Erros na memória de trabalho visuoespacial no espaço e no tempo

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Visuoespacialmemória de trabalho(VSWM) envolve regiões corticais ao longo da via visual dorsal, que são organizadas topograficamente em relação ao espaço visual. No entanto, ainda não está claro como essa organização funcional pode restringir o comportamento do VSWM no espaço e no tempo. Aqui, mapeamos sistematicamente o desempenho do VSWM no espaço {0}}dimensional (2D) em vários intervalos de retenção em seres humanos usando as tarefas saccade guiadas por memória e visualmente em dois experimentos. Em relação às sacadas guiadas visualmente, sacadas guiadas pela memória mostraram aumentos significativos em erros não sistemáticos, ou variabilidade de resposta, com o aumento da excentricidade do alvo (3 graus -13 graus de ângulo visual). Os erros não sistemáticos também aumentaram com o aumento do atraso (1,5–3 s, Experimento 1; 0,5–5 s, Experimento 2), enquanto houve pouca ou nenhuma interação entre atraso e excentricidade. A modelagem contínua do atrator de colisão sugeriu fatores de organização neurofisiológicos e funcionais no aumento dos erros não sistemáticos no VSWM no espaço e no tempo. Esses achados indicam que: (1) a representação VSWM pode ser limitada pela topologia funcional da via visual para o espaço 2D; (2) Erros não sistemáticos podem refletir o ruído acumulado demanutenção de memóriaenquanto erros sistemáticos podem se originar de processos não mnemônicos, como transformação sensório-motora ruidosa; (3) Pode haver mecanismos independentes de apoio ao processamento espacial e temporal de VSWM.

EFEITOS DO SUPLEMENTO DE CISTANCHE: MELHORAR A MEMÓRIAY

Memória de trabalho visuoespacial(VSWM) refere-se à manutenção temporária e manipulação de informações visuoespaciais para planejar e orientar comportamentos. Apesar de seu papel central na cognição de ordem superior1, o VSWM mostra vários graus de precisão. Estudos mais recentes destacaram o aumento de erros de recordação em VSWM com tamanho de conjunto2–4, enquanto os efeitos do espaço e do tempo na fidelidade do VSWM e os mecanismos neurais subjacentes permanecem obscuros. Este estudo teve como objetivo examinar a variabilidade no desempenho do VSWM em espaço e tempo bidimensionais (2D), usando experimentos comportamentais e modelagem computacional baseada em neurofisiologia.

Estudos comportamentais anteriores de humanos e macacos descobriram que o desempenho do VSWM durante uma tarefa de resposta atrasada varia entre os locais espaciais. Tanto o erro sistemático, o deslocamento das localizações médias de resposta, quanto o erro não sistemático, a flutuação nas respostas em torno da localização média, foram observados. No entanto, o padrão comportamental desses erros é inconsistente entre os estudos e as fontes neurais desses erros são desconhecidas. Estudos usando um paradigma de resposta tardia oculomotor5 em macacos mostraram que sacadas para locais lembrados exibem um viés ascendente sistemático, com desfechos sacadas sistematicamente deslocados acima do alvo6–8. Esses estudos também relatam que erros sistemáticos e não sistemáticos variam no espaço e que esses erros parecem aumentar com o aumento da excentricidade6–8. Em contraste, alguns estudos9 mostraram um viés foveal que aumenta com a excentricidade em seres humanos, usando uma tarefa que exige a lembrança de uma única posição de ponto lembrada por meio de um clique do mouse. Outros encontraram um viés de quadrante no espaçomemórialembre-se que atraiu para o centro do quadrante em primatas não humanos10 e humanos11,12. Assim, o padrão exato de erros VSWM no espaço 2D permanece incerto.

Uma fonte principal de variabilidade VSWM no espaço é provavelmente as restrições topográficas funcionais dos substratos neurais subjacentes. Uma rede distribuída de regiões corticais dorsais suporta o processamento VSWM13-18, a maioria das quais exibe alguma forma de mapeamento topográfico do espaço visual. Os mapas retinotópicos são icônicos no córtex visual inicial, onde os neurônios próximos têm campos receptivos em locais espaciais adjacentes no campo visual19-22. Implicações semelhantes foram feitas para regiões parietais posteriores humanas, incluindo o sulco intraparietal ou área intraparietal lateral23–26, e regiões pré-frontais, incluindo o sulco pré-central ou campos oculares frontais27–31. Uma vez que a organização retinotópica do sistema visual da retina para as áreas extra-estriadas não é uniforme no espaço, pode potencialmente restringir a representação VSWM nos campos visuais e a representação nas áreas a jusante.

Programa Integrativo de Neurociência, Departamento de Psicologia, Stony Brook University, Stony Brook, NY 11794, EUA.

Existem pelo menos duas propriedades da organização retinotópica que podem limitar o processamento e a representação da informação visuoespacial através do espaço, incluindo a variação nos fotorreceptores e densidade de células ganglionares da retina na retina32,33 e ampliação cortical da visão central34-41. Desempenhos de VSWM, refletidos tanto pela média quanto pela variabilidade das respostas, talvez sejam menos precisos para alvos periféricos, pois o fator de ampliação cortical diminui e o tamanho do campo receptivo aumenta com o aumento das excentricidades do alvo no córtex visual primário38–41. Também é incerto até que ponto a arquitetura funcional das áreas a jusante pode distorcer ainda mais a representação do VSWM nos campos visuais. Neurônios nas regiões parietais e especialmente frontais têm tamanhos de campo receptivos substanciais (diâmetros de até 30 graus), e essas regiões de ordem superior têm organizações funcionais muito mais grosseiras em comparação com as áreas visuais42-46. Permanece desconhecido se as regiões parietal e frontal exibem uma topografia espacial real diferente de uma representação hemisférica aproximadamente contralateral. Por exemplo, um estudo recente de primatas não humanos sugeriu uma organização não retinotópica no córtex pré-frontal dorsolateral que divide aproximadamente o espaço visual-mnemônico em quadrantes10.

Figura 1. Desenho da tarefa experimental e estímulos. Distribuição de estímulos visuais através do espaço no Experimento 1 (a) e Experimento 2 (b). As localizações dos estímulos em todas as tentativas são levemente agitadas em torno dos alvos. Tarefa de sacada guiada pela memória (c) e tarefa de sacada guiada visualmente (d). As setas em (c) e (d) são mostradas para ilustrar a sacada guiada pela memória ou guiada visualmente, que não são mostradas durante os experimentos reais.

A precisão do VSWM não varia apenas no espaço, mas também muda ao longo do tempo. O curso temporal de erros sistemáticos e não sistemáticos na representação VSWM não está bem caracterizado. Alguns estudos com primatas não humanos encontraram aumento nos erros não sistemáticos com o aumento da duração do atraso por até 20 s8,47. Em contraste, outros mostraram que o erro não sistemático se acumulou nos primeiros 800 ms do atraso e permaneceu estável6. Da mesma forma, alguns sugeriram que a maioria dos erros sistemáticos se acumulava no primeiro segundo do atraso6,8, enquanto outros mostraram um aumento no viés sistemático com atrasos de até 3 s9,48-50. Uma das principais fontes de erros de VSWM ao longo do tempo pode ser o acúmulo de ruído ao longo do tempo.memóriamanutenção. O microcircuito recorrente pré-frontal dorsolateral gera atividade neural auto-sustentada sobre o trabalhomemóriaatraso, potencialmente mantendo os conteúdos mnemônicos ao longo do tempo15. Tal atividade persistente é caracterizada por modelos de redes de atratores com excitações recorrentes locais e amplas inibições em um circuito topograficamente organizado51-53, demonstrando impulsos estocásticos sobre atraso na ausência de entradas externas. Os impulsos das atividades de aumento estão associados à variabilidade nos erros comportamentais de tentativa a tentativa durante um atraso52.

Aqui, investigamos a representação VSWM no espaço e no tempo em dois experimentos mapeando sistematicamente os erros de desempenho comportamental no espaço e no tempo 2D em seres humanos (Fig. 1). Em ambos os experimentos, registramos as posições dos olhos durante uma tarefa de sacada guiada pela memória (MGS) e uma sacada guiada visualmente (VGS). Comparamos erros sistemáticos e não sistemáticos dos desfechos sacádicos primários e secundários em diferentes excentricidades e vários comprimentos dememóriaatrasos e explorou as interações potenciais entre esses dois parâmetros. Esperávamos que os erros sistemáticos e não sistemáticos aumentassem com o aumento da excentricidade visual, mas apenas os erros não sistemáticos aumentariam com intervalos de atraso mais longos. Além disso, aplicamos um modelo de atração contínua unidimensional (1D) comumente usado para simular até que ponto o ruído acumulado durante um atraso no microcircuito recorrente pode contribuir para os padrões de erro comportamentais observados. A dinâmica neural em várias excentricidades foi modelada por diferentes números de neurônios no modelo, com mais neurônios indexando a ampliação cortical em uma excentricidade menor.

Figura 2. Médias de grupo de erros sistemáticos e não sistemáticos no espaço. Os círculos azul (MGS) e vermelho (VGS) ilustram a localização média e a variabilidade nos pontos finais da sacada primária (a) e pontos finais da sacada secundária (b). Os locais de destino são exibidos como a interseção das linhas cinzas sólidas. O centro de cada círculo azul/vermelho representa o ponto final médio da sacada (erros sistemáticos), enquanto o raio representa a variabilidade do ponto final da sacada (erros não sistemáticos) média entre os sujeitos em cada local de destino do Experimento 1. Todos os dados no manuscrito foram gerados em MATLAB54 .

Resultados

Experimento 1.

Viés e variabilidade do desfecho Saccade. Tarefas experimentais e estímulos visuais são mostrados na Fig. 1. Para visualizar os padrões gerais de erros sistemáticos e não sistemáticos no MGS em relação ao VGS, exibimos a variabilidade média e os pontos finais médios do primário (Fig. 2a) e secundário (Fig. .2b) sacadas para cada local de destino. Um viés sistemático para dentro/foveal e angular através do espaço foi evidente no MGS (Fig. 2; Figs. Suplementares S1-S2). Em comparação com as respostas guiadas visualmente,memóriasacadas guiadas foram menos precisas (t(9)=4,30, p=,002) e exibiram maior variabilidade (t(9)=7,95, p<.001) in="" endpoint="" positions.="" as="" expected,="" the="" secondary="" saccades="" were="" more="" accurate="" (t(9)="3.47," p=".007)" and="" less="" variable="" (t(9)="13.50,"><.001) relative="" to="" the="" primary="" saccades,="" refecting="" response="" correction.="" figure="" 3="" shows="" the="" saccade="" endpoint="" distribution="" across="" eccentricities="" and="" delays="" of="" one="" typical="">

Efeito da excentricidade do alvo nos erros VSWM. A ANOVA de medidas repetidas examinou os efeitos dentro do sujeito da excentricidade (3, 8, vs. 13 graus de ângulo visual) e tarefa (MGS vs. VGS) (Tabela 1A; Fig. 4, linha superior). Observamos efeitos principais significativos de excentricidade e tipo de tarefa para erros sistemáticos e não sistemáticos dos desfechos sacádicos primários e secundários. No entanto, a interação entre tarefa e excentricidade foi estatisticamente significativa apenas para os erros não sistemáticos (Fig. 4c, d). Análises adicionais revelaram que os erros não sistemáticos aumentaram significativamente com o aumento da excentricidade linearmente (sacadas primárias, t=6.56, p<.001; secondary="" saccades,="" t="10.22,"><.001) and="" quadratically="" (primary="" saccades,="" t="−" 4.41,="" p=".003;" secondary="" saccades,="" t="−" 2.58,="" p=".059)" in="" the="" mgs,="" but="" only="" linearly="" (primary="" saccades,="" t="9.98,"><.001; secondary="" saccades,="" t="13.29,"><.001) in="" the="" vgs.="" interaction="" contrast="" analyses="" further="" confirmed="" a="" stronger="" linear="" (primary="" saccades,="" p="">.5; sacadas secundárias, t(9)=6.54, p<.001) and="" quadratic="" trend="" (primary="" saccades,="" t(9)="−" 3.46,="" p=".014;" secondary="" saccades,="" p="">.1) in the MGS than the VGS for the unsystematic errors. The quadratic effect came from the smaller increase in response error from the eccentricity of 8° to 13° than from 3° to 8°. Both tasks showed similar linear trends of eccentricity for the systematic errors (p's>.7; dados não mostrados). Em suma, os erros de desfecho de sacada durante a MGS mostraram aumento no viés e variabilidade com o aumento da excentricidade, com o padrão de variabilidade da MGS quantitativa e qualitativamente diferente do padrão da VGS.

Tabela 1. Análises de variância de medidas repetidas dos erros de VSWM no Experimento 1. "a" indica o valor de p corrigido pelo método de Greenhouse-Geisser devido à violação da esfericidade.

Figura 4. Erros de endpoint do Saccade em tarefas, excentricidades e atrasos no Experimento 1. A linha superior mostra erros no MGS (preto) e VGS (cinza claro) em diferentes excentricidades de destino. A linha inferior mostra erros no MGS em diferentes intervalos de atraso para cada excentricidade alvo (3 graus, cinza claro; 8 graus, cinza; 13 graus, preto). Tanto os erros sistemáticos quanto os não sistemáticos aumentaram com o aumento da excentricidade, com um aumento linear e quadrático maior no MGS do que no VGS para os erros não sistemáticos. Erros não sistemáticos no MGS acumulados de 1.5-s a 3-s intervalos de atraso significativamente para as sacadas primárias e secundárias em um padrão semelhante em todas as excentricidades.

Efeito do atraso nos erros VSWM através da excentricidade. Para examinar como os erros de VSWM variaram entre as durações de atraso nas diferentes excentricidades, realizamos uma ANOVA de medidas repetidas de duas vias com excentricidade (3, 8, vs. 13 graus de ângulo visual) e atraso (1,5, 2 vs. 3 s) como fatores internos. Encontramos um efeito principal significativo do atraso nos erros não sistemáticos, mas não nos erros sistemáticos (Tabela 1B; Fig. 4, linha inferior). Especificamente, os erros não sistemáticos durante o MGS aumentaram linearmente com as durações de atraso para as sacadas primária e secundária (respectivamente: t(9)=4.82, p=.002; t(9){{18 }}.36, p<.001), showing="" significant="" increases="" from="" the="" 1.5-s="" to="" 3-s="" delay="" conditions="" (primary="" saccades,="" t(9)="4.82," p=".003;" secondary="" saccades,="" t(9)="7.36,"><.001) and="" from="" the="" 2-s="" to="" 3-s="" delay="" conditions="" (primary="" saccades,="" t(9)="3.17," p=".034;" secondary="" saccades,="" t(9)="6.13,"><>

No entanto, não houve interações significativas entre excentricidade e atraso na MGS, exceto pelos erros sistemáticos das sacadas secundárias (Fig. 4f). O efeito de interação foi relacionado a uma diminuição linear de erros sistemáticos com o aumento do atraso na maior excentricidade (13 graus de ângulo visual) em oposição a um aumento linear na excentricidade média (8 graus de ângulo visual) (contraste de linearidade: t(9 )=− 3,53, p=.039), embora ambas as tendências lineares não tenham sido estatisticamente significativas (8 graus de ângulo visual: t=1.64, p=). 27; 13 graus de ângulo visual: t=− 2,10, p=,13). O atraso pela interação da excentricidade estava se aproximando da significância para os erros não sistemáticos nas sacadas secundárias.

EFEITOS DO SUPLEMENTO DE CISTANCHE: MELHORAR A MEMÓRIA

Experimento 2.

No Experimento 2, nosso objetivo era replicar os resultados do Experimento 1 e investigar ainda mais o efeito da duração da retenção no desempenho do VSWM. Assim, examinamos os erros de resposta em uma faixa mais ampla de intervalos de atraso (0,5, 1, 1,5, 2, 3, 4 e 5 s). Novamente, ANOVAs de medidas repetidas (Tabela 2A; Fig. 5, linha superior) revelaram efeitos principais significativos do tipo de tarefa e excentricidade para todos os tipos de erros e uma interação significativa entre tarefa e excentricidade para os erros não sistemáticos dos sacádicos secundários. Durante a MGS, os erros não sistemáticos das sacadas secundárias aumentaram com o aumento da excentricidade tanto linearmente (t(8)=15.23, p<.001) and="" quadratically="" (t(8)="−3.98," p=".008);" such="" linear="" and="" the="" quadratic="" increase="" was="" significantly="" greater="" in="" the="" mgs="" than="" the="" vgs="" (linear="" contrast:="" t(8)="7.36,"><.001; quadratic="" contrast:="" t(8)="−3.10," p=".030)." other="" types="" of="" errors="" only="" linearly="" increased="" with="" increasing="" eccentricity=""><.003, data="" not="" shown)="" without="" significant="" quadratic="" trends="" (p's="">.10, dados não mostrados).

Os efeitos do atraso no desempenho do VSWM (Tabela 2B; Fig. 5, linha inferior) foram semelhantes aos relatados no Experimento 1. O principal efeito do atraso nos erros não sistemáticos foi estatisticamente significativo para as sacadas secundárias e aproximando-se da significância para as sacadas primárias mas não apresentou interações significativas com a excentricidade. As comparações post-hoc revelaram diferenças significativas nos erros não sistemáticos entre o atraso 4-s e 0.5-s (t(8)=6.08, p{{10 }}.006) e entre o atraso de 4-s e 1.5-s (t(8)=4.90, p=.025) para as sacadas secundárias . Não houve efeitos significativos de atraso ou atraso por interações de excentricidade sobre os erros sistemáticos.

Figura 5. Erros de ponto final do Saccade entre tarefas, excentricidades e atrasos no Experimento 2. Veja as notações na Fig. 4. Erros sistemáticos e não sistemáticos aumentaram com o aumento da excentricidade, com um aumento linear e quadrático maior nos erros não sistemáticos no MGS do que no VGS . Erros não sistemáticos no MGS acumulados dos intervalos de atraso de 0.5-s a 5-s significativamente para as sacadas secundárias e estavam tendendo a significância para as sacadas primárias em um padrão semelhante entre as excentricidades.

Realizamos análises adicionais para estudar ainda mais os efeitos do atraso e da excentricidade nas sacadas guiadas pela memória. Primeiro, coletamos um conjunto de dados de replicação para o Experimento 2 de seis sujeitos anteriores para examinar se o desempenho se estabilizou após extensa prática. ANOVAs de medidas repetidas revelaram efeitos semelhantes de excentricidade e atraso neste conjunto de dados de replicação (Fig. S3 suplementar; Tabela S1) aos observados no Experimento 1 e no primeiro conjunto de dados do Experimento 2. Notavelmente, os erros não sistemáticos aumentaram significativamente e linearmente com maior atraso durações para o primário (t(30)=4.20, p=.001) e secundário (t(30)=5.62, p<.001) saccades="" as="" in="" experiment="">

Em segundo lugar, realizamos análises no nível individual regredindo os dois tipos de erros MGS sobre excentricidade, duração do atraso e seu produto para cada um dos nove participantes (Fig. S4 suplementar; Tabela S2). O coeficiente de excentricidade para o erro sistemático foi significativamente maior que zero nas sacadas primárias e secundárias de dois sujeitos, embora tenha sido maior que zero para os erros não sistemáticos nas sacadas primárias de seis sujeitos e nas sacadas secundárias de oito sujeitos. Os intervalos de confiança de 95 por cento (IC) de atraso não incluíram zero para os erros não sistemáticos, exceto para sacadas primárias de um sujeito e sacadas secundárias de três sujeitos. Todos os IC de 95 por cento de atraso para os erros sistemáticos e a maioria dos IC de 95 por cento do produto de excentricidade e atraso não incluíam zero. Esses resultados individuais confirmaram a análise de grupo: no MGS, os erros não sistemáticos aumentaram com excentricidades alvo maiores e durações de atraso mais longas, embora os efeitos do atraso fossem mais fracos do que os da excentricidade.

Tomados em conjunto, no Experimento 2, os erros do ponto final da sacada no MGS também mostraram um aumento maior da variabilidade com o aumento da excentricidade (3 a 13 graus de ângulo visual) e duração do atraso (0,5 a 5 s) do que no VGS, e os dois fatores parecem agir independentemente um do outro. Por outro lado, o viés sistemático não variou entre as durações de atraso e aumentou nas excentricidades de forma semelhante no MGS e VGS.

O resultado simulado para VSWM no espaço e no tempo.

Por fim, examinamos as possíveis fontes neurofisiológicas de efeitos de atraso e excentricidade nos erros de VSWM. Aplicando um modelo de atração contínua 1D52, simulamos a média e a variabilidade dos pontos finais do MGS em sete atrasos (0,5 a 5 s) e três excentricidades (3 a 13 graus de ângulo visual), conforme usado no Experimento 2 O número de unidades neurais no modelo indexou a ampliação cortical em todo o campo visual (3 graus, 933 neurônios; 8 graus, 402 neurônios; 13 graus, 256 neurônios), com base no fator de ampliação cortical estimado em um estudo de mapeamento retinotópico humano55. Simulamos 10{16}} tentativas para cada combinação de atraso e excentricidade (Fig. S5 complementar). Como esperado da modelagem anterior51, enquanto os erros sistemáticos simulados não mostraram variação considerável entre excentricidade ou atraso, os erros não sistemáticos simulados mostraram aumentos substanciais tanto na excentricidade quanto no atraso. Em suma, os dados simulados replicaram os principais efeitos do atraso, mas não conseguiram capturar os padrões de erro sistemáticos e os efeitos independentes da excentricidade e do atraso no MGS, conforme mostrado nos dados comportamentais.

EFEITOS DO SUPLEMENTO DE CISTANCHE: MELHORAR A MEMÓRIA

Discussão

No presente estudo, investigamos como a representação VSWM varia no espaço e no tempo 2D. Nossos dados comportamentais mostraram que os erros sistemáticos e não sistemáticos das sacadas guiadas pela memória aumentaram com as excentricidades. No entanto, apenas os erros não sistemáticos mostraram um padrão qualitativamente diferente das sacadas guiadas visualmente. Esses achados seguem o modelo de ampliação cortical, indicando que as organizações retinotópicas da via visual podem restringir as representações do VSWM. Também é evidente que os erros não sistemáticos das sacadas guiadas pela memória aumentaram com o intervalo de retenção por até 5 s, embora o efeito pareça ser menos robusto e mais variável entre os sujeitos do que o efeito da excentricidade. Postulamos que os erros não sistemáticos estão associados ao ruído neuronal acumulado na manutenção da memória de acordo com os modelos de neurofisiologia, enquanto os erros sistemáticos podem se originar de processos não baseados na memória, como a transformação sensório-motora. A falta de excentricidade por interação de atraso no MGS sugere ainda mecanismos independentes subjacentes ao processamento espacial e temporal do VSWM.

Nossos experimentos mostraram consistentemente aumento de erros sistemáticos e não sistemáticos em sacadas guiadas pela memória com aumento da excentricidade do alvo. Esses achados corroboram de perto com estudos anteriores relatando maiores erros de resposta com maior excentricidade do alvo em macacos usando uma tarefa de MGS semelhante7 e em humanos usando uma tarefa que requer cliques de mouse controlados manualmente para localizar alvos no espaço9. Estendendo pesquisas anteriores, mostramos ainda que a variabilidade das respostas guiadas pela memória em relação à excentricidade estava além de uma diferença quantitativa das respostas guiadas visualmente. Em particular, os erros não sistemáticos no MGS aumentaram linear e quadraticamente com o aumento da excentricidade em comparação com um menor aumento linear no erro no VGS. Esses achados sugerem que as representações VSWM não são homogêneas no espaço 2D e não são lineares nas excentricidades. As representações VSWM podem ter uma transição mais nítida da fóvea (<~3°) to="" parafovea=""><~5°) and="" demonstrate="" similar="" properties="" beyond="" parafovea="" (="">~5 graus) 32,33,56.

Um possível mecanismo neural subjacente à heterogeneidade espacial dos erros VSWM é a estrutura de mapeamento topográfico funcional do espaço no sistema visual. As propriedades retinotópicas da via visual dorsal, como a ampliação cortical, podem restringir as representações de VSWM no campo visual de maneira semelhante à restrição de desempenhos perceptivos e atencionais visuais no espaço36,39,57-59. Curiosamente, estudos anteriores de memória visual de curto prazo mostraram uma diminuição na capacidade de memória de trabalho visual para letras com excentricidade crescente de 4 graus para 10 graus de ângulo visual, e o efeito foi parcialmente atenuado após redimensionar o estímulo de acordo com a ampliação cortical fator60. Nossas descobertas de um aumento não linear em erros não sistemáticos através da excentricidade estendem ainda mais a hipótese de ampliação cortical para VSWM para localizações espaciais. Como mostrado em estudos anteriores de acuidade perceptiva39, o fator de ampliação cortical também é uma função não linear da excentricidade, que mostra uma diminuição gradativamente mais lenta da excentricidade de 1,5 graus para 12 graus do ângulo visual. Os maiores erros de VSWM para alvos periféricos podem derivar da heterogeneidade espacial do processamento perceptivo em regiões visuais iniciais. Alternativamente, pode resultar de uma representação mnemônica desigual através do espaço nas regiões visuais de nível inferior16,17 e nas regiões parietal posterior e frontal de nível superior com maior distorção em sua organização retinotópica10,44. Assim, a ampliação cortical das regiões visuais iniciais pode limitar tanto a codificação perceptiva quanto a manutenção mnemônica da informação espacial no campo visual periférico. Como exatamente a ampliação cortical pode afetar a precisão do VSWM no espaço? Existem pelo menos dois mecanismos, incluindo uma diminuição do fator de ampliação cortical e aumento do tamanho do campo receptivo à medida que a excentricidade do alvo aumenta38,40,41,61,62. Como a densidade celular na representação visual central de V1 é aproximadamente a mesma63 ou até maior64 do que na representação periférica, a diminuição do fator de ampliação cortical com excentricidade significa mais neurônios dedicados ao processamento foveal.

Conforme ilustrado nos estudos de modelagem anteriores51 e em nossos dados de simulação (Fig. S5 suplementar), um número menor de neurônios em um microcircuito VSWM local aumentaria a deriva estocástica na atividade da população e, portanto, aumentaria a variância da saída da rede. É possível que o maior erro não sistemático com o aumento da excentricidade em nossos dados MGS seja a manifestação comportamental do fator de ampliação cortical e variabilidade na atividade de rede recorrente através do espaço cortical. Além disso, um tamanho de campo receptivo maior também pode reduzir a qualidade da representação do VSWM na periferia, pois um amplo ajuste espacial pode reduzir a precisão da codificação e manutenção do VSWM. Estudos futuros poderiam examinar ainda mais como o tamanho do campo de memória na rede do atrator de colisão afeta os erros de VSWM, variando sistematicamente a estrutura e a força da transmissão sináptica excitatória e inibitória. A segunda observação importante é o diferente curso temporal de erros sistemáticos e não sistemáticos ao longo do atraso. Encontramos um acúmulo de erros não sistemáticos nas sacadas guiadas pela memória à medida que o período de atraso se estendia por até 5 s, enquanto um erro sistemático distribuído mais aleatoriamente ao longo do tempo. Ele se alinha com muitos estudos anteriores de memória de trabalho, mostrando que quanto maior o intervalo de retenção, maior a variabilidade da evocação da memória para cor65,66, orientação48,66,67, estímulos faciais66 e localização espacial8,47. Em contraste, o erro médio de evocação para alvos espaciais não varia significativamente com a duração do atraso6,8,47.

Em particular, nossos resultados replicaram e estenderam o estudo de memória de trabalho espacial de White e colegas8, que usaram um paradigma MGS semelhante em macacos. No entanto, em comparação com os padrões de erro não sistemático em todo o espaço 2D, os padrões de erro relacionados ao atraso pareciam mostrar maiores diferenças individuais e pareciam independentes da excentricidade. No entanto, o efeito do atraso foi estável em várias sessões e reproduzido no conjunto de dados de replicação (Fig. S3 complementar). Qual é o substrato neural da precisão da memória degradada ao longo do tempo, conforme refletido pela variabilidade de evocação aumentada com durações de atraso mais longas? A representação dos conteúdos ou objetivos da VSWM está associada à atividade neural sustentada observada em regiões corticais e subcorticais distribuídas durante o atraso da memória15, e a variabilidade da atividade neural persistente durante o atraso pode estar subjacente à variabilidade da resposta comportamental em ensaios individuais5,52,68,69. Essa variabilidade neural se acumula gradualmente ao longo do tempo, associada à degradação da representação da memória com o aumento do intervalo de retenção52. Conforme modelado por estudos anteriores 51 e pelo presente estudo (Fig. S5 suplementar), em um modelo de atrator de colisão, a deriva aleatória da atividade neural da população aumenta ao longo do tempo na ausência de entradas sensoriais externas, aumentando erros não sistemáticos e não sistemáticos com maior atraso durações. Além dos mecanismos de microcircuitos recorrentes locais, outros mecanismos neurais, como plasticidade sináptica de curto prazo70-72, também podem ser responsáveis ​​por mudanças na precisão da memória ao longo do atraso. Enquanto os erros não sistemáticos podem resultar de processos relacionados à memória, os erros sistemáticos parecem menos dependentes da manutenção da memória. Aqui, descobrimos que os erros sistemáticos não se acumularam ao longo dos intervalos de atraso em nossas descobertas comportamentais e simulação computacional. Além disso, os erros sistemáticos variam com o brilho da sala8, posições iniciais da cabeça e dos olhos6 e feedback pós-sacádico7. Assim, erros sistemáticos podem depender de um mecanismo não baseado em memória, como um processo de transformação sensório-motor ruidoso que traduz imprecisamente os sinais retinotópicos em comandos motores6. Em particular, um estudo73 mostrou que as atividades de descarga dos neurônios de explosão relacionados à sacada colicular são semelhantes em uma sacada guiada visualmente precisa e uma sacada guiada por memória imprecisa, indicando que erros sistemáticos podem surgir da adição ou omissão de sinais que estão a jusante da colículo superior.

Esses sinais podem estar relacionados a restrições cinemáticas na geração de sacadas74, como uma compensação da posição orbital pré-sádica, mas o papel exato de tais sinais na geração de erros sistemáticos em respostas guiadas por memória ainda não está claro. No entanto, não podemos descartar que erros sistemáticos sejam originados de outras regiões corticais envolvidas no processamento espacial e transformação sensório-motora, como FEF75 e IPS76,77. Por exemplo, o FEF demonstrou demonstrar uma organização neural no quadrante, possivelmente relacionada a um viés sistemático das respostas de memória em direção ao centro do quadrante10. Embora nossas principais descobertas apoiem uma teoria de erros não sistemáticos baseada na memória e uma teoria de erros sistemáticos não baseada em memória, é importante observar outras possibilidades. As transformações sensório-motoras também podem desempenhar um papel no acúmulo de variabilidade de resposta ao longo do tempo durante o atraso inicial6 ou durante todo o período de atraso75.

EXTRATO DE CISTANCHE: MELHORAR A MEMÓRIA

Também não se sabe se os erros sistemáticos podem estar relacionados à manutenção da memória em algumas situações. Erros sistemáticos podem aumentar substancialmente após 5 s, o maior intervalo de atraso que usamos. Além disso, foi demonstrado que os erros médios de recordação para orientação48,49 ou cor50 aumentaram em relação aos atrasos de memória quando vários itens foram apresentados e quando os itens foram mantidos ativamente na memória50. Mais estudos são necessários para examinar onde, quando e como ocorrem erros sistemáticos e não sistemáticos. Paradigmas de memória de trabalho espacial que não dependem de transformação sensório-motora, como uma tarefa atrasada de match-to-sample78, podem ser uma boa alternativa para testar a dependência de erros comportamentais na manutenção da memória. Examinar erros sistemáticos e não sistemáticos de VSWM em modelos clínicos como doença de Parkinson79 e esquizofrenia80 também pode aprofundar a compreensão da natureza dos erros comportamentais e pode potencialmente ajudar a desenvolver marcadores comportamentais para auxiliar no diagnóstico desses distúrbios. Outro achado intrigante no presente estudo é a diferença entre as sacadas primárias e secundárias. No geral, as sacadas secundárias mostraram uma tarefa mais robusta pela interação da excentricidade e efeito do atraso em comparação com as sacadas primárias. É possível que as sacadas primárias e secundárias reflitam diferentes componentes da VSWM. As sacadas primárias podem estar mais intimamente ligadas a um plano motor inicial, enquanto as sacadas corretivas podem refletir mais de perto a qualidade da representação VSWM81-83.

Assim, erros nas sacadas guiadas pela memória primária podem envolver erros motores que não são diferenciáveis ​​das respostas guiadas visualmente, explicando a interação mais fraca entre tarefa e excentricidade. Consistentemente, um efeito de atraso menor nas sacadas primárias pode indicar erros motores constantes entre os atrasos. Finalmente, encontramos pouca ou nenhuma interação entre excentricidade e atraso, sugerindo que o processamento espacial e temporal do VSWM pode ser amplamente independente. É possível que a manutenção do VSWM ao longo do tempo esteja relacionada à dinâmica neural local, como a deriva estocástica da atividade neural simulada pelo modelo de atrator de colisão. Em contraste, a representação VSWM através do espaço é provavelmente limitada por um mecanismo neural mais global, como o mapeamento topográfico de longo alcance dentro e através das regiões corticais. Tal contraste entre os mecanismos locais e globais pode explicar a invariância de erros sistemáticos entre atrasos e excentricidade por interações de atraso nos dados simulados (Fig. S5 suplementar), uma vez que o modelo captura apenas a dinâmica neural local, mas não as mudanças nas regiões inter-regionais e intra- topografia regional. Modelos futuros devem incorporar mecanismos locais e globais para simular a heterogeneidade espacial no processamento VSWM.

Por exemplo, construir um modelo VSWM bidimensional que incorpore a organização intra-regional (não) topográfica ao longo da via visual dorsal medida por fMRI22 ou eletrofisiologia10 seria crucial para entender o processamento VSWM no espaço. Além disso, modelos de circuitos de grande escala podem ser ainda mais integrados com fatores topográficos, como conexões topográficas inter-regionais84 e amostragem córtico-cortical85, para capturar melhor o processamento espacial em VSWM. Em resumo, o presente estudo demonstra como os erros do ponto final da sacada variam no espaço e no tempo bidimensionais usando uma tarefa oculomotora de resposta tardia em seres humanos. Observamos diferentes cursos de tempo de erro sistemático e não sistemático ao longo do intervalo de retenção, durante o qual os erros sistemáticos flutuaram aleatoriamente, enquanto os erros não sistemáticos pareciam se acumular por até 5 s. Propomos que erros não sistemáticos, e não erros sistemáticos, repercutam mais em processos relacionados à memória. Também encontramos um aumento nos erros sistemáticos e não sistemáticos com o aumento da excentricidade do alvo. A interação entre excentricidade e tarefa foi significativa para erros não sistemáticos, indicando uma potencial restrição da organização retinotópica na representação do VSWM. Finalmente, a falta de interação entre excentricidade e atraso sugere mecanismos potencialmente distintos de processamento VSWM no espaço e no tempo.