تقييم التغيرات المرتبطة بالتلميذ في الاستثارة بوساطة الإكراه التي اثارها التحفيز الثلاثي التوائم
Summary
للتحقق ما إذا كانت الآثار ثلاثية التوائم علي الأداء المعرفي تنطوي علي نشاط الإكراه القسري ، يتم تقديم بروتوكولين التي تهدف إلى تقييم العلاقات المحتملة بين الأداء والتغييرات حجم التلميذ المرتبطة بالمهمة الناجمة عن المضغ. ويمكن تطبيق هذه البروتوكولات علي الظروف التي يشتبه فيها في المساهمة القسرية.
Abstract
وتقدم الأدبيات العلمية الحالية أدله علي ان النشاط الحسي الحركي الثلاثي التوائم المرتبط بالمضغ قد يؤثر علي الاستثارة والانتباه والأداء المعرفي. قد تكون هذه الآثار بسبب اتصالات واسعه النطاق من النظام ثلاثي التوائم إلى تصاعدي شبكي تنشيط النظام (اراس), التي ينتمي اليها الخلايا العصبية نورادريرجيك من الإكراه القسري (LC). تحتوي الخلايا العصبية LC علي إسقاطات للدماغ بأكمله ، ومن المعروف ان التصريف الخاص بهم يختلف مع حجم التلميذ. تنشيط LC ضروري للحصول علي المهمة المتعلقة بداء الورم العضلي. إذا تم توسط تاثيرات المضغ علي الأداء المعرفي من قبل LC ، فمن المعقول ان نتوقع ان التغيرات في الأداء المعرفي ترتبط بالتغيرات في الداء العضلي المرتبط بالمهمة. يتم تقديم اثنين من البروتوكولات الجديدة هنا للتحقق من هذه الفرضية والوثيقة التي لا تعزي اثار المضغ إلى تنشيط المحرك الحركي. في كلا البروتوكولين ، يتم تسجيل الأداء وحجم التلميذ التغييرات التي لوحظت خلال مهام محدده من قبل ، وبعد فتره وجيزة ، ونصف ساعة بعد 2 دقيقه من اي اما: ا) اي نشاط ، ب) الإيقاعي ، قبضه الثنائية ، ج) مضغ الثنائية من بيليه لينه ، و d) مضغ الثنائي من بيليه الصلبة. يقيس البروتوكول الأول مستوي الأداء في اكتشاف الأرقام المستهدفة المعروضة ضمن المصفوفات الرقمية. حيث يتم تسجيل التسجيلات حجم التلميذ من قبل مقياس الرطوبة المناسبة التي تعيق الرؤية لضمان مستويات الاضاءه الثابتة ، يتم تقييم المهمة المتعلقة بداء الورم النقوي اثناء مهمة اللمسيه. النتائج من هذا البروتوكول تكشف عن ان 1) التغييرات الناجمة عن المضغ في الأداء والمهام المتعلقة بداء الورم العضلي مرتبطة و 2) لا يتم تعزيز الأداء ولا الداء العضلي بقبضه اليد. في البروتوكول الثاني ، واستخدام مقياس الرطوبة يمكن ارتداؤها يسمح قياس التغييرات حجم التلميذ والأداء خلال نفس المهمة ، مما يسمح حتى اقوي الادله التي يمكن الحصول عليها فيما يتعلق بمشاركه LC في الآثار ثلاثية التوائم علي النشاط المعرفي. وقد تم تشغيل كلا البروتوكولين في المكتب التاريخي للأستاذ جوزيبي Moruzzi ، مكتشف اراس ، في جامعه بيزا.
Introduction
في البشر, ومن المعروف ان مضغ يسرع المعالجة المعرفية1,2 ويحسن الاستثارة3,4, الانتباه5, التعلم, والذاكرة6,7. وترتبط هذه الآثار مع تقصير من القدرات المتعلقة بالاحداث القشرية الاحتمالات8 وزيادة في ترويه من العديد من الهياكل القشرية وتحت القشرية2,9.
داخل الأعصاب القحفيه ، يتم نقل المعلومات الأكثر صله التي تحافظ علي العدم تزامن القشرية والاستثارة من قبل ألياف ثلاثية التوائم10، من المرجح بسبب الاتصالات ثلاثية التوائم قويه إلى تصاعدي شبكي تنشيط النظام (اراس)11. بين الهياكل اراس, الإكراه القسري (LC) يتلقى المدخلات عصب11 وينظم الاستثارة12,13, ويختلف نشاطها مع حجم التلميذ14,15,16,17,18. علي الرغم من ان العلاقة بين النشاط يستريح lc والأداء المعرفي معقده, تعزيز المهام ذات الصلة من النشاط lc يؤدي إلى الاستثارة المرتبطة19 تلميذ حدقة20 وتعزيز الأداء المعرفي21. هناك التباين موثوق بها بين النشاط LC وحجم التلميذ ، وهذا الأخير يعتبر حاليا وكيلا للنشاط المركزي نورادريرجيك22،23،24،25،26.
يؤدي التنشيط غير المتناظر للفروع ثلاثية التوائم الحسية إلى عدم تماثل الحدقتين (التباين)27،28، مما يؤكد قوه الاتصال ثلاثي gemino-الإكراه. إذا كان ال LC يشارك في التاثيرات المحفزة لمضغ الأداء المعرفي ، فانه قد يؤثر علي التهاب العضلي المرتبط بالمهام الموازية ، وهو مؤشر للتنشيط الضوئي LC اثناء المهمة. وقد يؤثر ذلك أيضا علي الأداء ، التالي يمكن توقع وجود ارتباط بين التغييرات الناجمة عن المضغ في الأداء والركود العضلي. وعلاوة علي ذلك ، إذا كانت الآثار الثلاثية التوائم محدده ، ينبغي ان تكون اثار المضغ أكبر من تلك التي تم التاثير عليها من خلال مهمة حركيه إيقاعيه أخرى. ومن أجل اختبار هذه الفرضيات ، يتم ببموجب هذا عرض بروتوكولين تجريبيين. وهي تستند إلى القياسات المشتركة للأداء المعرفي وحجم التلميذ ، التي أجريت قبل وبعد فتره قصيرة من النشاط المضغ. تستخدم هذه البروتوكولات اختبارا يتكون من العثور علي أرقام مستهدفه معروضه في المصفوفات الرقمية المنتبه29، إلى جانب الأرقام غير المستهدفة. يتحقق هذا الاختبار من الأداء اليقظ والمعرفي.
الهدف العام لهذه البروتوكولات هو توضيح ان التحفيز ثلاثي التوائم يثير تغييرات محدده في الأداء المعرفي ، والتي لا يمكن عزواها إلى توليد الأوامر الحركية وترتبط بالتغيرات المرتبطة بالتلميذ في الوساطة المالية الاستثاره. وتمتد تطبيقات البروتوكولات لتشمل جميع الظروف السلوكية التي يمكن فيها قياس الأداء والاشتباه في تورط ال LC.
Protocol
Representative Results
Discussion
تتناول البروتوكولات المعروضة في هذه الدراسة التاثيرات الحاده للنشاط الثلاثي التوائم الحسي علي الأداء المعرفي ودور ال LC في هذه العملية. هذا الموضوع له بعض الاهميه ، بالنظر إلى ان 1) اثناء الشيخوخة ، وتدهور النشاط ماستياتوري يرتبط مع تسوس المعرفي32،33،<su…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ساندت البحث كان بهبات من الجامعة بيزا. نشكر السيد باولو اورسيني ، السيد فرانشيسكو مونتراري ، والسيدة كريستينا بوتشي علي المساعدة الفنية القيمة ، فضلا عن شركه I.A.C.E.R. المسموح لدعم الدكتورة ماريا باولا ترامونتي فانتوتسي مع زمالة. وأخيرا ، نشكر شركه المشاريع OCM لاعداد الكريات الصلبة وأداء صلابة وقياسات ثابته الربيع.
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 |
References
- 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).
