Published January 1, 2009 | Version v1
Publication Open

Neurophysiological bases of exponential sensory decay and top-down memory retrieval: a model

  • 1. University of Buenos Aires
  • 2. Collège de France
  • 3. Cognitive Neuroimaging Lab
  • 4. Inserm
  • 5. Atomic Energy and Alternative Energies Commission

Description

Behavioral observations suggest that multiple sensory elements can be maintained for a short time, forming a perceptual buffer which fades after a few hundred milliseconds. Only a subset of this perceptual buffer can be accessed under top-down control and broadcasted to working memory and consciousness. In turn, single-cell studies in awake-behaving monkeys have identified two distinct waves of response to a sensory stimulus: a first transient response largely determined by stimulus properties and a second wave dependent on behavioral relevance, context and learning. Here we propose a simple biophysical scheme which bridges these observations and establishes concrete predictions for neurophsyiological experiments in which the temporal interval between stimulus presentation and top-down allocation is controlled experimentally. Inspired in single-cell observations, the model involves a first transient response and a second stage of amplification and retrieval, which are implemented biophysically by distinct operational modes of the same circuit, regulated by external currents. We explicitly investigated the neuronal dynamics, the memory trace of a presented stimulus and the probability of correct retrieval, when these two stages were bracketed by a temporal gap. The model predicts correctly the dependence of performance with response times in interference experiments suggesting that sensory buffering does not require a specific dedicated mechanism and establishing a direct link between biophysical manipulations and behavioral observations leading to concrete predictions.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تشير الملاحظات السلوكية إلى أنه يمكن الحفاظ على عناصر حسية متعددة لفترة قصيرة، مما يشكل حاجزًا إدراكيًا يتلاشى بعد بضع مئات من المللي ثانية. يمكن الوصول إلى مجموعة فرعية فقط من هذا المخزن المؤقت الإدراكي تحت التحكم من أعلى إلى أسفل وبثه إلى الذاكرة العاملة والوعي. في المقابل، حددت الدراسات أحادية الخلية في القرود التي تتصرف مستيقظة موجتين متميزتين من الاستجابة للمحفز الحسي: استجابة عابرة أولى تحددها إلى حد كبير خصائص التحفيز وموجة ثانية تعتمد على الصلة السلوكية والسياق والتعلم. نقترح هنا مخططًا فيزيائيًا حيويًا بسيطًا يربط هذه الملاحظات ويضع تنبؤات ملموسة للتجارب العصبية النفسية التي يتم فيها التحكم في الفاصل الزمني بين عرض التحفيز والتخصيص من أعلى إلى أسفل تجريبيًا. مستوحى من الملاحظات أحادية الخلية، يتضمن النموذج استجابة عابرة أولى ومرحلة ثانية من التضخيم والاسترجاع، والتي يتم تنفيذها فيزيائيًا بواسطة أوضاع تشغيلية متميزة لنفس الدائرة، تنظمها تيارات خارجية. لقد بحثنا بشكل صريح في الديناميكيات العصبية، وتتبع الذاكرة للمنبه المقدم واحتمال الاسترجاع الصحيح، عندما كانت هاتان المرحلتان بين قوسين بسبب فجوة زمنية. يتنبأ النموذج بشكل صحيح باعتماد الأداء مع أوقات الاستجابة في تجارب التداخل مما يشير إلى أن التخزين المؤقت الحسي لا يتطلب آلية مخصصة محددة وإنشاء صلة مباشرة بين التلاعب الفيزيائي الحيوي والملاحظات السلوكية مما يؤدي إلى تنبؤات ملموسة.

Translated Description (French)

Les observations comportementales suggèrent que de multiples éléments sensoriels peuvent être maintenus pendant une courte période, formant un tampon perceptif qui s'estompe après quelques centaines de millisecondes. Seul un sous-ensemble de ce tampon perceptif est accessible sous contrôle descendant et diffusé à la mémoire de travail et à la conscience. À leur tour, les études unicellulaires chez les singes éveillés ont identifié deux ondes distinctes de réponse à un stimulus sensoriel : une première réponse transitoire largement déterminée par les propriétés du stimulus et une seconde onde dépendant de la pertinence comportementale, du contexte et de l'apprentissage. Nous proposons ici un schéma biophysique simple qui relie ces observations et établit des prédictions concrètes pour les expériences neurophsyiologiques dans lesquelles l'intervalle temporel entre la présentation du stimulus et l'allocation descendante est contrôlé expérimentalement. Inspiré par des observations unicellulaires, le modèle implique une première réponse transitoire et une deuxième étape d'amplification et de récupération, qui sont mises en œuvre biophysiquement par des modes opérationnels distincts du même circuit, régulés par des courants externes. Nous avons explicitement étudié la dynamique neuronale, la trace mnésique d'un stimulus présenté et la probabilité de récupération correcte, lorsque ces deux étapes étaient encadrées par un écart temporel. Le modèle prédit correctement la dépendance de la performance avec les temps de réponse dans les expériences d'interférence suggérant que le tamponnage sensoriel ne nécessite pas de mécanisme spécifique dédié et établissant un lien direct entre les manipulations biophysiques et les observations comportementales conduisant à des prédictions concrètes.

Translated Description (Spanish)

Las observaciones del comportamiento sugieren que se pueden mantener múltiples elementos sensoriales durante un corto tiempo, formando un amortiguador perceptivo que se desvanece después de unos pocos cientos de milisegundos. Solo se puede acceder a un subconjunto de este búfer perceptivo bajo control de arriba hacia abajo y transmitirlo a la memoria de trabajo y la conciencia. A su vez, los estudios unicelulares en monos que se comportan despiertos han identificado dos ondas distintas de respuesta a un estímulo sensorial: una primera respuesta transitoria determinada en gran medida por las propiedades del estímulo y una segunda onda dependiente de la relevancia conductual, el contexto y el aprendizaje. Aquí proponemos un esquema biofísico simple que une estas observaciones y establece predicciones concretas para experimentos neurofisiológicos en los que el intervalo temporal entre la presentación del estímulo y la asignación de arriba hacia abajo se controla experimentalmente. Inspirado en las observaciones de una sola célula, el modelo implica una primera respuesta transitoria y una segunda etapa de amplificación y recuperación, que se implementan biofísicamente mediante distintos modos operativos del mismo circuito, regulados por corrientes externas. Investigamos explícitamente la dinámica neuronal, el rastro de memoria de un estímulo presentado y la probabilidad de recuperación correcta, cuando estas dos etapas estaban entre paréntesis por una brecha temporal. El modelo predice correctamente la dependencia del rendimiento con los tiempos de respuesta en experimentos de interferencia, lo que sugiere que el amortiguamiento sensorial no requiere un mecanismo específico dedicado y establece un vínculo directo entre las manipulaciones biofísicas y las observaciones conductuales que conducen a predicciones concretas.

Files

pdf.pdf

Files (3.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:32852adda7f36b4d793320edda6dfd5e
3.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
القواعد العصبية الفسيولوجية للتحلل الحسي الأسي واسترجاع الذاكرة من أعلى إلى أسفل: نموذج
Translated title (French)
Bases neurophysiologiques de la désintégration sensorielle exponentielle et de la récupération de la mémoire descendante : un modèle
Translated title (Spanish)
Bases neurofisiológicas de decaimiento sensorial exponencial y recuperación de memoria de arriba hacia abajo: un modelo

Identifiers

Other
https://openalex.org/W1980986338
DOI
10.3389/neuro.10.004.2009

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1596185512
  • https://openalex.org/W1604195904
  • https://openalex.org/W1963789865
  • https://openalex.org/W1966841546
  • https://openalex.org/W1973107108
  • https://openalex.org/W1978983866
  • https://openalex.org/W1988768653
  • https://openalex.org/W1989512479
  • https://openalex.org/W1992007613
  • https://openalex.org/W2012521891
  • https://openalex.org/W2015442807
  • https://openalex.org/W2020468673
  • https://openalex.org/W2020666283
  • https://openalex.org/W2032533017
  • https://openalex.org/W2035010266
  • https://openalex.org/W2043161845
  • https://openalex.org/W2051914653
  • https://openalex.org/W2062009383
  • https://openalex.org/W2065570833
  • https://openalex.org/W2071183901
  • https://openalex.org/W2071607882
  • https://openalex.org/W2079589941
  • https://openalex.org/W2081268661
  • https://openalex.org/W2081502346
  • https://openalex.org/W2086276286
  • https://openalex.org/W2088600680
  • https://openalex.org/W2100610688
  • https://openalex.org/W2101422901
  • https://openalex.org/W2101666653
  • https://openalex.org/W2104638394
  • https://openalex.org/W2113345172
  • https://openalex.org/W2113640225
  • https://openalex.org/W2114415669
  • https://openalex.org/W2116945806
  • https://openalex.org/W2119093605
  • https://openalex.org/W2120907531
  • https://openalex.org/W2123278801
  • https://openalex.org/W2124706784
  • https://openalex.org/W2127806105
  • https://openalex.org/W2131470433
  • https://openalex.org/W2131740475
  • https://openalex.org/W2131849929
  • https://openalex.org/W2132003317
  • https://openalex.org/W2133299302
  • https://openalex.org/W2134951983
  • https://openalex.org/W2135988428
  • https://openalex.org/W2136423409
  • https://openalex.org/W2141553507
  • https://openalex.org/W2143532311
  • https://openalex.org/W2146025340
  • https://openalex.org/W2148359857
  • https://openalex.org/W2152502378
  • https://openalex.org/W2153822215
  • https://openalex.org/W2161872000
  • https://openalex.org/W2163219989
  • https://openalex.org/W2166198088
  • https://openalex.org/W2168462263
  • https://openalex.org/W2168815228
  • https://openalex.org/W2169806922
  • https://openalex.org/W2170819135
  • https://openalex.org/W4238551367
  • https://openalex.org/W4253613142