Non-linear laws of echoic memory and auditory change detection in humans

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The detection of any abrupt change in the environment is important to survival. Since memory of preceding sensory conditions is necessary for detecting changes, such a change-detection system relates closely to the memory system. Here we used an auditory change-related N1 subcomponent (change-N1) of event-related brain potentials to investigate cortical mechanisms underlying change detection and echoic memory.</p> <p>Results</p> <p>Change-N1 was elicited by a simple paradigm with two tones, a standard followed by a deviant, while subjects watched a silent movie. The amplitude of change-N1 elicited by a fixed sound pressure deviance (70 dB vs. 75 dB) was negatively correlated with the logarithm of the interval between the standard sound and deviant sound (1, 10, 100, or 1000 ms), while positively correlated with the logarithm of the duration of the standard sound (25, 100, 500, or 1000 ms). The amplitude of change-N1 elicited by a deviance in sound pressure, sound frequency, and sound location was correlated with the logarithm of the magnitude of physical differences between the standard and deviant sounds.</p> <p>Conclusions</p> <p>The present findings suggest that temporal representation of echoic memory is non-linear and Weber-Fechner law holds for the automatic cortical response to sound changes within a suprathreshold range. Since the present results show that the behavior of echoic memory can be understood through change-N1, change-N1 would be a useful tool to investigate memory systems.</p

Efectos de la privación de sueño sobre las oscilaciones cerebrales asociadas a la codificación y consolidación de la memoria declarativa

Programa de Doctorado en NeurocienciasEl presente estudio plantea por primera vez evaluar los efectos de la privación de sueño en los procesos de adquisición y consolidación. Nuestra hipótesis inicial es que si el sueño afecta específicamente a la formación de la memoria en vez de a los procesos de consolidación, la privación parcial durante la noche previa al entrenamiento deberá afectar más a la recuperación de información episódica que la privación en la noche posterior. Con este propósito se ha evaluado la memoria de reconocimiento para asociaciones de personajes famosos que podían o no compartir profesión, creando así dos condiciones de congruencia semántica. El hecho de que los dos estímulos de una asociación compartan un esquema ya preexistente en la neocorteza debería facilitar la codificación y acelerar la consolidación en la propia neocorteza, disminuyendo así el papel que normalmente se le otorga al hipocampo en estos casos. Dado que la privación de sueño afecta de forma específica al hipocampo durante la codificación, se espera que sean las asociaciones incongruentes las que se vean más afectadas por la privación de sueño, por ser precisamente estas las más dependientes del hipocampo. Los participantes (60 estudiantes con edades comprendidas entre 18-28 años, 22±2.7 (media±desviación estándar, 31 mujeres)) se distribuyeron de forma aleatoria en tres grupos: (i) el grupo control (no privado de sueño) durmió normalmente (8 horas) la noche anterior y posterior a la presentación de las caras; (ii) el grupo PSPre-E fue privado de las primeras 4 horas de sueño en la noche previa a la codificación y durmió normalmente en la noche siguiente; y (iii) el grupo PSPost-E fue sometido al mismo protocolo de privación de sueño pero en la noche posterior a la codificación. La memoria de reconocimiento se evaluó al día siguiente a la codificación tras una tarea de interferencia, y otra vez un día más tarde, esta vez sin interferencias. La tarea de reconocimiento incluyó el paradigma saber-recordar que permite distinguir entre los componentes de recuerdo y familiaridad. Dado que el recuerdo es más dependiente del hipocampo, se esperaba que fuera este componente de la memoria el que se viera más afectado por la privación de sueño. Además de registrar los datos de comportamiento, en los grupos control y PSPre-E se registró la actividad electrofisiológica (EEG) a partir de 59 electrodos fijados con colodión al cuero cabelludo y de otros 5 electrodos fijados en lugares estratégicos del rostro para registrar el electrooculograma (EOG) y electromiograma (EMG). Dicho registro no solo tuvo lugar durante la noche, sino también mientras realizaban la tarea de codificación y la primera tarea de memoria. RESULTADOS DE LA TESIS DOCTORAL En consonancia con las hipótesis de partida, la memoria solo se vio influida por la restricción de sueño para las asociaciones incongruentes (las que son más dependientes del hipocampo). Sin embargo, y en contra de nuestras expectativas, la privación de sueño antes y después del entrenamiento tuvo efectos opuestos en la recuperación de la información. De manera que, mientras que la restricción de sueño antes del entrenamiento disminuyó la memoria de reconocimiento (concretamente el recuerdo de los estímulos incongruentes), la misma restricción durante la noche posterior al entrenamiento produjo el incremento del reconocimiento en el grupo PSPost-E respecto al grupo control (resultado cercano a la significación estadística). Aunque se necesitarían aproximaciones experimentales más encaminadas para afirmar esta interpretación, el hecho de que la restricción de sueño posterior al entrenamiento y previa a la sesión de interferencia favorezca la recuperación de información parece deberse a una peor codificación de las asociaciones que conforman la interferencia. Tras un análisis profundo de los resultados en relación con los aportados por estudios previos concluimos que los procesos de codificación de la memoria son más vulnerables a la restricción de sueño que los procesos de consolidación y que el efecto de la privación parcial de sueño sobre la memoria episódica depende de si dicha información guarda relación o no con los esquemas preexistentes. Estos resultados están publicados en el artículo ¿Semantic congruence reverses effects of sleep restriction on associative encoding¿, Neurobiology of learning and Memory, 110 (2014) 27¿34. Los primeros resultados tras evaluar la dinámica espacio-temporal de las oscilaciones cerebrales indican un efecto de la congruencia semántica durante la codificación así como diferencias de grupo durante la recuperación de la información. Concretamente, las asociaciones incongruentes mostraron una mayor sincronía de theta (4-7 Hz) durante la codificación en regiones relacionadas con el procesamiento de la información semántica (regiones de la corteza frontal inferior izquierda) así como en el giro cingulado anterior (área característica de la generación del ritmo theta, del control ejecutivo y de otras funciones de la memoria). Estos resultados parecen manifestar un mayor reclutamiento de las áreas integradoras del circuito generador de esta actividad debido a la mayor carga de información de tipo semántico que ha de ser procesada, y fue especialmente acusado en el caso del grupo NPS. El análisis de la relación entre la actividad theta y la ejecución de la tarea mostró que para las asociaciones incongruentes el grupo NPS tenía mayor sincronía de theta que el grupo PSPre-E. .Esta diferencia de grupos se replicó en la misma dirección cuando se estudió la ventaja de la congruencia semántica a la hora de realizar la prueba de memoria. Por otro lado, el grupo control mostró una mayor desincronía de alpha (8-12 Hz) que el grupo PSPre-E durante la prueba de memoria, lo que indica una liberación de la inhibición en zonas relacionadas con la recuperación de información semántica (que incluyen las zonas relevantes durante la codificación), así como en regiones vinculadas con el control ejecutivo y la atención. El análisis separado de los estímulos congruentes e incongruentes reveló un mayor reclutamiento de regiones parietotemporales en los primeros, manifestando niveles de atención dirigida a factores distintos de los meramente perceptivos. El efecto de la congruencia semántica también fue evidente durante la recuperación, de manera que mientras que el grupo control mostró un aumento de delta (0,1-3,5 Hz) en regiones involucradas con la experiencia más vívida del recuerdo durante la recuperación de las asociaciones congruentes, el grupo PSPre-E mostró mayor actividad en regiones responsables de la recuperación consciente (corteza prefrontal ventrotateral izquierda). Por otro lado, los índices de correlación con la ejecución de la memoria muestran la diferencia entre los dos grupos a la hora de beneficiarse de la congruencia y durante la recuperación de información en general, de manera que el grupo PSPre-E activa circuitos perceptivos en un intento de compensar el déficit semántico provocado por la privación de sueño.Universidad Pablo de Olavide. Departamento de Fisiología, Anatomía y Biología Celula

Early development of sensory perception in Autism Spectrum Disorders and Attention Deficit Hyperactivity Disorder

Autism Spectrum Disorders (ASD) and Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) are co-occurring neurodevelopmental disorders emerging early in development. Molecular genetics research suggests that common sensory vulnerabilities underlie the emergence of both disorders, yet no research examined the same sensory markers as potential infant predictors of ASD or ADHD traits in toddlerhood. This thesis examines the early development of sensory perception in infants at elevated likelihood of ASD and/or ADHD and infants at typical likelihood of the disorders. Chapters 1-2 present, respectively, a theoretical introduction and methodological considerations for the investigation of sensory perception in these conditions. Chapter 3 presents evidence from an EEG tactile repetition suppression task administered to 10-month-old infants, prospectively re-assessed at 24 months. Results indicate that reduced repetition suppression is a marker of ASD in infancy and predicts ASD traits in toddlerhood. Results further suggest that early enhanced parent-reported tactile sensory seeking mitigates the association between tactile atypicality and later ASD traits. Chapter 4 presents evidence from an EEG visual task administered to 10-month-old infants, prospectively re-assessed at 24 months. Results indicate that enhanced responsiveness to visual input is a marker of ASD or ADHD in infancy and predicts concurrent parent-reported visual sensory seeking. Results further indicate that enhanced responsiveness to incoming stimulation in infants with later higher ASD traits results from reduced prioritization of ongoing information. Chapter 5 presents a proof-of-concept demonstration that variation in responsiveness to visual input also reflects variation in engagement with ongoing information in an independent cohort of 10-month-old infants at typical likelihood of the conditions. Chapter 6 adopts an individual differences approach and reports on the concurrent/longitudinal associations between markers of information prioritization emerged from Chapter 5 and parent-reported sensory seeking, ASD and ADHD traits in the same participant sample, prospectively re-assessed at 16 months. Chapter 7 discusses contributions and implications for research on the early development of sensory perception in ASD and ADHD