Event structured cognition: the role of event boundaries

Abstract

[eng] Since the moment of our birth, we are driven by an insatiable urge to understand and make sense of the world around us. To navigate the continuous flow of experiences, our minds instinctively break them down into discrete events, allowing us to grasp and remember them more effectively. In my PhD research, I delve into this fascinating process, aiming to unravel how the brain’s organization of ongoing activity is influenced by the presence of event boundaries—specifically, the beginning and end points of events.

When an event boundary occurs, it serves as a natural break in the stream of experiences, allowing for the encoding and storage of the preceding event as a distinct episode. They may also provide natural breakpoints for evaluation and anticipation. As individuals approach an event boundary, their cognitive systems engage in predictive processing, generating expectations about what might occur next. However, a number of intriguing questions remain regarding the mechanisms behind the detection and segmentation of events. What are the neural processes that allow us to perceive and demarcate event boundaries? How do event boundaries influence the consolidation of memories? How do event boundaries affect the retrieval and evaluation of relevant memories when making decisions?

To investigate these questions, I leverage the remarkable temporal precision offered by electro- physiological recordings conducted on a cohort of healthy participants. Additionally, I tap into the unique opportunity provided by intracranial electroencephalographic recordings obtained from individuals diagnosed with epilepsy, which offer an unprecedented level of anatomical precision. In this thesis research, I have made several noteworthy findings:

Firstly, in Study 1, I discovered that our brains perceive and store information in the form of discrete events. This process occurs rapidly after the conclusion of each event, and it is predictive of later reinstatement or recall of those events. These results provide the first neurophysiological underpinnings for how the memory systems segment a continuous long stream of experience into episodic events.

Secondly, in Study 2, I observed a noteworthy interaction between cortico-hippocampal ripples throughout the encoding of an event, indicating the potential role of ripples in facilitating the integration of diverse memory elements across cortical regions. Moreover, the study found an increase in ripple activity at hippocampal event boundaries. These findings contribute to a deeper understanding of memory encoding mechanisms and emphasize the involvement of ripples in event segmentation.

Thirdly, in Study 3, I found evidence that event boundaries are instrumental in organizing state-space knowledge into a high-dimensional structure when individuals engage in goal-directed behavior. This suggests that event boundaries serve as cognitive anchors that allow us to effectively navigate and manipulate information within a specific context, facilitating adaptive decision making.

By addressing these questions, my research enhances our understanding of the mechanisms underying event segmentation, memory formation, and decision making. It explores the neural substrates, cognitive processes, and behavioral consequences associated with event boundaries, ultimately shedding light on the fundamental principles governing human cognition. In doing so, we lay the groundwork for future research exploring the intricate interplay between events, memory, and decision making.

[spa] Desde el momento de nuestro nacimiento, somos impulsados por un deseo insaciable de comprender y dar sentido al mundo que nos rodea. Para navegar por el flujo continuo de experiencias, nuestras mentes ínstintivamente las descomponen en eventos discretos, lo que nos permite comprender y recordar de manera más efectiva. En mi investigación de doctorado, profundizo este fascinante proceso con el objetivo de desentrañar cómo la organización de la actividad cerebral se ve influenciada por la presencia de límites entre eventos, específicamente los puntos de inicio y fin de los eventos.

Cuando ocurre un límite de evento, este funciona como una interrupción natural en el flujo de experiencias, permitiendo la codificación y el almacenamiento del evento anterior como un episodio distinto. Además, proporcionan puntos de interrupción naturales para la evaluación y la anticipación. A medida que nos acercamos al límite de un evento, nuestros sistemas cognitivos se involucran en el procesamiento predictivo, generando expectativas sobre lo que podría ocurrir a continuación. Sin embargo, aún quedan preguntas intrigantes sobre los mecanismos detrás de la detección y segmentación de eventos. ¿Cuáles son los procesos neuronales que nos permiten percibir y delimitar los límites de eventos? ¿Cómo influyen los límites de eventos en la consolidación de la memoria de un evento? ¿Cómo afectan los límites de eventos a la recuperación y evaluación de memorias relevantes al tomar decisiones?

Para investigar estas preguntas, aprovecho la notable precisión temporal ofrecida por los registros electrofisiológicos realizados en un grupo de participantes sanos. Además, aprovechando la oportunidad única proporcionada por el registro electrofisiológicos de electrodos intracraneales obtenidos de individuos diagnosticados con epilepsia, que ofrecen un nivel sin precedentes de precisión anatómica. En esta investigación doctoral, he realizado varios hallazgos destacados aquí:

En primer lugar, en el Estudio 1, descubrí que nuestros cerebros perciben y almacenan información en forma de eventos discretos. Este proceso ocurre rápidamente después de la conclusión de cada evento y es predictivo de la reinstalación o recuerdo posterior de esos eventos. Estos resultados proporcionan los primeros fundamentos neurofisiológicos sobre cómo los sistemas de memoria segmentan un flujo continuo y largo de experiencias en eventos episódicos.

En segundo lugar, en el Estudio 2, observé una notable interacción entre las ondas de oscilaciones cortico-hipocampales durante la codificación de un evento, lo que indica el potencial papel de ripples

en facilitar la integración de diversos elementos de memoria en regiones corticales. Además, el estudio encontró un aumento en la actividad de este tipo de oscilaciones en los límites de los eventos en el hipocampo. Estos hallazgos contribuyen a una comprensión más profunda de los mecanismos de codificación de la memoria y enfatizan la participación de los ripples en la segmentación de eventos.

En tercer lugar, en el Estudio 3, encontré pruebas convincentes de que los límites de eventos son fundamentales para organizar el conocimiento del espacio de estados en una estructura de alta dimensionalidad cuando las personas se dedican a comportamientos dirigidos por metas. Esto sugiere que los límites de eventos sirven como puntos de referencia cognitivos que nos permiten navegar y manipular efectivamente la información dentro de un contexto específico, facilitando la toma de decisiones adaptativas.

Al abordar estas preguntas, mi investigación mejora nuestra comprensión de los mecanismos subyacentes a la segmentación de eventos, la formación de la memoria y la toma de decisiones. Explora los sustratos neuronales, los procesos cognitivos y las consecuencias conductuales asociadas con los límites de eventos, arrojando luz sobre los principios fundamentales que rigen la cognición humana. Al hacerlo, sentamos las bases para futuras investigaciones que exploren la intrincada interacción entre eventos, memoria y toma de decisiones.