Výzkum pracovní paměti pomocí funkční magnetické rezonance

MUDr. Zbyněk TÜDÖS

Doctoral thesis

Working Memory Studies Using Functional Magnetic Resonance Imaging

Abstract:

Hlavním cílem práce byl výzkum neurobiologických procesů pracovní paměti pomocí zobrazovacích metod, jmenovitě funkční magnetické rezonance. V úvodní části (Experiment I) jsme testovali nový MR-kompatibilní systém vizuální stimulace, za tímto účelem jsme použili již publikovanou úlohu verbální pracovní paměti (item recognition task), kterou jsme úspěšně aplikovali na skupině zdravých dobrovolníků, a prokázali aktivaci neuronálních sítí, jež jsou zapojeny do procesů verbální pracovní paměti. Také jsme prokázali deaktivaci oblastí náležejících do tzv. default mode sítě. Po úspěšné replikaci výsledků jsme přikročili k druhé části (Experiment II), ve které jsme provedli přímé srovnání sluchové a zrakové verze komplexní paměťové úlohy (Paced Auditory Serial-Addition Task-PASAT a Paced Visual Serial-Addition Task-PVSAT). V Experimentu II jsme potvrdili existenci rozsáhlého neuronálního systému nezávislého na smyslové modalitě, aktivovaného procesy verbální pracovní paměti, cílené pozornosti a sčítání v průběhu PASAT a PVSAT. Obě smyslové verze úlohy také vedly k rozsáhlým deaktivacím v oblastech default mode sítě. Přímé srovnání mezi sluchovou a zrakovou verzí úlohy pak odhalilo oblasti se statisticky významnými rozdíly v aktivaci a deaktivaci v okcipitálních lalocích a v pravém frontálním laloku, pravděpodobně podmíněné kolísáním pozornosti a zrakovou představivostí.

Abstract:

The main focus of this work is to investigate the neurobiology of working memory using imaging techniques, namely functional magnetic resonance imaging. In the first part (Experiment I), we repeated a previously published verbal working memory task to test new MRI-compatible visual stimulation system. We succeeded in replication of an item-recognition memory task on a cohort of healthy subjects and in obtaining activations in neural networks previously proven to be engaged in verbal working memory. We also obtained deactivations in regions known to belong to the default mode network. After successful replication of the experimental results, we proceeded to the second part (Experiment II), in which we performed direct comparison of the auditory and visual stimulation modality on verbal working memory processing during Paced Auditory Serial-Addition Task (PASAT) and Paced Visual Serial-Addition Task (PVSAT). We confirmed the existence of an extensive sensory modality-independent neural system engaged in verbal working memory, attention and calculation during PASAT and PVSAT. Both tasks also jointly deactivated large areas of the default mode network. In the direct comparison between auditory and visual version of the task, we succeeded in revealing statistically significant differences in activation and deactivation in the occipital lobes and the right frontal lobe, probably related to attention fluctuations and visual imagery.

Keywords

funkční MRI, deaktivace, default mode síť, PASAT, PVSAT, verbální pracovní paměť

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 4. 2014

Accessible from:: 18. 4. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 18. 6. 2014

PALACKÝ UNIVERSITY IN OLOMOUC

Faculty of Medicine and Dentistry

Doctoral programme / field:
Imaging Methods / Imaging Methods