Näköaivokuoren rooli sisäisen tarkkaavuuden kohdistamisessa visuaaliseen muistiainekseen

Abstract

Visuaalinen järjestelmä vastaanottaa jatkuvasti suuren määrän informaatiota, jota valikoidaan ja ylläpidetään tarkkaavuuden ja visuaalisen työmuistin avulla. Sisäisen tarkkaavuuden kohdistamista työmuistissa ylläpidettyihin representaatioihin voidaan tutkia takaumavihjekoeasetelman avulla, jossa jälkikäteen annettu visuaalinen takaumavihje kohdistaa tarkkaavuuden muistissa ylläpidettyyn visuaaliseen representaatioon. Sisäisen tarkkaavuuden kohdistamisen on havaittu parantavan työmuistisuoritusta, mikä saattaa johtua esimerkiksi tarkkaavuuden kohdistamisen aikaansaamasta muistirepresentaation vahvistumisesta. Sisäisen tarkkaavuuden ja työmuistin neuraalisen perustan tutkimiseksi takaumavihjekoeasetelma on yhdistetty aivokuvantamismenetelmiin. Yksi keskeisiä työmuistin ja tarkkaavuuden aivoprosesseja on alfa-oskillaatio, mutta on epäselvää, miten sen rooli eroaa näiden prosessien välillä. Tässä tutkimuksessa tarkastelimme näköaivokuoren rytmistä toimintaa sisäisen tarkkaavuuden kohdistamisessa hyödyntämällä takaumavihjekoeasetelmaa yhdessä MEG-kuvantamisen kanssa eksploratiivisella tutkimusotteella. Tutkimme näköaivokuoren alfa-oskillaation modulaatiota mieleenpainamisen ja visuaalisen takaumavihjeen esittämisen aikana sekä takaumavihjeen (neutraali tai validi) vaikutusta näköaivokuoren alfa-oskillaatioon. Tuloksemme osoittivat, että mieleenpainaminen ja takaumavihjeen esittäminen aiheuttivat voimistunutta alfa-oskillaatiota näköaivokuorella. Lisäksi havaittiin ennakoivaa alfa-oskillaatiota, joka saattaa kuvata tarkkaavuuden kohdistamiseen liittyviä prosesseja. Mieleenpainamisen (muistiaineksen ylläpidon) aikana alfa-oskillaatio oli voimakkaampaa kuin takaumavihjeen käsittelyn (sisäisen tarkkaavuuden) aikana. Lisäksi alfa-oskillaatio oli voimakkaampaa neutraalin vihjeen kuin validin vihjeen jälkeen. Tämä voimakkaampi alfa-oskillaatio mieleenpainamisen ja neutraalin vihjeen aikaansaamana voisi kertoa muistikuorman aiheuttamasta suuremmasta ponnistelusta. Tutkimuksemme mukaan alfa-oskillaatiolla vaikuttaisi olevan roolinsa sekä tarkkaavuuden että työmuistin prosesseissa. Aivopuoliskojen välisiä eroja tarkasteltaessa havaittiin, että alfa-oskillaatio oli voimakkaampaa oikeassa aivopuoliskossa molemmissa vihjetyypeissä. Tämä saattaa kuvata aivopuoliskojen erilaista roolia sisäisen tarkkaavuuden kohdistamisen prosesseissa verrattuna mieleenpainamiseen, jossa aivopuoliskot vaikuttaisivat työskentelevän samalla tavalla. Alfa-oskillaation modulaatio sisäisen tarkkaavuuden kohdistamisessa vaikuttaa olevan yksilöllistä. Lisää tutkimusta tarvitaan isommilla aineistoilla sekä erilaisilla aivokuvantamismenetelmillä. Tällaista tietoa muistin ja tarkkaavuuden perustasta voidaan hyödyntää esimerkiksi neurologisten sairauksien kuntoutuksen kehittämisessä. Näköaivokuoren yksilöllinen reagointi muisti- ja tarkkaavuusprosesseissa kannustaa muistin ja oppimisvaikeuksien yksilölliseen kartoittamiseen.

The visual system is constantly receiving a large amount of information, which is selected and retained by attention and visual working memory (VWM). The direction of internal attention to representations maintained in working memory can be studied using a retro-cue paradigm, in which a retrospectively presented visual memory cue directs attention to a visual representation maintained in memory. Directing internal attention to relevant information has been found to improve working memory performance, which may be due to the enhancement of the memory representation induced by directing attention to relevant information. To investigate the neural basis of internal attention and working memory, the retro-cue paradigm has been combined with brain imaging. One of the essential brain processes involved in working memory and attention is alpha oscillation, but it is unclear how its role differs between these processes. In the present study, we investigated the rhythmic modulation of visual cortex on internal attention using the retro-cue paradigm with MEG on exploratory approach. We investigated the modulation of alpha oscillation in the visual cortex during the presentation of memory array and a visual memory cue, and the effect of the memory cue (neutral or valid) on alpha oscillation in the visual cortex. Our results showed that encoding and cue induced increased alpha oscillation in the visual cortex. In addition, anticipatory alpha oscillation was observed, which may reflect attention related processes. During encoding (memory maintenance), alpha oscillation was stronger than during processing of the memory cue (internal attention). In addition, alpha oscillation was stronger after a neutral cue than after a valid cue. This stronger alpha oscillation during encoding and due to neutral cue could reflect the greater VWM effort required by the memory load. Our study suggests that alpha oscillation would seem to play a role in both attentional and working memory processes. Examining at hemispheric differences, we found that alpha oscillation was stronger in the right hemisphere in both cue type. This may reflect the different roles of the hemispheres in the internal attention processes on the contrary to encoding, in which the hemispheres seem to work in the same way. The modulation of alpha oscillation caused by directing internal attention to mental representation seems to be individual. More research is needed with larger data sets and with different brain imaging techniques. The knowledge of the basis of memory and attention can be used, for example, to develop rehabilitation process for neurological disorders. Individuality of the occipital cortex responses in memory and attention processes encourages to examine memory and learning difficulties in an individual manner.