Ua hauj lwm nco yog complex thiab Dynamic, zoo li koj xav
Sep 05, 2023
Abstract
Kev ua haujlwm nco yog qhov uas xav tau tuav thiab tswj xyuas. Tau ntau xyoo, tus qauv tseem ceeb yog tias kev ua haujlwm nco tau tso siab rau qhov tsis muaj zog-xeev neural dynamics. Ib qho kev sawv cev neural tau qhib thiab tom qab ntawd tuav hauv lub xeev ntawd. Txawm li cas los xij, raws li feem ntau tshwm sim, qhov ntau peb tshuaj xyuas kev ua haujlwm nco (tshwj xeeb nrog cov thev naus laus zis tshiab), qhov nyuaj dua nws zoo li. Cov kev tshawb pom tsis ntev los no qhia tau hais tias kev ua haujlwm nco muaj ntau lub tswv yim, suav nrog kev sib tw tsis tu ncua ntawm spiking. Kev nco kuj tseem muaj zog, hloov zuj zus mus ua haujlwm raws li kev ua haujlwm. Cortical rhythms tuaj yeem tswj cov kev hloov pauv, yog li tso cai rau saum-down "kev tswj hwm" tswj peb txoj kev xav.
Muaj kev sib raug zoo ntawm kev tswj hwm peb txoj kev xav thiab kev nco, yog tias peb tuaj yeem tswj tau peb txoj kev xav, peb yuav muaj kev xav zoo dua thiab nco.
Kev xav yog lub zog uas peb koom nrog, thiab peb cov txheej txheem kev xav thiab kev coj cwj pwm raug cuam tshuam los ntawm kev xav. Yog tias peb txoj kev xav tau nyob ntawm qhov tsis zoo thiab cov ntsiab lus tsis zoo, peb yuav dhau los ua qhov tsis zoo, uas yuav cuam tshuam rau peb txoj kev xav thiab kev nco. Ntawm qhov tsis sib xws, yog tias peb tuaj yeem tswj tau peb txoj kev xav nrog kev paub zoo, peb yuav muaj peev xwm xav thiab nco qab zoo dua.
Thaum nws los tswj peb txoj kev xav, muaj ob peb yam uas peb ua tau. Peb tuaj yeem nrhiav kev pab zoo hauv peb lub neej niaj hnub, xws li mloog nkauj, nyeem cov phau ntawv txhawb siab, ncav cuag cov phooj ywg zoo, thiab lwm yam. Peb tuaj yeem txhawb peb lub siab los ntawm kev txhawb peb lub hauv paus kev paub thiab kawm txuj ci tshiab. Cov hau kev no yuav pab kom peb txawj ntse thiab ntse dua hauv peb txoj kev xav thiab kev nco.
Hauv kev xaus, muaj kev sib raug zoo ntawm kev tswj cov kev xav thiab kev nco. Peb yuav tsum tswj peb txoj kev xav kom zoo los txhim kho peb txoj kev xav thiab kev nco. Tsuav peb muaj lub siab zoo thiab tsim tus cwj pwm zoo, peb yuav muaj kev noj qab haus huv, kev zoo siab, thiab kev vam meej. Nws tuaj yeem pom tias peb yuav tsum txhim kho kev nco. Cistanche tuaj yeem txhim kho kev nco zoo vim Cistanche yog cov khoom siv tshuaj suav tshuaj suav nrog ntau yam tshwj xeeb, ib qho ntawm kev txhim kho kev nco. Kev ua tau zoo ntawm cov nqaij minced los ntawm ntau yam khoom xyaw uas nws muaj, nrog rau cov kua qaub, polysaccharides, flavonoids, thiab lwm yam. Cov khoom xyaw no tuaj yeem txhawb lub hlwb kev noj qab haus huv ntau txoj hauv kev. Cov nqaij minced yog cov tshuaj suav tshuaj ntsuab tshuaj ntsuab uas muaj ntau yam teebmeem, ib qho yog los txhim kho kev nco. Kev ua tau zoo ntawm cov nqaij minced los ntawm ntau yam khoom xyaw uas nws muaj, nrog rau cov kua qaub, polysaccharides, flavonoids, thiab lwm yam. Cov khoom xyaw no tuaj yeem txhawb lub hlwb kev noj qab haus huv ntau txoj hauv kev.
Nyem paub 10 txoj hauv kev los txhim kho kev nco
Taw qhia
Ntau tshaj 30 xyoo dhau los, kev ua haujlwm nco tau raug daws. Peb tau pom lub hauv paus neural rau tuav ib yam khoom hauv kev ua haujlwm nco. Tus qauv yog ncaj nraim. Ib qho stimulus activates neural spiking hauv pFC. Cov haujlwm ntawd tau txhawb nqa tom qab qhov kev txhawb nqa ploj mus thiab nws lub cim xeeb tau tuav hauv kev ua haujlwm nco (Miller, Erickson, & Desimone, 1996; Funahashi, Bruce, & Goldman-Rakic, 1989; Fuster & Alexander, 1971). Ntau xyoo ntawm kev tshawb fawb tau txhawb nqa thiab nthuav tawm cov qauv no. Tam sim no peb paub tias kev ua haujlwm nco sawv cev tau pom nyob rau hauv ntau qhov chaw cortical (Christophel, Klink, Spitzer, Roelfsema, & Haynes, 2017). Peb kawm txog lub luag haujlwm tseem ceeb ntawm neuromodulators (Vijayraghavan, Wang, Birnbaum, Williams, & Arnsten, 2007). Peb tau txais kev nkag siab txog biophysical thiab circuit mechanisms uas ua kom cov haujlwm nce siab (Wang, 1999).
Txawm li cas los xij, raws li feem ntau tshwm sim hauv kev tshawb fawb, peb tuaj yeem paub tias lub hauv paus neural ntawm kev ua haujlwm nco yog qhov nyuaj tshaj li qhov peb xav tau. Cov thev naus laus zis tshiab tau tso cai nkag siab ntau ntxiv txog kev ua haujlwm nco. Cov kev nkag siab no tau lees paub tias cov haujlwm neural pom thaum lub sijhawm nco qeeb ua lub luag haujlwm tseem ceeb hauv kev ua haujlwm nco. Txawm li cas los xij, lawv kuj tau qhia txog kev ua haujlwm nco tsis yog kev saib xyuas ruaj khov, zoo li lub latch circuit hauv koj lub hlwb uas tig rau thiab tawm. Muaj bouts ntawm spiking piv tsis muaj spiking. Muaj cov dynamics thiab cov khoom tshwm sim uas tuaj yeem pom tsuas yog nyob rau theem ntawm cov neeg neuron thiab cov kev ua summed ntawm ntau lab tus neurons (hauv zos thaj chaw muaj peev xwm [LFPs]). Tsis tas li ntawd, kev ua haujlwm tshiab tau qhia cov kev hloov pauv no txhawb qhov tseem ceeb tshaj plaws ntawm kev ua haujlwm nco: Nws yog nyob rau saum toj-down "kev tswj hwm" tswj. Peb tuaj yeem xaiv seb yuav xav li cas thiab xav li cas txog nws.
Mark Stokes yog ib qho tseem ceeb hauv kev tsav tsheb qhov kev nkag siab tshiab ntawm kev ua haujlwm nco. Ntawm no, peb tshuaj xyuas peb qhov kev coj ua ntawm "Stokesian" saib ntawm kev ua haujlwm nco. Muaj ob qhov kev nkag siab tseem ceeb. Ua ntej, kev ua haujlwm nco tsis yog qhov ua haujlwm tsis tu ncua ntawm cov neurons. Nws tseem yog "kev ua-tsim" nrog bouts ntawm spiking piv rau me me los yog tsis muaj spiking. Thaum lub sij hawm "tsaug zog" lub sij hawm, cov kev nco yog tuav los ntawm lub sij hawm luv luv plasticity mechanisms, zoo li ib tug ncha los yog kev xav uas spikes tawm hauv lub network. Qhov thib ob, kev ua haujlwm nco tsis yog ib txwm ua, qhov tseeb, sawv cev ntawm kev nkag siab zoo. Hloov chaw, nws muaj zog heev nrog cov sawv cev uas hloov thiab hloov zuj zus. Cov no tsis yog cov kev xav tsis sib xws. Cov kev ua si-tsis ntsiag to dynamics pab txhawb, thiab tawm hauv chav rau, cov khoom tshwm sim zoo li oscillatory rhythms ntawm ntau zaus. Tsis ntev los no ua hauj lwm ntawm cov rhythms tau ntes cov neural kos npe rau saum-down tswj.
Kev ua haujlwm nco yog ACTIVITY-SILENT
Kev pom classic ntawm kev ua haujlwm nco yog tias nws tau sawv cev hauv kev ua haujlwm ntawm cov neurons hauv pFC. Piv txwv li, thaum cov liab tau txais kev cob qhia kom nco ntsoov qhov chaw ntawm qhov khoom plig (Fuster & Alexander, 1971) lossis nco ntsoov qhov chaw ntawm qhov kev txhawb nqa (Funahashi li al., 1989), neurons hauv pFC tau pom tias muaj tonically nquag mus ntev li ntev tau. tus tsiaj tuav lub cim xeeb. Qhov no phim peb tus kheej kev paub ntawm kev ua haujlwm nco ua ib txoj haujlwm nquag uas yuav tsum tau siv zog. Yog li, ib txwm, cov kws tshawb fawb tau xav tias qhov kev ua haujlwm ruaj khov yog dab tsi tswj cov sawv cev ntawm kev nco qeeb.
Txawm li cas los xij, dhau kaum xyoo dhau los, kev soj ntsuam ze ntawm kev ua haujlwm ntawm neural tau pom cov lus teb neural hauv pFC tsis muaj kev txhawb nqa raws li peb ib zaug ntseeg. Raws li kev tshuaj xyuas los ntawm Stokes (2015), cov lus teb neural feem ntau rov qab mus rau qib "pib" tom qab ob peb feeb. Tsis tas li ntawd, cuam tshuam kev ua haujlwm nco, los ntawm kev muaj tsiaj luv luv hloov mus rau lwm txoj haujlwm, ua rau kev ua haujlwm nco sawv cev ploj mus. Tom qab ntawd lawv rov tshwm sim thaum tus tsiaj rov ua haujlwm hauv kev ua haujlwm nco qub (Watanabe & Funahashi, 2014). Cov txiaj ntsig no tau coj mus rau lub tswv yim tias lwm cov txheej txheem tuaj yeem txhawb kev nco sawv cev. Ntau qhov muaj peev xwm tau raug tsa nyob rau ob peb xyoos dhau los.
Ua ntej, lub tsev ntawm kev ua haujlwm theoretical (Mongillo, Barak, & Tsodyks, 2008), Stokes thiab cov npoj yaig tau npaj ua haujlwm nco tuaj yeem khaws cia hauv lub sijhawm luv luv synaptic plasticity (STSP). Hauv cov qauv no, cov neeg sawv cev tsis ntev los no, xws li cov evoked los ntawm kev hnov mob, tuaj yeem hloov pauv synaptic hnyav hauv lub network (xws li, los ntawm kev hloov pauv synaptic vesicle thiab / lossis neurotransmitter receptor concentration). Cov kev hloov pauv no tau xav tias yog luv luv (hauv qab 1 sec) tab sis ntev txaus los tswj cov kab ntawm kev txhawb nqa hauv kev sib txuas hauv lub network dhau lub cim xeeb qeeb. Hauv lwm lo lus, spiking tawm ib "kev xav" hauv lub network uas tuaj yeem tuav lub cim xeeb ntawm spiking.
Tau kawg, ib qho nyuaj hauv kev sim qhov kev xav no yog tias peb tsis tuaj yeem saib ncaj qha qhov hnyav synaptic hauv lub hlwb coj tus cwj pwm - tag nrho peb txoj hauv kev kuaj pom kev ua haujlwm neural. Kom tau txais ib ncig ntawm qhov no, Stokes thiab Postle lub chaw soj nstuam tau tsim ib txoj hauv kev ntse los ntsuas qhov kev hloov pauv ntawm synaptic - "ping" lub kaw lus nrog lub ntsej muag ci ntsa iab (Wolff, Jochim, Akyürek, & Stokes, 2017) lossis TMS pulse (Rose et al. ., 2016). Yog tias lub cim xeeb khaws cia rau hauv lub sijhawm luv luv synaptic hloov pauv, tom qab ntawd cov lus teb ntawm neural induced los ntawm stimulus / mem tes yuav tsum hloov raws li ib qho kev ua haujlwm ntawm qhov uas tau tuav hauv lub cim xeeb. Hauv lwm lo lus, lub mem tes yuav tsum "rov qhib" lub cim xeeb. Raws li kev ua haujlwm ntsiag to qauv, cov khoom hauv nco tsis tuaj yeem txiav txim siab (nrog EEG lossis fMRI) ua ntej lub plawv dhia. Txawm li cas los xij, lub cim xeeb tuaj yeem txiav txim siab hauv cov lus teb neural tom qab qhov pom kev pom / TMS mem tes. Txawm hais tias tsis suav nrog lwm cov lus piav qhia, cov kev tshawb fawb no muab thawj qhov kev sim ntawm kev ua haujlwm-tsim daim ntawv ntawm kev nco.
STSP tej zaum yuav tsis yog tib qho kev ua haujlwm-tseem ceeb ntawm kev ua si hauv kev ua haujlwm nco. Lub cim xeeb ntev ntev ua lub luag haujlwm tseem ceeb hauv kev txhawb nqa kev ua haujlwm nco (Beukers, Buschman, Cohen, & Norman, 2021; Sutterer, Foster, Serences, Vogel, & Awh, 2019). Txawm li cas los xij, ib qho kev txwv ntawm kev nco mus ntev yog tias nws raug kev txom nyem los ntawm "kev cuam tshuam tsis zoo." Qhov kev cuam tshuam no tshwm sim thaum ob qhov kev nco zoo sib xws, ua rau nws nyuaj rau kev paub qhov txawv ntawm lub cim xeeb tam sim no los ntawm yav dhau los tsis ntev los no (xws li kev coj cwj pwm yav dhau los). Kev ua haujlwm theoretical qhia tias lub cim xeeb muaj peev xwm txo qis kev cuam tshuam los ntawm kev khaws cov ntsiab lus uas lub cim xeeb tshwm sim (DuBrow, Rouhani, Niv, & Norman, 2017; Mensink & Raaijmakers, 1988). Cov ntaub ntawv ntsiab lus zoo li no tuaj yeem muab cov cim tshwj xeeb los txheeb xyuas thiab sib txawv ntawm cov cim xeeb sib txawv, ua kom lawv tsis txhob cuam tshuam rau ib leeg (Beukers li al., 2021). Nyob rau hauv txoj kev no, kev nco mus ntev tuaj yeem muab lwm yam kev ua haujlwm-tsim lub zog txhawb kev ua haujlwm nco. Raws li qhov no, kev ua haujlwm tsis ntev los no tau pom tias muaj kev cuam tshuam loj tshaj plaws hauv kev sim siab uas cov neeg koom yuav tsum nco ntsoov ntau yam khoom (zoo li muaj peev xwm ua haujlwm nco; Oberauer & Awh, 2022). Qhov no qhia tias cov neeg tuaj koom tuaj yeem koom nrog kev nco mus ntev tsuas yog thaum nws muaj txiaj ntsig los ntxiv kev nco ua haujlwm.
Ua ke, cov txiaj ntsig no qhia tias lub hlwb siv ntau lub tswv yim los tswj cov ntaub ntawv hauv kev ua haujlwm nco. Qhov no ua rau kev txiav txim siab - tuav lub sijhawm luv luv ntawm kev nkag siab ntawm kev nkag siab yog qhov tseem ceeb rau kev paub, tso cai rau nws tawm ntawm lub ntiaj teb tam sim ntawd. Tej zaum yuav muaj zog evolutionary siab los tsim ntau yam mechanisms tswj cov ntaub ntawv nyob rau hauv ua hauj lwm nco. Piv txwv li, kev ua qauv ua qauv tsis ntev los no tau pom tias STSP tuaj yeem ua rau kev ua haujlwm nco tau zoo dua. Kozachkov thiab cov npoj yaig (2022) tau cob qhia cov khoom siv hluav taws xob rov ua dua tshiab (RNNs) nrog thiab tsis muaj STSP los ua cov khoom ua haujlwm nco. Ob leeg RNNs nrog thiab tsis muaj STSP muaj peev xwm tuav tau kev nco, txawm tias nyob rau hauv lub ntsej muag ntawm tus neeg cuam tshuam. Txawm li cas los xij, RNNs nrog STSP tau muaj zog ntau dua rau lub suab nrov thiab kev sib txuas hauv network dua li RNNs tsis muaj STSP. Tsis tas li ntawd, RNNs nrog STSP tau qhia txog kev ua haujlwm uas zoo ib yam li pom nyob rau hauv lub cortex ntawm ib tug uas tsis yog tib neeg primate ua tib txoj hauj lwm. RNNs uas tsis muaj STSP yog cov khoom siv dag zog ntau dua thiab tsis tshua muaj lub hlwb zoo li. Hauv luv luv, STSP, thiab lwm yam kev ua haujlwm ntsiag to, ua rau kev ua haujlwm nco ua haujlwm zoo dua. Tom ntej no, peb tham txog yuav ua li cas ua hauj lwm nco yog dynamic.
Ua hauj lwm nco yog DYNAMIC
Qhov kev pom classic ntawm kev ua haujlwm nco yog tias nws yog qhov sawv cev ruaj khov ntawm kev nkag siab tsis ntev los no. Ua hauj lwm los ntawm Fuster, Goldman-Rakic, thiab lwm tus pom cov neurons hauv pFC uas teb rau qhov pom kev stimuli thiab tom qab ntawd tuav cov kev ua si spiking dhau qhov kev nco qab ncua (Miller li al., 1996; Funahashi li al., 1989; Fuster & Alexander, 1971) . Txawm li cas los xij, kev ua haujlwm tsis ntev los no tau pom tias kev ua haujlwm nco tau zoo dua li ib zaug xav. Cov ntaub ntawv loj dua tshiab ntawm cov neeg ntawm cov neurons tau tso cai rau peb txiav txim siab cov ntaub ntawv neural nrog kev nkag siab ntau dua li yav dhau los ib leeg-electrode mus kom ze (King & Dehaene, 2014; Meyers, Freedman, Kreiman, Miller, & Poggio, 2008). Yog tias cov sawv cev ruaj khov, ces tus decoder tau kawm txog cov neeg sawv cev neural ntawm ib lub sijhawm hauv lub sijhawm yuav tsum tuaj yeem txiav txim siab tus sawv cev ntawm lwm lub sijhawm. Xwb, yog tias cov sawv cev muaj zog, ces tus decoder yuav tsum tsis ua kom dav dav thoob lub sijhawm. Siv txoj hauv kev no, Stokes thiab cov npoj yaig (2013) tau pom tias cov neeg sawv cev nco tau zoo heev. Cov neeg txiav txim siab tau kawm los txiav txim siab tus kheej ntawm qhov kev xav pom thaum nws pom tsis tuaj yeem txiav txim siab lub cim xeeb ntawm tib qho kev txhawb nqa, txawm tias tsuas yog 250 msec rau hauv lub cim xeeb qeeb. Qhov no qhia tau hais tias, ntawm cov pej xeem, cov lej neural rau kev nkag siab thiab nco tau txawv. Cov txiaj ntsig zoo sib xws tau pom hauv nas (Harvey, Coen, & Tank, 2012). Interestingly, Stokes thiab cov npoj yaig pom tias, tom qab ob peb puas milliseconds, cov sawv cev tau ruaj khov (Spaak, Watanabe, Funahashi, & Stokes, 2017). Tom qab ntawd, mus rau qhov kawg ntawm lub sijhawm ncua, thaum tus tsiaj tab tom npaj los teb, tus sawv cev neural rov ua kom muaj zog.
Kev tsim kho ntawm txoj haujlwm no, Panichello thiab Buschman (2021) pom tias muaj zog hauv kev ua haujlwm nco yog nyob rau hauv kev paub txog kev tswj hwm. Monkeys ua ib txoj hauj lwm uas xav kom lawv nco txog cov xim ntawm ob lub squares (Daim duab 1A). Tom qab lub cim xeeb qeeb, cov liab tau cued xaiv ib qho ntawm ob lub xwmfab thiab tom qab ntawd, tom qab lub cim xeeb thib ob ncua sijhawm, qhia cov xim ntawm lub teeb square los ntawm saccading rau cov xim sib xws ntawm lub log xim. Raws li kev ua haujlwm dhau los, lub cim xeeb sawv cev hauv pFC yog dynamic. Interestingly, yuav ua li cas lub cim xeeb sawv cev hloov nyob ntawm seb nws puas tau xaiv rau ib tug teb (los yog tsis nco qab).
Thaum lub sij hawm thawj lub cim xeeb ncua (ua ntej xaiv), cov xim ntawm txhua yam yog stably encoded raws li ib tug nplhaib, tsim ob xim log nyob rau hauv neural qhov chaw (schematized nyob rau hauv daim duab 1B, sab laug). Interestingly, txhua yam khoom lub nplhaib muaj nyob rau hauv nws tus kheej ywj siab "subspace" ntawm neural kev ua ub no. Txawm li cas los xij, qhov no tau hloov pauv thaum lub cim xeeb raug xaiv. Lub nplhaib uas sawv cev rau cov xim ntawm cov khoom xaiv tau txav los ntawm nws qhov chaw ywj pheej rau hauv qhov chaw tshiab "lub hom phiaj" (Daim duab 1B, txoj cai). Lub hom phiaj subspace no yog tib yam rau ob yam khoom. Thaum Memory 1 raug xaiv, nws cov sawv cev tau txav mus rau hauv lub hom phiaj subspace, thiab thaum Memory 2 raug xaiv, nws tsiv mus rau tib lub subspace. Hauv lwm lo lus, qhov kev hloov pauv ntawm lub cim xeeb nyob ntawm seb lub cim xeeb tau xaiv: Xaiv Memory 1 induced ib txheej dynamics uas txav Memory 1 los ntawm nws tus kheej subspace mus rau lub hom phiaj subspace, thaum xaiv Memory 2 induced ib tug txawv set ntawm dynamics hloov lub sawv cev ntawm Memory 2 rau hauv lub hom phiaj subspace.
Cov txiaj ntsig no qhia tau hais tias muaj zog hauv kev ua haujlwm nco yog nyob rau hauv kev paub txog kev tswj hwm. Tab sis, rau lub hom phiaj twg? Cov kev ywj pheej subspaces tau pom thaum thawj lub cim xeeb qeeb ua rau kev nkag siab-tus tsiaj txoj haujlwm yog kom nco qab cov xim ntawm txhua lub xwmfab sib cais, uas tau txhawb nqa los ntawm kev ywj pheej subspaces (Libby & Buschman, 2021). Txawm li cas los xij, tom qab xaiv, tus tsiaj txoj haujlwm hloov. Tam sim no, lawv yuav tsum tshaj tawm cov xim ntawm cov khoom uas tau xaiv, tsis hais seb nws puas tau siv los ua Memory 1 lossis 2. Qhov no tuaj yeem piav qhia cov kev hloov pauv tau pom hauv kev ua haujlwm nco. Thaum Memory 1 raug xaiv, qhov dynamics "tsav" lub cim xeeb 1 sawv cev rau hauv lub hom phiaj subspace (thiab rov ua dua rau Memory 2). Tam sim no hais tias cov khoom xaiv yog nyob rau hauv lub hom phiaj subspace, downstream circuits tuaj yeem siv qhov sawv cev no los tsav tus tsiaj cov lus teb, tsis hais lub cim xeeb twg raug xaiv. Nyob rau hauv txoj kev no, kev txawj ntse tswj yuav ua rau muaj kev sib txawv txav los txhawb kev paub txog kev paub sib txawv.
Tib tus qauv no tuaj yeem piav qhia qhov kev hloov pauv tau pom hauv lwm cov kev tshawb fawb. Ntau yam ntawm cov haujlwm no xav kom lub hlwb hloov pauv los ntawm kev ua kom lub cev muaj zog rau kev npaj lub cev muaj zog (uas yog hu ua kev hloov ntawm kev rov qab mus rau yav tom ntej nco; Rainer, Rao, & Miller, 1999). Hauv lwm lo lus, kev ua haujlwm nco tsis tsuas yog tuav ib qho kev sawv cev ntawm cov khoom siv. Hloov chaw, nws tshwm sim los txhawb kev paub thiab kev coj cwj pwm. Los ntawm qhov kev xav no, nws ua rau kev nkag siab tias kev ua haujlwm nco sawv cev yuav ua haujlwm zoo-lawv hloov zuj zus mus rau hauv txoj hauv kev uas pab txhawb txoj haujlwm ntawm tes.
Ua hauj lwm nco yog RHYTHMIC (thiab RHYTHMS yog tswj)
Kev ua haujlwm nco yog nyob rau saum-down ("Executive") tswj. Peb tuaj yeem xaiv dab tsi los encode hauv kev ua haujlwm nco, peb tuaj yeem tswj cov kev xav, thiab peb tuaj yeem tsis quav ntsej kev cuam tshuam thiab xaiv kom tsis txhob xav cov kev xav ntawd. pFC ua lub luag haujlwm tseem ceeb hauv kev tswj hwm kev ua haujlwm nco (Panichello & Buschman, 2021; Gazzaley & Nobre, 2012; Miller & Cohen, 2001). Raws li tau hais los saum toj no, kev tswj hwm sab saum toj ntawm neural dynamics tuaj yeem hloov pauv kev siv cov cim cim xeeb ua haujlwm li cas. Mounting pov thawj qhia tias kev tswj yuav tshwm sim los ntawm oscillatory dynamics uas tshwm sim nyob rau theem siab dua ntawm kev koom ua ke - hauv LFPs. LFPs yog cov ntsiab lus ntawm kev sib koom tes, oscillatory, kev ua haujlwm ntawm ntau lab tus neurons. Cov chaw hluav taws xob uas tshwm sim los ntawm cov dej num no tuaj yeem ua "tus neeg saib xyuas" uas tswj kev ua haujlwm siab dua, neuron-theem los ntawm funneling nws raws cov kev ruaj khov qis (Pinotsis & Miller, 2022).
The central idea is that sensory information (the contents of working memory) and control signals use different frequency bands that interact. As reviewed by Miller, Lundqvist, and Bastos (2018), recent work suggests sensory information is carried by spiking associated with bursts of gamma (>30 Hz) lub zog. Cov cim qhia saum toj-down tswj yog nqa los ntawm alpha / beta rhythms (8-30 Hz). Alpha/beta inhibits gamma nyob qhov twg lawv "sib tsoo" hauv cortex. Yog li, saum-down (alpha/beta) tswj hauv qab-up (gamma/spiking). Daim duab 2 qhia tias qhov no ua haujlwm li cas. Sab saum toj-down alpha / beta yog nqa mus rau hauv cov khaubncaws sab nraud povtseg ntawm lub cortex. Cov khaubncaws sab nraud povtseg cortical muaj cov lus qhia tawm ntawm lub cortical hierarchy. Hauv qab-nce cov ntaub ntawv hnov hauv gamma / spiking yog nqa mus rau hauv cov txheej txheem cortical superficial uas xa cov cim qhia hauv kev txhawb nqa, nce lub cortical hierarchy. Alpha/beta originating nyob rau hauv lub sib sib zog nqus khaubncaws sab nraud povtseg inhibits gamma/spiking nyob rau hauv lub superficial txheej (Bastos, Loonis, Kornblith, Lundqvist, & Miller, 2018).
Txhawm rau nkag mus rau lub cim xeeb ua haujlwm, cov txheej txheem sib sib zog nqus alpha / beta lub zog thiab / lossis nws cov kev sib txuas rau sab saum toj txheej beta tsis muaj zog. Qhov no disinhibits recurrent excitation ntawm yooj yim txheej neurons, tsim bursts ntawm gamma thiab spiking rau sensory inputs. Thaum lub sij hawm kev nco qab, qhov sib npaug ntawm alpha / beta thiab gamma tuaj yeem tswj cov qib ntawm spiking kom qee zaus hloov pauv qhov hnyav synaptic uas pab tswj kev nco (Miller li al., 2018).
Txhawm rau nyeem cov ntaub ntawv los ntawm kev ua haujlwm nco, alpha/beta zog/coherence poob. Qhov no tso cai rau kev nce gamma bursting thiab ramp-up ntawm spiking feem ntau pom nyob ze ntawm qhov kawg ntawm kev nco qeeb (Hussar & Pasternak, 2010; Roesch & Olson, 2005). Lub disinhibition ntawm gamma nce spiking kom lub cim xeeb tau txais kev tswj ntawm tus cwj pwm. Qhov sib npaug ntawm alpha / beta thiab gamma thaum lub sijhawm nco qeeb tuaj yeem khaws gamma ntawm ib nrab. Ua li ntawd, spiking tsis ntxov ntxov tau tswj hwm tus cwj pwm. Txhawm rau tshem tawm lub cim xeeb ua haujlwm, beta zog / txuas txuas ntxiv. Qhov no suppresses gamma thiab spiking uas tau tuav lub cim xeeb. Piv txwv ntawm cov kev hloov pauv no tuaj yeem pom hauv Lundqvist thiab cov npoj yaig (2016) thiab Lundqvist, Herman, Warden, Brincat, thiab Miller (2018).
Cov kev hloov pauv no tuaj yeem muaj lub luag haujlwm hauv ntau txoj haujlwm kev paub, tsis yog ua haujlwm nco. Cov txheej txheem gamma thiab cov txheej sib sib zog nqus alpha-beta yog ib qho kev nthuav dav pom thoob plaws txhua lub cortex (Mendoza-Halliday li al., 2022; Lundqvist, Bastos, & Miller, 2020). Kev ua haujlwm tsis ntev los no qhia tias tib lub zog ua haujlwm ua lub luag haujlwm hauv kev kwv yees coding (Bastos, Lundqvist, Waite, Kopell, & Miller, 2020). Feem ntau ntawm kev paub txog kev tswj hwm tuaj yeem tshwm sim los ntawm qhov sib npaug thiab kev tswj ntawm cov suab paj nruag no.
TOP-down tswj los ntawm SPATIAL COMUTING
Txog tam sim no, peb tau tham txog alpha / beta zoo li nws yog lub teeb liab coarse-gating. Nws hloov ua haujlwm nco rau thiab tawm zoo li tig lub faucet lossis lub teeb hloov rau thiab tawm. Txawm li cas los xij, nws txoj kev tswj hwm tuaj yeem yog qhov tshwj xeeb, ua haujlwm ntawm qib ntawm tus kheej cov ntsiab lus ntawm kev ua haujlwm nco. Nyob rau hauv Predictive Coding, piv txwv li, alpha/beta lub hom phiaj sawv cev ntawm cov stimuli tshwj xeeb hauv qhov pom cortex los cuam tshuam kev ua haujlwm ntawm kev kwv yees qhov kev xav (Bastos li al., 2020).
Kev ua haujlwm tsis ntev los no tau pom cov ntaub ntawv saum toj kawg nkaus, xws li kev ua haujlwm ntawm tes, yog nqa los ntawm cov qauv tshwj xeeb ntawm alpha / beta synchrony thoob plaws cortex (Antzoulatos & Miller, 2014, 2016; Buschman, Denovellis, Diogo, Bullock, & Miller, 2012 ). Hauv lwm lo lus, cov qauv ntawm alpha / beta daim ntawv neural "sembles" uas cuam tshuam cov ntaub ntawv saum toj kawg nkaus. Qhov tseem ceeb, qhov kev daws teeb meem spatial ntawm cov thaj ua rau thaj no yog nyob ntawm macro-scale. Nws pom nyob rau theem ntawm LFPs uas cuam tshuam txog kev ua haujlwm ntawm ntau lab tus neurons. Cov LFPs no synchronize hla millimeters lossis ntau dua ntawm cortex (qee zaum hla qhov loj ntawm cortex). Nws yog cov qauv no uas tuaj yeem muab kev tswj hwm.
Lub tswv yim hu ua "spatial xam" (Lundqvist li al., 2022). Nws qhia tias cov qauv ntawm alpha / beta lub zog thiab kev sib koom ua ke tsim cov macro-scale patchwork ntawm lub zog siab dua alpha / beta piv rau siab zog gamma thoob plaws cortical tes hauj lwm. Txawm nyob qhov twg alpha-beta hwj chim tsawg, gamma thiab spiking yog siab, thiab vice versa. Cov qauv sib txawv ntawm alpha/beta ua rau cov qauv sib txawv ntawm gamma/spiking. Los ntawm qhov sib txawv, cov ntaub ntawv txhawb nqa (xws li, cov ntsiab lus ntawm kev ua haujlwm nco) yog sawv cev ntawm qhov ntsuas zoo dua. Nws yog nqa los ntawm cov qauv ntawm kev ua haujlwm ntawm (thiab kev sib txuas ntawm) ib tus neeg neurons (tsis yog ntau lab tus neurons). Cov ntaub ntawv txhawb nqa tau nthuav dav thiab rov ua dua thoob plaws hauv tes hauj lwm, zoo li cov xuab zeb hla qhov loj "checkboard" qauv ntawm alpha/beta thiab gamma. Hauv lwm lo lus, cov ntsiab lus (stimuli) thiab kev tswj ntawm kev ua haujlwm nco ua haujlwm ntawm qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv. Stimulus sawv cev yog siab-dimensional, xav txog los ntawm spiking qauv ntawm cov pejxeem ntawm ib tug neeg neurons. Los ntawm qhov sib txawv, kev tswj hwm yog qhov tsawg-dimensional, ua haujlwm ntawm cov pab pawg ntawm ntau lab tus neurons ntawm cov qauv ntawm alpha-beta piv rau gamma coherence.
Kev tswj hwm los ntawm qhov chaw hauv network qhov kev txhawb nqa sawv cev tam sim no qhia. Cov qauv ntawm alpha/beta piv rau gamma thiab cov kev hloov hauv cov qauv no yog kev suav. Kev siv cov txheej txheem ua haujlwm (piv txwv li, ua raws li txoj cai ntawm kev ua haujlwm) sib haum rau kev tsim cov qauv macro-scale sib txawv ntawm alpha/beta thiab gamma. Cov khoom tuaj yeem nkag mus thiab ua haujlwm tsuas yog los ntawm kev paub lawv qhov chaw hauv qhov chaw network.
Txhawm rau kom nkag siab tias qhov no ua haujlwm li cas, xav txog ib txoj haujlwm uas yuav tsum muaj tsiaj kom nco qab ob yam khoom (A thiab B) nyob rau hauv qhov kev txiav txim uas lawv tshwm sim (thawj los yog thib ob; Lundqvist li al., 2018; Warden & Miller, 2007). Tsuas yog ua ntej thawj qhov khoom tshwm sim, cov qauv alpha/beta tsim ib daim iav-duab qauv ntawm gamma. Tus qauv tshwj xeeb ntawd sib raug rau "1 yam khoom." Thaum cov khoom tshwm sim (hais tias, khoom A), cov neurons hauv gamma thaj ua rau thaj chaw xaiv rau cov khoom ntawd tau qhib, ua rau lawv (ntawm STSP). Tom ntej no, ua ntej qhov khoom thib ob tau tshwm sim, tus qauv sib txawv ntawm alpha / beta teeb tsa tus qauv sib txawv ntawm gamma uas sib haum rau "2nd yam khoom." Thaum cov khoom thib ob (hais khoom B) tshwm sim, cov neurons nyob rau hauv cov gamma thaj ua rau thaj yog qhib thiab primed. Txhawm rau tswj thiab nyeem seb yam khoom twg yog thawj lossis thib ob, tus qauv coj mus rau thawj lossis thib ob yog rov tsim dua. Lub primed neurons nyob rau hauv qhov sib thooj gamma thaj ua rau thaj yuav "ntiv nplhaib rov qab" thiab spike ntau zog. Thaum, piv txwv li, lub patchwork sib raug rau thawj yam khoom yog rov tsim dua, cov neurons nplhaib rov qab nrog "khoom A" vim tias lawv tau primed los ntawm cov khoom ntawd thaum nws tshwm sim thawj zaug. Nyob rau hauv luv luv, spatial xam posits uas ua hauj lwm nco tswj stems los ntawm lub spatiotemporal kev ua ub no cov qauv nyob rau hauv lub network qhov chaw uas xav txog thiab hloov nrog rau sab saum toj-down ua hauj lwm xav tau.
Kev sib cais ntawm cov ntsiab lus tiv thaiv kev tswj kom siab tiv thaiv qhov ntsuas qis-dimensional daws qhov teeb meem tseem ceeb hauv ntau cov qauv neural network. Hauv cov qauv tsim, cov kev cai ntawm kev ua haujlwm (kev tswj hwm) thiab cov ntsiab lus (xws li, cov khoom tuav hauv kev ua haujlwm nco) yog ob qho tib si encoded hauv cov ntsiab lus siab ntawm kev sib txuas ntawm spiking neurons. Vim tias qhov tsis muaj kev sib cais no, yog tias ib tus xav qhia cov khoom tshiab rau hauv kev ua haujlwm nco, lub network yuav tsum tau rov ua dua. Lawv tsis qhia qhov hloov pauv ntawm kev ua haujlwm nco pom hauv tib neeg thiab tsiaj txhu. Cov qauv hauv network tsis tuaj yeem ua "zero-shot" kev kawm (kev qhia dav dav) uas lub hlwb tiag tiag tuaj yeem ua tau (saib Bouchacourt & Buschman, 2019, rau cov qauv sib txawv ntawm kev hloov pauv; O'Reilly & Frank, 2006). Spatial Computing daws qhov no los ntawm kev sib cais tswj kev sib piv cov ntsiab lus rau hauv cov nplai sib txawv ntawm cov sawv cev.
Los ntawm qhov kev pom zoo, lub hlwb tuaj yeem siv cov txheej txheem me me (tsawg-dimensional) tswj lub xeev kom hloov tau yooj yim rau cov xwm txheej tshiab (MacDowell, Tafazoli, & Buschman, 2022). Kev hloov mus rau qhov xwm txheej tshiab yuav tsum tau lub hlwb txhawm rau txheeb xyuas lub xeev kev tswj hwm uas tsim nyog rau qhov xwm txheej tam sim no. Lub xeev tswj hwm no yuav txiav txim siab seb cov ntaub ntawv raug ua li cas, khaws cia, thiab siv los coj tus cwj pwm hauv qhov xwm txheej ntawd. Txawm hais tias muaj ntau lub xeev tswj hwm siab yuav tso cai rau kev tswj hwm tus cwj pwm, kev ua kom zoo rau qhov xwm txheej tam sim no, tseem yuav ua rau nws nyuaj rau kev txheeb xyuas lub xeev "zoo tshaj". Nyob rau hauv sib piv, yog hais tias lub hlwb siv ib tug me me, tsawg-dimensional txheej tswj xeev, ces nws yuav yooj yim mus nrhiav tau qhov zoo tshaj plaws ntawm ib tug set. Txawm li cas los xij, xws li kev tswj hwm qis qis yuav tsum tau ntxhib thiab, yog li, tsis zoo. Qhov no qhia tau hais tias muaj kev sib pauv ntawm cov xeev tswj siab, uas yuav yog qhov tseeb tab sis maj mam hloov mus, thiab cov xeev tswj qis, uas yuav hloov tau, tsis tau zoo. Muab qhov no, lub hlwb tuaj yeem xaiv los ua piv txwv qee lub xeev tswj uas tuaj yeem sib npaug qhov tseeb thiab yoog raws (MacDowell li al., 2022).
TSEEM CEEB
Kev ua haujlwm nco yog lub hauv paus rau kev paub, ua qhov chaw ua haujlwm uas cov kev xav tau khaws cia thiab tswj xyuas. Muab nws qhov tseem ceeb, nws tsis yog qhov xav tsis thoob tias ntau lub tswv yim tau hloov zuj zus los txhawb kev saib xyuas kev ua haujlwm nco. Cov txiaj ntsig classic uas qhia txog kev sawv cev ntawm cov khoom hauv kev ua haujlwm nco tsis yog qhov yuam kev, lawv tsuas yog daim duab tsis tiav. Mounting pov thawj taw qhia rau lwm yam mechanisms thiab cov khoom tshwm sim. Lub hauv paus neural ntawm kev ua haujlwm nco yog qhov nyuaj thiab muaj zog, ib yam li Mark Stokes tau hais rau peb. Nws yog nyob rau hauv cov kev hloov pauv no uas peb tau txais kev nkag siab rau ob qho tib si li cas peb tuav cov khoom "hauv siab" thiab cov kev xav tau tswj hwm li cas. Kev ua haujlwm nco tseem tsis tau daws, tab sis kev ua haujlwm ntawm Mark Stokes tau qhia peb txoj hauv kev kom nkag siab tob dua.
Kev lees paub
Txoj haujlwm no tau txhawb nqa los ntawm NIMH R01MH115042 (TJB) thiab ONR N00014-22-1-2453, NEI 1R01EY033430, thiab JPB Foundation (EKM).
Kev thov luam rov qab yuav tsum xa mus rau Timothy J. Buschman, Princeton Neuroscience Institute thiab Department of Psychology, Princeton University, PNI 256, Washington Road, Princeton, NJ 08544, lossis ntawm e-mail: tbuschma@princeton.edu.
Sau Kev Pab Txhawb
Timothy J. Buschman: Kev xav; Kev Sau Ntawv - Cov ntawv qub; Sau-Tshuaj xyuas & kho. Earl K. Miller: Kev xav; Kev Sau Ntawv - Thawj daim ntawv; Kev Sau Ntawv- Tshuaj xyuas & kho.
Cov ntaub ntawv nyiaj txiag
Earl K. Miller, National Eye Institute (https://dx.doi.org/10.13039/100000053), tus lej pub dawb: 1R01EY033430. Earl K. Miller, JPB Foundation (https://dx.doi.org/10 .13039/100007457). Earl K. Miller, Office of Naval Research (https://dx.doi.org/10.13039/100000006), tus lej nyiaj pab: N00014-22-1-2453. Timothy J. Buschman, National Institute of Mental Health (https://dx.doi.org/10 .13039/100000025), tus lej pub dawb: R01MH115042.
Diversity nyob rau hauv Citation Practices
Kev tshuaj xyuas rov qab ntawm cov ntawv sau tseg hauv txhua tsab xov xwm luam tawm hauv phau ntawv no txij xyoo 2010 txog 2021 qhia txog tus qauv tsis tu ncua ntawm poj niam txiv neej tsis sib xws: Txawm hais tias qhov feem ntawm pawg neeg sau ntawv (categorized los ntawm kwv yees li kev txheeb xyuas poj niam txiv neej ntawm thawj tus kws sau ntawv / tus sau kawg) luam tawm hauv Phau Ntawv Qhia Txog Kev Paub Txog Neuroscience (JoCN) lub sijhawm no yog M(an)/M=.407, W(oman)/M=.32, M/W=.115, thiab W/W=.159, qhov sib piv piv rau cov ntawv uas cov pab neeg sau ntawv sau tseg yog M/M=.549, W/M=.257, M/W=.109, thiab W/W=.085 (Postle and Fulvio, JoCN, 34:1, p. 1–3). Yog li ntawd, JoCN txhawb kom txhua tus kws sau ntawv xav txog qhov sib npaug ntawm poj niam txiv neej kom meej meej thaum xaiv cov ntawv twg los hais thiab tso cai rau lawv tshaj tawm lawv tsab xov xwm qhov sib npaug ntawm poj niam txiv neej. Cov neeg sau ntawv ntawm tsab xov xwm no qhia txog nws qhov kev faib ua feem ntawm cov ntawv sau los ntawm poj niam txiv neej raws li hauv qab no: M/M=.829; W/M=.098; M/W=.073; W/W=0.
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