הערכת שינויי האישון בליקום כפיית-עוררות בתיווך באמצעות גירוי מעורר
Summary
כדי לוודא אם ההשפעות השליליות על הביצועים הקוגניטיביים כרוכות לוקוס הפעילות כפיית, שני פרוטוקולים מוצגים כי המטרה להעריך את היחסים האפשריים בין הביצועים הקשורים לפעילות שינויים בגודל התלמיד הנגרמת על ידי לעיסת. פרוטוקולים אלה עשויים להיות מיושם על תנאים שבהם התרומה כפיית לוקוס מהווה חשד.
Abstract
הספרות המדעית הנוכחית מספקת ראיות לכך שהפעילות הsensorimotor הקשורה ללעיסה עלולה להשפיע על עוררות, תשומת לב וביצועים קוגניטיביים. תופעות אלו עשויות לנבוע מקשרים נרחבים של המערכת הטרימגית למערכת ההפעלה המקולרית העולה (מארס), שאליה משתייך הנוירונים הנואדרריגיים של מקום הלינה כפיית (LC). נוירונים LC מכילים תחזיות למוח כולו, ידוע כי השחרור שלהם שיתוף משתנה עם גודל התלמיד. הפעלת LC היא הכרחית עבור ה, מעורר את mydriasis הקשור לפעילות. אם לעיסת אפקטים על ביצועים קוגניטיביים מתווכת על ידי LC, סביר לצפות כי שינויים בביצועים קוגניטיביים מקושרים לשינויים mydriasis הקשורים לפעילות. שני הפרוטוקולים החדשניים מוצגים כאן כדי לאמת את ההשערה הזאת ומסמך כי השפעות לעיסה אינם מייחס להפעלה מוטורית באמצעות aspecific. בשני הפרוטוקולים, ביצועים ושינויים בגודל התלמיד שנצפו במהלך משימות ספציפיות נרשמים לפני, זמן קצר לאחר מכן, וחצי שעה לאחר תקופה של 2 דקות של: a) אין פעילות, b) קצבית, אחיזת ידיים, c) לעיסה דו צדדית של גלולה רכה, ו d) . לעיסה דו-צדדית של גלולה קשה הפרוטוקול הראשון מודד את רמת הביצועים באיתור מספרי יעד המוצגים בתוך מטריצות מספריות. מאז הקלטות גודל התלמיד נרשמות על ידי מדידת הפופילמטר המתאים הפוגעת בראייה כדי להבטיח רמות תאורה קבועות, mydriasis הקשורות למשימות מוערך במהלך משימה האפוטית. תוצאות פרוטוקול זה לגלות כי 1) שינויים המושרה ביצועים הקשורים mydriasis משימה מתואמים 2) לא ביצועים ולא mydriasis משופרים על ידי אחיזת ידיים. בפרוטוקול השני, שימוש במטרים לבישים מאפשר מדידה של שינויים בגודל התלמיד ואת הביצועים במהלך אותה משימה, ובכך מאפשר אפילו ראיות חזקות יותר לקבל לגבי מעורבות LC בהשפעות המשולש על פעילות קוגניטיבית. שני הפרוטוקולים מופעל במשרדו ההיסטורי של פרופ ‘ ג’וזפה מורצי, הגלה של אראס, ב אוניברסיטת פיזה.
Introduction
בבני אדם, ידוע כי לעיסת מהירות עיבוד קוגניטיבית1,2 ומשפרת את התעוררות3,4, תשומת לב5, למידה, ו זיכרון6,7. אפקטים אלה משויכים קיצור של השהיות של פוטנציאל הקשורות לאירועים הקשורים לאירוע8 ועלייה בפרזיה של מספר מבנים הקורטיקליים והקורטיקליים2,9.
בתוך עצבי הגולגולת, המידע הרלוונטי ביותר העומד בפני הדלקת הקורטיתית והתעוררות מתבצעת על-ידי סיבי הטריברינאלה10, כנראה עקב התחברות מטריברית חזקה למערכת ההפעלה המקולרית העולה (אראס)11. בין מבני מאראס, ה-לוקוס כפיית (LC) מקבל כניסות מודולים11 ו מודולריטיות התעוררות12,13, ופעילותה משתנה עם התלמיד מידה14,15,16,17,18. למרות הקשר בין פעילות מנוחה LC ביצועים קוגניטיביים הוא מורכב, שיפור הפעילות הקשורות של פעילות LC מוביל התעוררות משויך19 התלמיד mydriasis20 וביצועים קוגניטיביים משופרת21. יש וריאציה אמינה בין פעילות LC לבין גודל התלמיד, והאחרון נחשב כיום פרוקסי של פעילות נוראדררגית מרכזית22,23,24,25,26.
הפעלה אסימטרית של הענפים sensorimotor טריגורייום משרה אסימטריות (anisocoria)27,28, מאשרת את הכוח של הטריאמסטינו-כפיית הקשר. אם ה-LC משתתף בהשפעות הגירוי של לעיסת ביצועים קוגניטיביים, זה עשוי להשפיע mydriasis הקשורות למשימות מקבילי, אשר הוא מחוון של הפעלה LC phasic במהלך משימה. זה עשוי גם להשפיע על הביצועים, כך ניתן לצפות מתאם בין שינויים המושרה לעיסה בביצועים מיקאזיס. יתר על כן, אם אפקטים המשולש הם ספציפיים, השפעות לעיסה צריך להיות גדול יותר מאשר אלה המהרוויח על ידי משימה אחרת מנוע קצבי. , כדי לבחון את ההשערות האלה. שני פרוטוקולים ניסיוניים מוצגים בזאת הם מבוססים על מדידות משולבות של ביצועים קוגניטיביים וגודל התלמיד, המבוצעים לפני ואחרי תקופה קצרה של פעילות לעיסה. פרוטוקולים אלה לנצל מבחן המורכב במציאת מספרי היעד המוצגים בתוך מטריצות קשוב מספריים29, לצד עם מספרים שאינם מטרה. בדיקה זו מאמתת ביצועים קשובים וקוגניטיביים.
המטרה הכוללת של הפרוטוקולים הללו היא להמחיש כי גירוי המשולש מעורר שינויים ספציפיים ביצועים קוגניטיביים, אשר לא ניתן לשנות באופן מיוחד לדור של פקודות מנוע והם קשורים שינויים מקושרים התלמיד ב-LC-תיווך עוררות. יישומים של הפרוטוקולים להאריך את כל התנאים התנהגותיים שבהם ניתן למדוד ביצועים ומעורבות של ה-LC הוא חשד.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרוטוקולים שהוצגו במחקר זה כתובת ההשפעות החריפה של פעילות sensorimotor טריגבית על ביצועים קוגניטיביים ואת תפקידה של LC בתהליך זה. נושא זה יש כמה רלוונטיות, בהתחשב בכך 1) במהלך הזדקנות, הידרדרות של פעילות masticatory התואם לריקבון קוגניטיבי32,33,34; אנשי…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחקר נתמך על ידי מענקים של אוניברסיטת פיזה. אנו מודים למר פאולו אורסיני, מר פרנצ’סקו מונטנארי, וגברת כריסטינה פוצ’י לסיוע טכני רב ערך, כמו גם את חברת רח’ אינרוסטריאלניה I.A.C.E.R. עבור תמיכה Dr. מריה פאולה טרמונטי Fantozzi עם התמחות. לבסוף, אנו מודים לחברת הפרויקטים של OCM להכנת כדורי קשה וביצוע קשיות ומדידות קבועות באביב.
Materials
| Anti-stress ball | Artengo, Decathlon, France | TB600 | |
| Chewing gum | Vigorsol, Perfetti, Italy | Commercially available product | |
| Infrared Camera-Wearable pupillometer | Pupil Labs, Berlin, Germany | Pupil Labs headset | |
| Pupillographer | CSO, Florence, Italy | MOD i02, with chin support | |
| Silicon rubber | Prochima, Italy | gls50 | |
| Software for pupil detection – wearable pupillometer | Pupil Labs, Berlin, Germany | Pupil Labs headset | |
| Tangram Puzzle | Città del Sole srl, Milano, Italy | Tangram Puzzle | |
| Wearable pupillometer | Pupil Labs, Berlin, Germany | Pupil labs model | Dimension of the frame: 13.5 x 15.5cm |
Referencias
- Hirano, Y., et al. Effects of chewing on cognitive processing speed. Brain and Cognition. 81 (3), 376-381 (2013).
- Hirano, Y., Onozuka, M. Chewing and cognitive function. Brain and Nerve. 66 (1), 25-32 (2014).
- Allen, A. P., Smith, A. P. Effects of chewing gum and time-on-task on alertness and attention. Nutritional Neuroscience. 15 (4), 176-185 (2012).
- Johnson, A. J., et al. The effect of chewing gum on physiological and self-rated measures of alertness and daytime sleepiness. Physiology & Behavior. 105 (3), 815-820 (2012).
- Tucha, O., Mecklinger, L., Maier, K., Hammerl, M., Lange, K. W. Chewing gum differentially affects aspects of attention in healthy subjects. Appetite. 42 (3), 327-329 (2004).
- Allen, K. L., Norman, R. G., Katz, R. V. The effect of chewing gum on learning as measured by test performance. Nutrition Bulletin. 33 (2), 102-107 (2008).
- Smith, A. Effects of chewing gum on mood, learning, memory and performance of an intelligence test. Nutritional Neuroscience. 12 (2), 81-88 (2009).
- Sakamoto, K., Nakata, H., Kakigi, R. The effect of mastication on human cognitive processing: a study using event-related potentials. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 120 (1), 41-50 (2009).
- Hirano, Y., et al. Effects of chewing in working memory processing. Neuroscience Letters. 436 (2), 189-192 (2008).
- Roger, A., Rossi, G. F., Zirondoli, A. Le rôle des afferences des nerfs crâniens dans le maintien de l’etat vigile de la preparation “encephale isolé”. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 8 (1), 1-13 (1956).
- De Cicco, V., et al. Trigeminal, Visceral and Vestibular Inputs May Improve Cognitive Functions by Acting through the Locus Coeruleus and the Ascending Reticular Activating System: A New Hypothesis. Frontiers in Neuroanatomy. 11, 130 (2017).
- Samuels, E. R., Szabadi, E. Functional neuroanatomy of the noradrenergic locus coeruleus: its roles in the regulation of arousal and autonomic function part I: principles of functional organisation. Current Neuropharmacology. 6 (3), 235-253 (2008).
- Carter, M. E., et al. Tuning arousal with optogenetic modulation of locus coeruleus neurons. Nature Neuroscience. 13 (12), 1526-1533 (2010).
- Rajkowski, J., Kubiak, P., Aston-Jones, G. Correlations between locus coeruleus (LC) neural activity, pupil diameter and behaviour in monkey support a role of LC in attention. Society for Neuroscience Abstracts. 19, 974 (1993).
- Rajkowski, J., Kubiak, P., Aston-Jones, G. Locus coeruleus activity in monkey: phasic and tonic changes are associated with altered vigilance. Brain Research Bulletin. 35 (5-6), 607-616 (1994).
- Alnæs, D., et al. Pupil size signals mental effort deployed during multiple object tracking and predicts brain activity in the dorsal attention network and the locus coeruleus. Journal of Vision. 14 (4), (2014).
- Murphy, P. R., O’Connell, R. G., O’Sullivan, M., Robertson, I. H., Balsters, J. H. Pupil diameter covaries with BOLD activity in human locus coeruleus. Human Brain Mapping. 35 (8), 4140-4154 (2014).
- Joshi, S., Li, Y., Kalwani, R. M., Gold, J. I. Relationships between Pupil Diameter and Neuronal Activity in the Locus Coeruleus, Colliculi, and Cingulate Cortex. Neuron. 89 (1), 221-234 (2016).
- Bradshaw, J. Pupil size as a measure of arousal during information processing. Nature. 216 (5114), 515-516 (1967).
- Gabay, S., Pertzov, Y., Henik, A. Orienting of attention, pupil size, and the norepinephrine system. Attention, Perception & Psychophysics. 73 (1), 123-129 (2011).
- Usher, M., Cohen, J. D., Servan-Schreiber, D., Rajkowski, J., Aston-Jones, G. The role of locus coeruleus in the regulation of cognitive performance. Science (New York, NY). 283 (5401), 549-554 (1999).
- Laeng, B., et al. Invisible emotional expressions influence social judgments and pupillary responses of both depressed and non-depressed individuals. Frontiers in Psychology. 4, (2013).
- Silvetti, M., Seurinck, R., van Bochove, M. E., Verguts, T. The influence of the noradrenergic system on optimal control of neural plasticity. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 7, 160 (2013).
- Hoffing, R. C., Seitz, A. R. Pupillometry as a glimpse into the neurochemical basis of human memory encoding. Journal of Cognitive Neuroscience. 27 (4), 765-774 (2015).
- Kihara, K., Takeuchi, T., Yoshimoto, S., Kondo, H. M., Kawahara, J. I. Pupillometric evidence for the locus coeruleus-noradrenaline system facilitating attentional processing of action-triggered visual stimuli. Frontiers in Psychology. 6, 827 (2015).
- Hayes, T. R., Petrov, A. A. Pupil Diameter Tracks the Exploration-Exploitation Trade-off during Analogical Reasoning and Explains Individual Differences in Fluid Intelligence. Journal of Cognitive Neuroscience. 28 (2), 308-318 (2016).
- De Cicco, V., Cataldo, E., Barresi, M., Parisi, V., Manzoni, D. Sensorimotor trigeminal unbalance modulates pupil size. Archives Italiennes De Biologie. 152 (1), 1-12 (2014).
- De Cicco, V., Barresi, M., Tramonti Fantozzi, M. P., Cataldo, E., Parisi, V., Manzoni, D. Oral Implant-Prostheses: New Teeth for a Brighter Brain. PloS One. 11 (2), e0148715 (2016).
- Spinnler, H., Tognoni, G. Italian standardization and classification of Neuropsychological tests. The Italian Group on the Neuropsychological Study of Aging. Italian Journal of Neurological Sciences. 8, 1 (1987).
- Tramonti Fantozzi, M. P., et al. Short-Term Effects of Chewing on Task Performance and Task-Induced Mydriasis: Trigeminal Influence on the Arousal Systems. Frontiers in Neuroanatomy. 11, 68 (2017).
- Kassner, M., Patera, W., Bulling, A. Pupil: An Open Source Platform for Pervasive Eye Tracking and Mobile Gaze-based Interaction. arXiv.org. , (2014).
- Gatz, M., et al. Potentially modifiable risk factors for dementia in identical twins. Alzheimer’s & Dementia: The Journal of the Alzheimer’s Association. 2 (2), 110-117 (2006).
- Okamoto, N., et al. Relationship of tooth loss to mild memory impairment and cognitive impairment: findings from the Fujiwara-kyo study. Behavioral and Brain Functions. 6, 77 (2010).
- Weijenberg, R. A. F., Lobbezoo, F., Knol, D. L., Tomassen, J., Scherder, E. J. A. Increased masticatory activity and quality of life in elderly persons with dementia–a longitudinal matched cluster randomized single-blind multicenter intervention study. BMC Neurology. 13, 26 (2013).
- Kato, T., et al. The effect of the loss of molar teeth on spatial memory and acetylcholine release from the parietal cortex in aged rats. Behavioural Brain Research. 83 (1-2), 239-242 (1997).
- Onozuka, M., et al. Impairment of spatial memory and changes in astroglial responsiveness following loss of molar teeth in aged SAMP8 mice. Behavioural Brain Research. 108 (2), 145-155 (2000).
- Watanabe, K., et al. The molarless condition in aged SAMP8 mice attenuates hippocampal Fos induction linked to water maze performance. Behavioural Brain Research. 128 (1), 19-25 (2002).
- Kubo, K. Y., Iwaku, F., Watanabe, K., Fujita, M., Onozuka, M. Molarless-induced changes of spines in hippocampal region of SAMP8 mice. Brain Research. 1057 (1-2), 191-195 (2005).
- Oue, H., et al. Tooth loss induces memory impairment and neuronal cell loss in APP transgenic mice. Behavioural Brain Research. 252, 318-325 (2013).
- Mather, M., Harley, C. W. The Locus Coeruleus: Essential for Maintaining Cognitive Function and the Aging Brain. Trends in Cognitive Sciences. 20 (3), 214-226 (2016).
