Функциональная организация рабочей памяти в задачах с отсроченным воспроизведением вербальных и зрительно-пространственных последовательностей у детей 10–12 лет. Анализ ССП на императивный сигнал

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

С помощью анализа связанных с событием потенциалов (ССП), возникающих в ответ на императивный слуховой сигнал, исследовалась функциональная организация рабочей памяти (РП) при отсроченном двигательном воспроизведении зрительно-пространственных (ломаные линии) и буквенных последовательностей у детей 10–12 лет (n = 28, 14 девочек). Варьировались время удержания эталонных последовательностей (500 мс или 3000 мс) и способ их предъявления – статический или динамический. Обнаружены специфичные для вербальных и невербальных последовательностей изменения величины позитивных компонентов P200 и P300 ССП при варьировании режима их предъявления и времени удержания в РП. Результаты настоящего исследования, так же как данные предыдущего исследования с участием взрослых испытуемых (Курганский и др., 2022), свидетельствуют в пользу преобразования нейрональной основы репрезентаций последовательно организованной информации в процессе ее хранения в РП в виде активации переднеассоциативных и заднеассоциативных корковых зон по мере увеличения времени задержки императивного сигнала. Возрастная специфика функциональной организации РП при удержании последовательностей у детей 10–12 лет состоит в преимущественном вовлечении корковых зон левого полушария при удержании как зрительно-пространственной, так и вербальной информации.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. И. Мачинская

Институт развития, здоровья и адаптации ребенка; Российская академия народного хозяйства и государственной службы

Email: regina_home@inbox.ru
Россия, Москва; Москва

А. А. Корнеев

Институт развития, здоровья и адаптации ребенка; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: regina_home@inbox.ru
Россия, Москва; Москва

А. В. Курганский

Институт развития, здоровья и адаптации ребенка; Российская академия народного хозяйства и государственной службы; Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Email: regina_home@inbox.ru
Россия, Москва; Москва; Москва

Д. И. Ломакин

ФГБНУ «Институт развития, здоровья и адаптации ребенка»

Автор, ответственный за переписку.
Email: regina_home@inbox.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Бетелева Т.Г., Мачинская Р.И., Курганский А.В., Фарбер Д.А. Мозговая организация рабочей памяти в младшем школьном возрасте. Мозговые механизмы формирования познавательной деятельности в младшем школьном возрасте. Ред. Мачинская Р.И., Фарбер Д.А.. М: НОУ ВПО «МПСУ»; Воронеж: МОДЭК, 2014. C. 237–262.
  2. Величковский Б.М. Когнитивная наука: Основы психологии познания. В 2 тт. Т. 1. М.: Академия, 2006. 448 с.
  3. Клеева Д.Ф., Ребрейкина А.Б., Сысоева О.В. Компоненты вызванного потенциала в исследовании перцептивного научения [Электронный ресурс]. Современная зарубежная психология. 2020. 9 (2): 34–45. doi: 10.17759/jmfp.2020090203
  4. 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. 2016. 66 (4): 470–483. doi: 10.7868/S0044467716040080
  5. Корнеев А.А., Ломакин Д.И., Курганский А.В., Мачинская Р.И. Удержание вербальной и невербальной серийной информации в рабочей памяти. Психология. Журнал Высшей школы экономики. 2022. 19. (2): 303–322. doi: 10.17323/1813-8918-2022-2-303-322
  6. Корнеев А. А, Курганский А.В. Внутренняя репрезентация серии движений при воспроизведении статического рисунка и траектории движущегося объекта. Журн. высш. нервн. деят. им. И. П. Павлова. 2013. 63 (4): 437–450. doi: 10.7868/S0044467713040060
  7. Корнеев А.А., Курганский А.В. Влияние способа зрительного предъявления сложной траектории на временные параметры ее отсроченного двигательного воспроизведения. Психологические исследования. 2014. 7 (37). https://doi.org/10.54359/ps.v7i37.594
  8. Корнеев А.А., Ломакин Д.И., Курганский А.В., Мачинская Р.И. Запоминание вербальной и невербальной серийной информации детьми 9–11 лет. Национальный психологический журнал. 2024. № 4 (в печати).
  9. Курганский А.В., Ломакин Д.И., Корнеев А.А., Мачинская Р.И. Мозговая организация рабочей памяти при отсроченном копировании ломаной линии: анализ потенциалов, связанных с императивным сигналом. Журн. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2022. 72 (3): 387–404. doi: 10.31857/S0044467722030066
  10. Мачинская Р.И., Курганский А.В., Корнеев А.А., Ломакин Д.И. Мозговая организация рабочей памяти в задачах на удержание вербальных и зрительно-пространственных последовательностей: анализ ССП на императивный сигнал. Сборник тезисов XXIV Съезда физиологического общества им. И.П. Павлова. Санкт-Петербург, 11–15 сентября 2023 г. Ред. Фирсов М.Л. СПб.: Изд-во ВВМ, 2023. С. 522.
  11. Мачинская Р.И., Дубровинская Н.В. Онтогенетические особенности функциональной организации полушарий при направленном внимании: ожидание перцептивной задачи. Журн. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 1994. 44 (3): 448–456.
  12. Фарбер Д.А., Бетелева Т.Г. Формирование мозговой организации рабочей памяти в младшем школьном возрасте. Физиология человека. 2011. 37 (1): 5–17.
  13. Absatova K.A., Kurgansky A.V., Machinskaya R.I. The recall modality affects the source-space effective connectivity in the θ-band during the retention of visual information. Psychology and Neuroscience. 2016. 9 (3):344–361. doi: 10.1037/pne0000063
  14. Adam K.C. S., Rademaker R.L., Serences J.T. Dynamics Are the Only Constant in Working Memory. J. Cogn. Neurosci. 2022. 35(1):24–26. doi: 10.1162/jocn_a_01941.
  15. Adams E.J., Nguyen A.T., Cowan N. Theories of Working Memory: Differences in Definition, Degree of Modularity, Role of Attention, and Purpose. Lang Speech Hear Serv. Sch. 2018. 49(3):340–355. doi: 10.1044/2018_LSHSS-17-0114.
  16. Atkinson R.C., Shiffrin R.M. Human Memory: A Proposed System and its Control Processes. The psychology of learning and motivation. 1968. 2: 89–195. https://doi.org/10.1016/S0079-7421(08)60422-3
  17. Berchicci M., Spinelli D., Di Russo F. New insights into old waves. Matching stimulus- and response-locked ERPs on the same time-window. Biol. Psychol. 2016. 117: 202–215. https://doi.org/10.1016/j.biopsycho.2016.04.007
  18. Berti S. Switching Attention Within Working Memory is Reflected in the P3a Component of the Human Event-Related Brain Potential. Frontiers in human neuroscience, 2016. 9. https://doi.org/10.3389/fnhum.2015.00701
  19. Bharti A.K., Yadav S.K., Jaswal S. Feature Binding of Sequentially Presented Stimuli in Visual Working Memory. Front Psychol. 2020. 11:33. doi: 10.3389/fpsyg.2020.00033.
  20. Bludau S., Eickhoff S.B., Mohlberg H., Caspers S., Laird A.R., Fox P.T., Schleicher A., Zilles K., Amunts K. Cytoarchitecture, probability maps and functions of the human frontal pole. NeuroImage. 2014. 93 (Pt 2):260–275. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.05.052
  21. Dehaene S., Meyniel F., Wacongne C., Wang L., Pallier C. The Neural Representation of Sequences: From Transition Probabilities to Algebraic Patterns and Linguistic Trees. Neuron. 2015. 88 (1): 2–19. doi: 10.1016/j.neuron.2015.09.019.
  22. D’Esposito M., Postle B.R. The cognitive neuroscience of working memory. Annu. Rev. Psychol. 2015. 66:115–42. doi: 10.1146/annurev-psych-010814-015031.
  23. Ekert J.O., Gajardo-Vidal A., Lorca-Puls D. L., Hope T.M. H., Dick F., Crinion J.T., Green D.W., Price C.J. Dissociating the functions of three left posterior superior temporal regions that contribute to speech perception and production. NeuroImage. 2021. 245:118764. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2021.118764
  24. Filimonov D., Railo H., Revonsuo A., Koivisto M. Modality-specific and modality-general electrophysiological correlates of visual and auditory awareness: Evidence from a bimodal ERP experiment. Neuropsychologia. 2022. 166: 108154. https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2022.108154
  25. 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. https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.2010.01128.x
  26. Fulvio J.M., Yu Q., Postle B.R. Strategic control of location and ordinal context in visual working memory. Cereb. Cortex. 2023. 33(13):8821–8834. doi: 10.1093/cercor/bhad164.
  27. Ghani U., Signal N., Niazi I.K., Taylor D. ERP based measures of cognitive workload: A review. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2020. 118:18–26. doi: 10.1016/j.neubiorev.2020.07.020
  28. Ginsburg V., Archambeau K., van Dijck J.-P., Chetail F., Gevers W. Coding of serial order in verbal, visual and spatial working memory. Journal of Experimental Psychology: General. 2017. 146 (5): 632–650. https://doi.org/10.1037/xge0000278;
  29. Guidali G., Pisoni A., Bolognini N., Papagno C. Keeping order in the brain: The supramarginal gyrus and serial order in short-term memory. Cortex. 2019. 119:89–99. doi: 10.1016/j.cortex.2019.04.009.
  30. Halgren E., Marinkovic K., Chauvel P. Generators of the late cognitive potentials in auditory and visual oddball tasks. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1998. 106 (2): 156–164. https://doi.org/10.1016/s0013-4694(97)00119-3
  31. Hall M.H., Jensen J.E., Du F., Smoller J.W., O’Connor L., Spencer K.M., Öngür D. Frontal P3 event-related potential is related to brain glutamine/glutamate ratio measured in vivo. Neuroimage. 2015. 111:186–191. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2015.02.014
  32. Haque Z.Z., Samandra R., Mansouri F.A. Neural substrate and underlying mechanisms of working memory: insights from brain stimulation studies. J. Neurophysiol. 2021. 125 (6):2038–2053. doi: 10.1152/jn.00041.2021.
  33. Hodgson V.J., Lambon Ralph M.A., Jackson R.L. The cross-domain functional organization of posterior lateral temporal cortex: insights from ALE meta-analyses of 7 cognitive domains spanning 12,000 participants. Cerebral Cortex. 2023.33(8): 4990–5006. https://doi.org/10.1093/cercor/bhac394
  34. Hosseini M., Zivony A., Eimer M., Wyble B., Bowman H. Transient Attention Gates Access Consciousness: Coupling N2pc and P3 Latencies Using Dynamic Time Warping. Journal of Neuroscience. 2024. 44 (26): e1798232024. https://doi.org/10.1523/jneurosci.1798-23.2024
  35. Houdé O., Rossi S., Lubin A., Joliot M. Mapping numerical processing, reading, and executive functions in the developing brain: an fMRI meta-analysis of 52 studies including 842 children. Dev. Sci. 2010. 13(6): 876–885. https://doi.org/10.1111/j.1467-7687.2009.00938.x
  36. Huang W.J., Chen W.W., Zhang X. The neurophysiology of P 300 – an integrated review. Eur. Rev. Med. Pharmacol Sci. 2015.19 (8):1480–1488. PMID: 25967724. https://www.europeanreview.org/article/8813
  37. Hurlstone M.J., Hitch G.J. How is the serial order of a visual sequence represented? Insights from transposition latencies. J. Exp. Psychol. Learn. Mem. Cogn. 2018. 44(2):167–192. doi: 10.1037/xlm0000440.
  38. Iamshchinina P., Christophel T.B., Gayet S., Rademaker R.L. Essential considerations for exploring visual working memory storage in the human brain. Visual Cognition. 2021. 29 (7): 425–436. https://doi.org/10.1080/13506285.2021.1915902
  39. Johnson E.L., Chang W.K., Dewar C.D., Sorensen D., Lin J.J., Solbakk A.K., Endestad T., Larsson P.G., Ivanovic J., Meling T.R., Scabini D., Knight R.T. Orbitofrontal cortex governs working memory for temporal order. Curr. Biol. 2022. 32(9): R410–R411. doi: 10.1016/j.cub.2022.03.074.
  40. 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. Clinical Neurophysiology. 2005. 116 (7):1665–1680. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2005.03.015
  41. Li D., Christ S.E., Cowan N. Domain-general and domain-specific functional networks in working memory. Neuroimage. 2014. 102 (Pt 2): 646–656. doi: 10.1016/j.neuroimage.2014.08.028.
  42. Logie R.H. Visuo-Spatial Working Memory. London: Psychology press. 2014. 161 p. https://doi.org/10.4324/9781315804743
  43. Logie R.H., Saito S., Morita A., Varma S., Norris D. Recalling visual serial order for verbal sequences. Mem. Cogn. 2016. 44: 590–607. https://doi.org/10.3758/s13421-015-0580-9
  44. Logie R.H., Belletier C., Doherty J.M. Integrating Theories of Working Memory. Working Memory: The state of the science. Eds. Logie R.H., Camos V., Nelson Cowan N. Oxford: Oxford University Press. 2020. Рp. 389–429. https://doi.org/10.1093/oso/9780198842286.003.0014
  45. Luck S.J. Event-related potentials APA handbook of research methods in psychology. Vol. 1: Foundations, planning, measures, and psychometrics. Washington, DC, US: American Psychological Association. 2012. Рp. 523–546.
  46. Majerus S. Verbal working memory and the phonological buffer: The question of serial order. Cortex. 2019. 112:122–133. https://doi.org/10.1016/j.cortex.2018.04.016
  47. Mammarella I.C., Borella E., Pastore M., Pazzaglia F. The structure of visuospatial memory in adulthood. Learn. Individ. Differ. 2013. 25: 99–110. https://doi.org/10.1016/j.lindif.2013.01.014
  48. Marshuetz C. Order information in working memory: an integrative review of evidence from brain and behavior. Psychological Bulletin. 2005. 131(3): 323–339. https://doi.org/10.1037/0033-2909.131.3.323
  49. Meyers E.M. Dynamic population coding and its relationship to working memory. J. Neurophysiol. 2018. 120(5):2260–2268. doi: 10.1152/jn.00225.2018.
  50. Papitto G., Friederici A.D., Zaccarella E. The topographical organization of motor processing: An ALE meta-analysis on six action domains and the relevance of Broca’s region. NeuroImage. 2020. 206:116321. doi: 10.1016/j.neuroimage.2019.116321
  51. 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. A. 2001. 54(2):397–420. doi: 10.1080/713755973. PMID: 11394054.
  52. Polich J. Updating P300: an integrative theory of P3a and P3b. Clin. Neurophysiol. 2007. 118(10): 2128–2148. doi: 10.1016/j.clinph.2007.04.019
  53. Potts G.F., Martin L.E., Burton Ph., Montague P.R. When Things Are Better or Worse than Expected: The Medial Frontal Cortex and the Allocation of Processing Resources. J. Cogn. Neurosci. 2006. 18 (7):1112–1119. doi: 10.1162/jocn.2006.18.7.1112
  54. Purcell J., Rapp B., Martin R.C. Distinct Neural Substrates Support Phonological and Orthographic Working Memory: Implications for Theories of Working Memory. Front Neurol. 2021. 12:681141. doi: 10.3389/fneur.2021.681141.
  55. Robert S., Ungerleider L.G., Vaziri-Pashkam M. Disentangling Object Category Representations Driven by Dynamic and Static Visual Input. J. Neurosci. 2023. 43(4): 621–634. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0371-22.2022.
  56. Roberts K.L., Englаnd Strait J.A., Decker S.L. Developmental Trajectories of Verbal, Static Visual-Spatial, and Dynamic Visual-Spatial Working Memory. Contemp. School Psychol. 2018. 22: 458–467. https://doi.org/10.1007/s40688-018-0176-z
  57. Rose N.S. The Dynamic-Processing Model of Working Memory. Current Directions in Psychological Science. 2020. 29 (4): 378–387. https://doi.org/10.1177/0963721420922185
  58. Samson Ch., van der Stigchel S. Dynamic and flexible transformation and reallocation of visual working memory representations.Visual Cognition. 2021. 29 (7): 409–415. doi: 10.1080/13506285.2021.1891168;
  59. Schendan H.E., Kutas M. Neurophysiological Evidence for the Time Course of Activation of Global Shape, Part, and Local Contour Representations during Visual Object Categorization and Memory. J. Cogn. Neurosci. 2007. 19 (5): 734–749. doi: 10.1162/jocn.2007.19.5.734.
  60. Shaw P., Lalonde F., Lepage C., Rabin C., Eckstrand K., Sharp W., Greenstein D., Evans A., Giedd J.N., Rapoport J. Development of cortical asymmetry in typically developing children and its disruption in attention-deficit/hyperactivity disorder. Arch. Gen. Psychiatry. 2009. 66 (8); 888–896. https://doi.org/10.1001/archgenpsychiatry.2009.103
  61. Soltani M., Knight R.T. Neural origins of the P300. Critical reviews in neurobiology. 14(3–4):199–224. PMID: 12645958.
  62. 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. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3364-16.2017.
  63. Talalay I.V., Kurgansky A.V., Machinskaya R.I. Alpha-Band Functional Connectivity During Modality-Specific Anticipatory Attention in Children Aged 9–10 Years: Eeg-Source Coherence Analysis. Zh. Vyssh. Nerv. Deiat. 2021. 71 (4): 547–562. doi: 10.31857/S0044467721040110
  64. Tian Y., Beier M.E., Fischer-Baum S. The domain-specificity of serial order working memory. Mem. Cogn. 2022. 50: 941–961. https://doi.org/10.3758/s13421-021-01260-4.
  65. 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. https://doi.org/10.1111/psyp.13542
  66. Villacorta-Atienza J. A, Calvo Tapia C., Díez-Hermano S., Sánchez-Jiménez A., Lobov S., Krilova N., Murciano A., López-Tolsa G. E, Pellón R., Makarov V.A. Static internal representation of dynamic situations reveals time compaction in human cognition. J. Adv. Res. 2020. 28:111–125. doi: 10.1016/j.jare.2020.08.008.
  67. Working Memory: The state of the science. Eds. Logie R., Camos V., and Cowan N. Oxford: Oxford Academic, 2020. Online edn. https://doi.org/10.1093/oso/9780198842286.001.0001
  68. Zimmer H.D., Liesefeld H.R. Spatial information in (visual) working memory. Spatial working memory. Eds: Vandierendonck A., Szmalec A. London: Psychology Press. 2011. P. 47–66. https://doi.org/10.4324/9781315793252

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Примеры вербальных и невербальных стимулов (a), режимы их предъявления (б) и последовательность событий в одной экспериментальной пробе (в).

Скачать (179KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Суперпозиция ССП в 20 псевдоотведениях в ответ на императивный сигнал при отсроченном копировании ломаной линии и воспроизведении порядка букв в последовательности: I, III – задержка 500 мс; II, IV – задержка 3000 мс; I, II – статический режим; III, IV – динамический режим

Скачать (302KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Задача удержания и последующего воспроизведения ломаных линий. Усредненные значения 3 компонентов ССП на императивный сигнал (в мкв) и их амплитудные карты. Бары погрешностей отражают двусторонние значения SEM. Для каждого компонента I, III – задержка 500 мс; II, IV – задержка 3000 мс; I, II – статический режим; III, IV – динамический режим. Серые столбики – левое полушарие, черные столбики – правое полушарие. Обозначения псевдоотведений: Fp – Fp1/2; F – F3/4: Fi – F7/8; C – C3/4; P – P3/4; Ta – T3/4; Tp – T5/6, O – O1/O2. Цветовая шкала характеризует амплитуду соответствующего компонента, нормированную на абсолютную величину максимального отклонения этого компонента от 0, синий цвет – отклонение в сторону отрицательных значений, красный – в сторону положительных значений.

Скачать (375KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Задача удержания и последующего воспроизведения последовательностей букв. Усредненные по группе значения 3 компонентов ССП на императивный сигнал (в мкв) и их амплитудные карты. Бары погрешностей отражают двусторонние значения SEM. Для каждого компонента I, III – задержка 500 мс; II, IV – задержка 3000 мс; I, II – статический режим; III, IV – динамический режим. Серые столбики – левое полушарие, черные столбики – правое полушарие. Обозначения псевдоотведений и цветовая шкала амплитудных карт те же, что на рис. 3.

Скачать (360KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Топография зависимости величины ССП на императивный сигнал от длительности удержания и режима предъявления ломаной линии и последовательности букв. Обозначения: I, II – влияние фактора ДЛИТЕЛЬНОСТЬ; III, IV – влияние фактора РЕЖИМ; I, III – удержание ломаной линии; II, IV – удержание последовательности букв. Данные о статистической значимости различий ССП в отдельных отведениях указаны в тексте раздела РЕЗУЛЬТАТЫ. Кружок – P200, треугольник – P300. Сплошная линия – величина ССП больше при длительности задержки 3000 мс, пунктир – при длительности задержки 500 мс.

Скачать (187KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025