerebellum og cerebellar-cerebrale forbindelser er involveret i fænomenet overlegen episodisk hukommelse til følelsesmæssigt ophidsende visuel information. I det første trin identificerede vi klynger, der viste øget aktivitet under forbedret kodning af følelsesmæssige billeder. Cerebrale klynger blev kortlagt på theoccipital, temporal, parietal og frontal cortex og theamygdala/hippocampus, cingulate og thalamus. Disse hjerneaktiveringsresultater er stort set i overensstemmelse med resultaterne af to meta-analyser af forbedret følelsesmæssig hukommelse, der koder for umenneskelige (12, 13) og omfattende eksperimentelt arbejde med dyr (4, 32, 44).

Ud over disse cerebrale regioner fandt vi solide beviser for en klynge, der hovedsageligt er placeret i lillehjernens vermis, viser øget aktivitet under forstærket demotional hukommelseskodning i to store prøver. Interessant nok aktiveres lillehjernens midtlinje under genkaldelse af følelsesmæssige personlige livsepisoder, hvilket indikerer arole af denne region i følelsesmæssig hukommelseshentning (21).

Der er akkumulerende beviser for, at cerebellum, især cerebellar vermis, er afgørende involveret i frygtkonditionering (19, 24, 26, 27). Hos gnavere er det blevet vist, at læsioner af vermis ophæver hjertefrekvenskonditionering (45), og at vermis er nødvendig for intakt frygtkonditionering (46). Hos mennesker er det blevet rapporteret, at patienter med læsioner af cerebellar vermis viser nedsat erhvervelse af frygtbetinget bradykardi (47). Desuden fandt en fMRI-undersøgelse usunde deltagere, at vermis var involveret i klassisk konditionering (48).

Vermis har efferente projektioner til limbiske regioner, herunder amygdala og hippocampus, strukturer involveret i henholdsvis delay conditioning og traceconditioning (49). Forbindelsen af ​​vermis med amygdala og hippocampus ville også tillade en indflydelse af vermis på forbedringen af ​​episodiske erindringer ved følelsesmæssig ophidselse, som afhænger af begge strukturer (5). Resultaterne af denne undersøgelse indikerer faktisk, at vermis ikke kun er involveret i frygtkonditionering, men er også involveret i fænomenet overlegen episodisk hukommelse af følelsesmæssigt vækkende visuel information.

Den efterfølgende DCM-forbindelsesanalyse indikerede, at adskillige cerebellar-cerebrale forbindelser viste øget styrke under forbedret emotionel hukommelseskodning (fig. 2), hvilket tyder på, at cerebellum er en integreret komponent af netværket involveret i emotionel hukommelsesforbedring. Specifikt fandt vi 11 forbindelser med øget forbindelsesstyrke fra cerebellum til cerebrale regioner. I forbindelse med forbedret emotionel hukommelseskodning virker forbindelsen til ROI, der inkluderer voxels fra amygdala og hippocampus (ROI 26), af særlig interesse. Det har vist sig, at lillehjernen og amygdala er funktionelt forbundet under frygtkonditionering (50, 51).

Desuden viste undersøgelser i rotter og katte, at elektrisk stimulering af vermis (uden for læringskontekst) modulerer (dvs. nogle enheder er faciliteret og andre er hæmmet) amygdala og hippocampus aktivitet (52, 53), hvilket indikerer, at vermis er funktionelt forbundet med disse limbiske regioner. Disse resultater passer med retningen fundet i den aktuelle DCM-analyse, hvilket indikerer en indflydelse af vermis på ROI 26. Der er rigeligt med beviser for, at theamygdala og hippocampus, såvel som deres interaktioner, er afgørende involveret i den forstærkende effekt af følelsesmæssig ophidselse enepisodisk hukommelse ( 4, 5, 11, 54).

Vi fandt også beviser for involvering af tovejsforbindelser af lillehjernen med ROI, som inkluderede voxels fra den forreste cingulate cortex (ROI 22), i emotionel hukommelsesforøgelse. En hviletilstand funktionel forbindelses-MRI-undersøgelse i raske mennesker har vist, at cingulatet er funktionelt forbundet med cerebellum (23). Ydermere har det anteriore cingulate været relateret til følelser, belønningsvurdering og værdirepræsentationer (55). Det er blevet postuleret, at den forreste cingulate cortex, ud over amygdal og insula, er en grundlæggende del af et storstilet salience-netværk, der fungerer til at adskille de mest relevante blandt interne og ekstrapersonlige stimuli for at guide adfærd (56, 57).

Desuden er det blevet rapporteret, at salience-netværket er aktiveret af noradrenerg aktivering (58), et neurotransmittersystem, der er afgørende involveret ikke kun i ophidselses- og opmærksomhedsprocesser, men også i følelsesmæssig hukommelsesforøgelse (59). Interessant nok er locus coeruleus, det vigtigste sted for hjernesyntese af noradrenalin, projicerer også til områder i hele lillehjernen (60). Hvorvidt lillehjernen bliver aktiveret direkte af locus coeruleus eller indirekte af salience-netværket er endnu ikke fastlagt.

Desuden fandt vi en tovejsforbindelse af lillehjernen med ROI i den frontale cortex (hovedsageligt præcentral), der kan være relateret til reguleringen af ​​motoriske funktioner (61), muligvis motorisk læring, i forbindelse med forbedring af følelsesmæssig hukommelse. Til sidst fandt vi forbindelser med øget forbindelsesstyrke fra to cerebrale ROI'er til cerebellum (dvs. ROI 10, inklusive voxels fra den linguale og peri calcarine gyrus, og ROI 23, inklusive voxels fra den laterale occipitale cortex).

For more information:1950477648nn@gmail.com