Материалы и методы

Субъекты: Десять специалистов по счетам мужского пола (средний возраст (СО=7) 20+/-2 года) и 13 неопытных представителей групп контроля (семь мужчин и шесть женщин, средний возраст 22+/-2 года) приняли участие в эксперименте. Все субъекты были праворукими и не имели леворуких родственников в непосредственных семьях. Владение одной рукой лучше чем другой было оценено в соответствии с Инвентарем Эдинбурга перед проведением экспериментов [5]. Средний уровень образования обеих групп был на уровне бакалавриата университета, и значительных различий в программах обучения среди групп не наблюдалось (специалисты 14.7+/-2.2 лет; контроль 15.8+/-1.5 years; t(21)>1.41, p>0.17). Специалисты имели 8-16 лет практики использования счет (среднее значение 11.8+/-2.7 лет), и на момент исследования проводили >1 часа практики ежедневно. Их навыки оценивались от 2 дана до 10 дана (среднее значение 8+/-2.8 дан). Дан - это класс для представителей высокой квалификаций, а 8-ой дан считается самым высоким. У представителей контроля либо вообще не было практики управления счетами, либо имели незначительный опыт. Ни один из субъектов не страдал в прошлом психиатрическими или нейрологическоми заболеваниями. Перед проведением тестов каждый субъект подписал письменное согласие на участие в исследовании. Эксперимент фЯМР был проведен в соответствии с местными этическими нормами, установленными Комитетом Университета Тейкио.

Процедуры заданий: Перед функциональной томографией все субъекты завершили тест на измерение объема памяти на цифры. Длина последовательность цифр, использованная в экспериментах фЯМР была установлена отдельно для каждого субъекта на основании их исполнения задания на определение памяти на цифры, таким образом, минимизирую возможные вводящие в замешательство эффекты различия в сложности задания между группами во время фЯМР эксперимента.

Для задания по определению объема памяти на цифры, произвольная последовательность цифр от 1 до 9 была одновременно представлена на экране компьютера в течение 3 секунд, а через дальнейшие 15 секунд, субъектов попросили вспомнить и воспроизвести цифровую последовательность вслух. Длина цифровой последовательности начиналась с 5 цифр, увеличиваясь на 1 цифру после каждого успешного воспроизведения субъектом последовательности. Если у субъекта не получалось вспомнить последовательность, ему/ей была представлена другая последовательность цифр такой же длины. Объем памяти на цифры был определен как максимальная длина последовательности цифр, которую субъект успешно воспроизвел в ходе двух исследований.

Для фЯМР-экспериментов, применялось отсроченное задание на совмещение с образцом с использованием последовательности цифр в качестве стимула (Рис. 1b). Целевая последовательность цифр была представлена одновременно в центре экрана в течение 3 секунд. Длина использованной последовательности цифр была на две цифры меньше, чем индивидуально определенный объем памяти на цифры. После задержки в 15 секунд, в течение которой на экране появляется только крестообразный указатель, аналитическая последовательность цифр появляется на 3 секунды. Субъектов попросили оценить, различаются или нет целевая и аналитическая последовательности между собой, посредством нажатия одной из кнопок указательным или средним пальцем правой руки, соответственно. После данных реакций поведения последовал интервал между стадиями (ИМС), который позволил сигналу фЯМР возвратиться к исходному показателю. Каждая экспериментальная сессия состояла из 15 стадий, и каждый субъект завершил две экспериментальные сессии, что в общей сложности составляет 30 стадий исследования.

фЯМР и анализ данных: фЯМР был проведен при помощи ЯМР-сканнера 1.5 T (LX сканнер производства General Electric Medical Systems, WI). Стимулы были представлены при помощи прожектора жидкокристаллического монитора (ЖКМ) на экран обозревания, а субъекты смотрели на экран через зеркало. Зрительный угол каждой цифры, использованной в качестве стимула, составил B11. Функциональные снимки были получены при помощи эхо-плоскостного томографа T2* (TR 3000 мс, TE 50 мс, угол отклонения вектора намагниченности 901, 3.75_3.75 мм разрешения внутри плоскости, 6 мм толщина сечения, 21–23 осевых секциях, покрывающих весь мозг). Для каждой экспериментальной сессии, было произведено 217 функциональных снимков. Первые 17 снимков были утилизированы для стабилизации магнетизации. T1-структурные снимки были получены при помощи ЯМР-сканнера 1.5 T (сканнер SIGNA Horizon производства General Electric Medical Systems, WI) и воспроизведения последовательности 3D-градиента (TR 33 мс, TE 3 мс, обзор 24 см.угол отклонения вектора намагниченности 301, 0.95_0.95 мм разрешения внутри плоскости, 1.3мм толщина сечения, 124 осевых сечения, покрывающих весь мозг).

Программное обеспечение SPM99 (Кафедра когнитивной неврологии, Лондон, Великобритания) было использовано для обработки снимков и анализа [6]. для пространственной обработки функциональные изображения были реконструированы для получения первых функциональных снимков, совместно регистрированных до структурных снимков и нормализированы до стандартного стереотаксического пространства [7]. Затем, изображения были подвергнуты пространственному выравниванию при помощи изотопического Гауссова ядра с 6 мм полной шириной на полувысоте максимума (ПШПВ).

Время(сек)

Рис. 1. (a) Изображение счет. Счеты представляют собой прямоугольное деревянное вычислительное устройство, основанное на десятичной системе. Каждая вертикальная проволока имеет пять перекатывающихся костей, одну кость выше и четыре ниже серединной горизонтальной проволоки. Числа представлены конфигурациями костей. Кость над планкой равняется 5, когда опущена вниз, а каждая из 4 костей под планкой равняется 1 при поднятии наверх. К примеру, рисунок слева представляет число 147, а справа - 3,068. (b) Схематическое изображение 1 исследования с отсроченным заданием совмещения с образцом (с) Изображение гемодинамичных моделей для каждой реакции для статистической оценки. Стрелки показывают время представления целевого и аналитического стимулов, а пунктирная линия указывает на период отсрочки.

Для анализа внутри субъектов мы использовали общую линейную модель [6]. Реакции во время презентаций целевых и аналитических последовательностей и времени отсрочки были смоделированы отдельно при помощи 3 серийных функций, совмещенных с функцией канонической гемодинамической реакции (Рис. 1c). Длительность периода составила 3 секунды для каждой презентации целевой и аналитической последовательности, и 15 секунд для периода отсрочки. Замедленный перенос исходного значения на эффекты зеркальных частот физиологических факторов, таких как колебания сердечных и дыхательных показателей, были изъяты при помощи фильтра верхних частот с периодом отсрочки 84 секунды. Для повышения соотношения сигнала к шуму, был использован фильтр низких частот, полученный из Гауссова ядра с 6 с ПШПВ. После данных процедур, индивидуальные контрастные изображения были вычислены при помощи значения b, представляющего корреляцию между наблюдаемой реакцией и смоделированной реакцией.

Анализ внутри группы был произведен при помощи модели произвольного эффекта [8]. Карты активации были разработаны при помощи теста Стьюдента с одним образцом для сравнения контрастных изображений каждой реакции и исходного значения для каждой группы в отдельности. Для идентификации активности, специфичной для группы специалистов по счетам, мы также использовали тест Стьюдента с двумя образцами для сравнения двух групп. Только объемные элементы, показывающие увеличение активности у специалистов по счетам (p=0.001 без корректировки для множественных сравнений) были включены в анализ. Объемные элементы были подведены под значение p=0.001 (анализ внутри группы: t=3.93 для контрольной группы, и 4.30 для специалистов; анализ между группами: t=3.53), а полученные кластеры были оценены относительно вероятности пространственного расширения (т.е., количество непрерывных объемных элементов). Конечное пороговое значение было установлено как значение p=0.05 с корректировкой для множественных сравнений. Настоящий отчет сфокусирован на активности мозга, связанной с удержанием памяти и, таким образом, представлены данные, полученные в период отсроченного задания совмещения с образцом.