Brain oscillatory analysis of visual working memory errors

Abstract

Çalışma Belleği (ÇB) görevi boyunca, bellek oluşumunun beyin dinamikleri incelenmiştir. Nesne kategorilerine ait (her bir kategori, ortak bir özelliği olan görüntülerle tanımlanmıştır) gri skala fotoğraflar gösterildiği sırada deneklerden, elektroensefalografi (EEG) verileri toplanmıştır. Kısa bir aranın/bekletmenin ardından, belleği test etmek üzere deneklere iki görüntü gösterilmiştir. Doğru ve yanlış anıların zaman-frekans temsilleri karşılaştırılmıştır. Bununla birlikte tutarlık ve faz-genlik kuplajı (FGK) bağlantısallık tahminleri yoluyla beyin bağlantısallığı çalışılmıştır. Önemli farklar tespit edildiğinde, sahte anıların salınımlı nitelikleri (aynı kategoriden yeni bir ögenin tanıdık gelmesi) doğru ve yanlış anılarınkilerle karşılaştırılmıştır. Spektral analiz, diğer bellek hatalarıyla karşılaştırıldığında, doğru ve yanlış anıların kodlanmasındaki oksipital Teta gücünün daha düşük olduğunu göstermiştir. Düşük Teta gücü, başarılı kodlamaya işaret etmekte ve altta yatan nöral kurulumların etkin şekilde aktive olduğunu göstermektedir. Akılda tutulma aralığı boyunca, sağ paryetal-oksipital kanallar üzerindeki baskın alfa-beta aktivitesinin doğru yanıtlarla karşılaştırıldığında sahte anı ve hatalardan daha büyük olduğu tespit edilmiştir. Hatalar için alfa-beta salınım aktivitesinin yüksek düzeylerde seyretmesi, ÇB kaynaklarının etkin olmayan bir şekilde atanmasına yol açan zayıf tutunmaya işaret etmektedir. Sahte anılar için bu, kodlama sırasında tetiklenen ek bir anlamsal ve algısal yükün yönetilmesi için gerekli olan bilişsel bir çabayı ifade edecektir. Önemli düzeyde bir frontooksipital tutarlık ölçülmüştür: Olasılıkla, Teta ve Alfa bandı tutarlığı, ÇB'nin merkezi yönetsel işlevlerini yansıtmakta; Beta bandı tutarlığı ise uyaran temsilleriyle ilgili lokal kurulumların koordinasyonunu göstermektedir. Sırayla kodlanan uyaranların ÇB tutunumuyla ilgili önemli Teta/Gamma FGK ile görsel-mekansal bilginin işlenişini yansıtan Alpha/gamma FGK gözlemlenmiştir.

Brain dynamics of memory formation were explored throughout a working memory (WM) task. Electroencephalography data were acquired from participants while presented with grayscale photos of object categories (each category defined by images sharing a common gist). Following a short delay, two probes were shown to test memory accuracy. Time-frequency representations of successful and erroneous memories were contrasted. Additionally, brain connectivity was studied via coherency and phase-amplitude coupling (PAC). Where significant differences were identified, oscillatory properties of false memories (a novel item of the same category recognized as familiar) were compared with those of successful and erroneous memories. Spectral analysis revealed occipital theta power for encoding of successful and false memories to be smaller when compared to other memory errors. The reduced theta power indicates successful encoding and reflects efficient activation of the underlying neural assemblies. During the retention interval, prominent alpha-beta activity over right parieto-occipital channels was found to be larger for false memories and errors when compared to correct responses. High levels of alpha-beta oscillatory activity for errors indicate poor maintenance leading to inefficient allocation of WM resources. For false memories, they imply necessary cognitive effort to manage an extra semantic and perceptual load induced during encoding. Significant fronto-occipital coherency was measured: Possibly, theta and alpha band coherency reflect central executive functions of WM, whereas beta band coherency indicates coordination of local assemblies related to stimulus representations. Significant theta/gamma PAC, linked to WM retention of sequentially encoded stimuli, and alpha/gamma PAC, reflecting processing of visuo-spatial information, were also observed.