I.P. Pavlov Journal of Higher Nervous ActivityI.P. Pavlov Journal of Higher Nervous ActivityЖурнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова0044-46773034-5316The Russian Academy of Sciences68279010.31857/S0044467725010072ФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ (КОГНИТИВНОЙ) ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКАФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ (КОГНИТИВНОЙ) ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКАResearch ArticleFunctional organization of working memory during delayed coping of verbal and visuo-spatial sequences in children aged 10–12 years. Analysis of ERPS in response to imperative signalsФункциональная организация рабочей памяти в задачах с отсроченным воспроизведением вербальных и зрительно-пространственных последовательностей у детей 10–12 лет. Анализ ССП на императивный сигналMachinskayaR. I.МачинскаяР. И.
Russian Federation
regina_home@inbox.ruKorneevA. A.КорнеевА. А.
Russian Federation
regina_home@inbox.ruKurganskyA. V.КурганскийА. В.
Russian Federation
regina_home@inbox.ruLomakinD. I.ЛомакинД. И.
Russian Federation
regina_home@inbox.ruInstitute of Сhild Development, Health and АdaptationИнститут развития, здоровья и адаптации ребенкаRussian Presidential Academy of National Economy and Public AdministrationРоссийская академия народного хозяйства и государственной службыLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваInstitute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology of the Russian Academy of SciencesИнститут высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАНInstitute of Сhild Development, Health and АdaptationФГБНУ «Институт развития, здоровья и адаптации ребенка»15012025751789604062025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://innoscience.ru/0044-4677/article/view/682790

The functional organization of working memory (WM) was studied through the analysis of the event-related potentials (ERPs) elicited by the imperative auditory signal during delayed motor reproduction of visuo-spatial (broken lines) and verbal (letter) sequences in children aged 10–12 years (n = 28, 14 girls). We analyzed how the sequence domain (verbal or visuo-spatial), the imperative signal delay (500 ms or 3000 ms) and the mode of sequences presentation (static or dynamic) influenced on the ERP parameters. The magnitude and topography of the ERP positive components (P200 and P300) were found to depend specifically on the domain, the mode of sequences presentation and the time of their retention in WM. In both domains, ERP amplitude increased with the delay of the imperative signal demonstrated additional activation of the anterior and posterior associative cortical areas. Thus, the findings of the present study, along with previous results from adult participants (Kurgansky et al., 2022), indicate the transformation of the neuronal basis of representations of sequentially organized information during its storage in the WM. The age specificity of the functional organization of the WM in children aged 10–12 years expressed in the predominant involvement of the cortical areas of the left hemisphere during retention of both visuo-spatial and verbal sequential information.

С помощью анализа связанных с событием потенциалов (ССП), возникающих в ответ на императивный слуховой сигнал, исследовалась функциональная организация рабочей памяти (РП) при отсроченном двигательном воспроизведении зрительно-пространственных (ломаные линии) и буквенных последовательностей у детей 10–12 лет (n = 28, 14 девочек). Варьировались время удержания эталонных последовательностей (500 мс или 3000 мс) и способ их предъявления – статический или динамический. Обнаружены специфичные для вербальных и невербальных последовательностей изменения величины позитивных компонентов P200 и P300 ССП при варьировании режима их предъявления и времени удержания в РП. Результаты настоящего исследования, так же как данные предыдущего исследования с участием взрослых испытуемых (Курганский и др., 2022), свидетельствуют в пользу преобразования нейрональной основы репрезентаций последовательно организованной информации в процессе ее хранения в РП в виде активации переднеассоциативных и заднеассоциативных корковых зон по мере увеличения времени задержки императивного сигнала. Возрастная специфика функциональной организации РП при удержании последовательностей у детей 10–12 лет состоит в преимущественном вовлечении корковых зон левого полушария при удержании как зрительно-пространственной, так и вербальной информации.

working memorysequences of verbal and visuo-spatial stimulusevent-related brain potentials (ERP)10–12-year-old childrenрабочая памятьпоследовательности вербальных и зрительно-пространственных стимуловсвязанные с событием потенциалы мозга (ССП)дети 10–12 летПравительство Российской ФедерацииGovernment of the Russian Federation073-00073Бетелева Т.Г., Мачинская Р.И., Курганский А.В., Фарбер Д.А. Мозговая организация рабочей памяти в младшем школьном возрасте. Мозговые механизмы формирования познавательной деятельности в младшем школьном возрасте. Ред. Мачинская Р.И., Фарбер Д.А.. М: НОУ ВПО «МПСУ»; Воронеж: МОДЭК, 2014. C. 237–262.Величковский Б.М. Когнитивная наука: Основы психологии познания. В 2 тт. Т. 1. М.: Академия, 2006. 448 с.Клеева Д.Ф., Ребрейкина А.Б., Сысоева О.В. Компоненты вызванного потенциала в исследовании перцептивного научения [Электронный ресурс]. Современная зарубежная психология. 2020. 9 (2): 34–45. doi: 10.17759/jmfp.2020090203Корнеев А.А., Ломакин Д.И., Курганский А.В., Мачинская Р.И. Отсроченное копирование незнакомых контурных изображений: анализ потенциалов, связанных с предъявлением стимулов. Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова. 2016. 66 (4): 470–483. doi: 10.7868/S0044467716040080Корнеев А.А., Ломакин Д.И., Курганский А.В., Мачинская Р.И. Удержание вербальной и невербальной серийной информации в рабочей памяти. Психология. Журнал Высшей школы экономики. 2022. 19. (2): 303–322. doi: 10.17323/1813-8918-2022-2-303-322Корнеев А. А, Курганский А.В. Внутренняя репрезентация серии движений при воспроизведении статического рисунка и траектории движущегося объекта. Журн. высш. нервн. деят. им. И. П. Павлова. 2013. 63 (4): 437–450. DOI: 10.7868/S0044467713040060Корнеев А.А., Курганский А.В. Влияние способа зрительного предъявления сложной траектории на временные параметры ее отсроченного двигательного воспроизведения. Психологические исследования. 2014. 7 (37). https://doi.org/10.54359/ps.v7i37.594Корнеев А.А., Ломакин Д.И., Курганский А.В., Мачинская Р.И. Запоминание вербальной и невербальной серийной информации детьми 9–11 лет. Национальный психологический журнал. 2024. № 4 (в печати).Курганский А.В., Ломакин Д.И., Корнеев А.А., Мачинская Р.И. Мозговая организация рабочей памяти при отсроченном копировании ломаной линии: анализ потенциалов, связанных с императивным сигналом. Журн. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2022. 72 (3): 387–404. doi: 10.31857/S0044467722030066Мачинская Р.И., Курганский А.В., Корнеев А.А., Ломакин Д.И. Мозговая организация рабочей памяти в задачах на удержание вербальных и зрительно-пространственных последовательностей: анализ ССП на императивный сигнал. Сборник тезисов XXIV Съезда физиологического общества им. И.П. Павлова. Санкт-Петербург, 11–15 сентября 2023 г. Ред. Фирсов М.Л. СПб.: Изд-во ВВМ, 2023. С. 522.Мачинская Р.И., Дубровинская Н.В. Онтогенетические особенности функциональной организации полушарий при направленном внимании: ожидание перцептивной задачи. Журн. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 1994. 44 (3): 448–456.Фарбер Д.А., Бетелева Т.Г. Формирование мозговой организации рабочей памяти в младшем школьном возрасте. Физиология человека. 2011. 37 (1): 5–17.Absatova K.A., Kurgansky A.V., Machinskaya R.I. The recall modality affects the source-space effective connectivity in the θ-band during the retention of visual information. Psychology and Neuroscience. 2016. 9 (3):344–361. doi: 10.1037/pne0000063Adam K.C. S., Rademaker R.L., Serences J.T. Dynamics Are the Only Constant in Working Memory. J. Cogn. Neurosci. 2022. 35(1):24–26. DOI: 10.1162/jocn_a_01941.Adams E.J., Nguyen A.T., Cowan N. Theories of Working Memory: Differences in Definition, Degree of Modularity, Role of Attention, and Purpose. Lang Speech Hear Serv. Sch. 2018. 49(3):340–355. DOI: 10.1044/2018_LSHSS-17-0114.Atkinson R.C., Shiffrin R.M. Human Memory: A Proposed System and its Control Processes. The psychology of learning and motivation. 1968. 2: 89–195. https://doi.org/10.1016/S0079-7421(08)60422-3Berchicci M., Spinelli D., Di Russo F. New insights into old waves. Matching stimulus- and response-locked ERPs on the same time-window. Biol. Psychol. 2016. 117: 202–215. https://doi.org/10.1016/j.biopsycho.2016.04.007Berti S. Switching Attention Within Working Memory is Reflected in the P3a Component of the Human Event-Related Brain Potential. Frontiers in human neuroscience, 2016. 9. https://doi.org/10.3389/fnhum.2015.00701Bharti A.K., Yadav S.K., Jaswal S. Feature Binding of Sequentially Presented Stimuli in Visual Working Memory. Front Psychol. 2020. 11:33. doi: 10.3389/fpsyg.2020.00033.Bludau S., Eickhoff S.B., Mohlberg H., Caspers S., Laird A.R., Fox P.T., Schleicher A., Zilles K., Amunts K. Cytoarchitecture, probability maps and functions of the human frontal pole. NeuroImage. 2014. 93 (Pt 2):260–275. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.05.052Dehaene S., Meyniel F., Wacongne C., Wang L., Pallier C. The Neural Representation of Sequences: From Transition Probabilities to Algebraic Patterns and Linguistic Trees. Neuron. 2015. 88 (1): 2–19. doi: 10.1016/j.neuron.2015.09.019.D’Esposito M., Postle B.R. The cognitive neuroscience of working memory. Annu. Rev. Psychol. 2015. 66:115–42. doi: 10.1146/annurev-psych-010814-015031.Ekert J.O., Gajardo-Vidal A., Lorca-Puls D. L., Hope T.M. H., Dick F., Crinion J.T., Green D.W., Price C.J. Dissociating the functions of three left posterior superior temporal regions that contribute to speech perception and production. NeuroImage. 2021. 245:118764. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2021.118764Filimonov D., Railo H., Revonsuo A., Koivisto M. Modality-specific and modality-general electrophysiological correlates of visual and auditory awareness: Evidence from a bimodal ERP experiment. Neuropsychologia. 2022. 166: 108154. https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2022.108154Finnigan S., O’Connell R. G., Cummins T.D., Broughton M., Robertson I.H. ERP measures indicate both attention and working memory encoding decrements in aging. Psychophysiology. 2011. 48(5): 601–611. https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.2010.01128.xFulvio J.M., Yu Q., Postle B.R. Strategic control of location and ordinal context in visual working memory. Cereb. Cortex. 2023. 33(13):8821–8834. doi: 10.1093/cercor/bhad164.Ghani U., Signal N., Niazi I.K., Taylor D. ERP based measures of cognitive workload: A review. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2020. 118:18–26. doi: 10.1016/j.neubiorev.2020.07.020Ginsburg V., Archambeau K., van Dijck J.-P., Chetail F., Gevers W. Coding of serial order in verbal, visual and spatial working memory. Journal of Experimental Psychology: General. 2017. 146 (5): 632–650. https://doi.org/10.1037/xge0000278;Guidali G., Pisoni A., Bolognini N., Papagno C. Keeping order in the brain: The supramarginal gyrus and serial order in short-term memory. Cortex. 2019. 119:89–99. doi: 10.1016/j.cortex.2019.04.009.Halgren E., Marinkovic K., Chauvel P. Generators of the late cognitive potentials in auditory and visual oddball tasks. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1998. 106 (2): 156–164. https://doi.org/10.1016/s0013-4694(97)00119-3Hall M.H., Jensen J.E., Du F., Smoller J.W., O’Connor L., Spencer K.M., Öngür D. Frontal P3 event-related potential is related to brain glutamine/glutamate ratio measured in vivo. Neuroimage. 2015. 111:186–191. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2015.02.014Haque Z.Z., Samandra R., Mansouri F.A. Neural substrate and underlying mechanisms of working memory: insights from brain stimulation studies. J. Neurophysiol. 2021. 125 (6):2038–2053. doi: 10.1152/jn.00041.2021.Hodgson V.J., Lambon Ralph M.A., Jackson R.L. The cross-domain functional organization of posterior lateral temporal cortex: insights from ALE meta-analyses of 7 cognitive domains spanning 12,000 participants. Cerebral Cortex. 2023.33(8): 4990–5006. https://doi.org/10.1093/cercor/bhac394Hosseini M., Zivony A., Eimer M., Wyble B., Bowman H. Transient Attention Gates Access Consciousness: Coupling N2pc and P3 Latencies Using Dynamic Time Warping. Journal of Neuroscience. 2024. 44 (26): e1798232024. https://doi.org/10.1523/jneurosci.1798-23.2024Houdé O., Rossi S., Lubin A., Joliot M. Mapping numerical processing, reading, and executive functions in the developing brain: an fMRI meta-analysis of 52 studies including 842 children. Dev. Sci. 2010. 13(6): 876–885. https://doi.org/10.1111/j.1467-7687.2009.00938.xHuang W.J., Chen W.W., Zhang X. The neurophysiology of P 300 – an integrated review. Eur. Rev. Med. Pharmacol Sci. 2015.19 (8):1480–1488. PMID: 25967724. https://www.europeanreview.org/article/8813Hurlstone M.J., Hitch G.J. How is the serial order of a visual sequence represented? Insights from transposition latencies. J. Exp. Psychol. Learn. Mem. Cogn. 2018. 44(2):167–192. DOI: 10.1037/xlm0000440.Iamshchinina P., Christophel T.B., Gayet S., Rademaker R.L. Essential considerations for exploring visual working memory storage in the human brain. Visual Cognition. 2021. 29 (7): 425–436. https://doi.org/10.1080/13506285.2021.1915902Johnson E.L., Chang W.K., Dewar C.D., Sorensen D., Lin J.J., Solbakk A.K., Endestad T., Larsson P.G., Ivanovic J., Meling T.R., Scabini D., Knight R.T. Orbitofrontal cortex governs working memory for temporal order. Curr. Biol. 2022. 32(9): R410–R411. doi: 10.1016/j.cub.2022.03.074.Lefebvre C.D., Marchand Y., Eskes G.A., Connolly J.F. Assessment of working memory abilities using an event-related brain potential (ERP)-compatible digit span backward task. Clinical Neurophysiology. 2005. 116 (7):1665–1680. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2005.03.015Li D., Christ S.E., Cowan N. Domain-general and domain-specific functional networks in working memory. Neuroimage. 2014. 102 (Pt 2): 646–656. doi: 10.1016/j.neuroimage.2014.08.028.Logie R.H. Visuo-Spatial Working Memory. London: Psychology press. 2014. 161 p. https://doi.org/10.4324/9781315804743Logie R.H., Saito S., Morita A., Varma S., Norris D. Recalling visual serial order for verbal sequences. Mem. Cogn. 2016. 44: 590–607. https://doi.org/10.3758/s13421-015-0580-9Logie R.H., Belletier C., Doherty J.M. Integrating Theories of Working Memory. Working Memory: The state of the science. Eds. Logie R.H., Camos V., Nelson Cowan N. Oxford: Oxford University Press. 2020. Рp. 389–429. https://doi.org/10.1093/oso/9780198842286.003.0014Luck S.J. Event-related potentials APA handbook of research methods in psychology. Vol. 1: Foundations, planning, measures, and psychometrics. Washington, DC, US: American Psychological Association. 2012. Рp. 523–546.Majerus S. Verbal working memory and the phonological buffer: The question of serial order. Cortex. 2019. 112:122–133. https://doi.org/10.1016/j.cortex.2018.04.016Mammarella I.C., Borella E., Pastore M., Pazzaglia F. The structure of visuospatial memory in adulthood. Learn. Individ. Differ. 2013. 25: 99–110. https://doi.org/10.1016/j.lindif.2013.01.014Marshuetz C. Order information in working memory: an integrative review of evidence from brain and behavior. Psychological Bulletin. 2005. 131(3): 323–339. https://doi.org/10.1037/0033-2909.131.3.323Meyers E.M. Dynamic population coding and its relationship to working memory. J. Neurophysiol. 2018. 120(5):2260–2268. doi: 10.1152/jn.00225.2018.Papitto G., Friederici A.D., Zaccarella E. The topographical organization of motor processing: An ALE meta-analysis on six action domains and the relevance of Broca’s region. NeuroImage. 2020. 206:116321. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2019.116321Pickering S.J., Gathercole S.E., Hall M., Lloyd S.A. Development of memory for pattern and path: further evidence for the fractionation of visuo-spatial memory. Q. J. Exp. Psychol. A. 2001. 54(2):397–420. doi: 10.1080/713755973. PMID: 11394054.Polich J. Updating P300: an integrative theory of P3a and P3b. Clin. Neurophysiol. 2007. 118(10): 2128–2148. doi: 10.1016/j.clinph.2007.04.019Potts G.F., Martin L.E., Burton Ph., Montague P.R. When Things Are Better or Worse than Expected: The Medial Frontal Cortex and the Allocation of Processing Resources. J. Cogn. Neurosci. 2006. 18 (7):1112–1119. doi: 10.1162/jocn.2006.18.7.1112Purcell J., Rapp B., Martin R.C. Distinct Neural Substrates Support Phonological and Orthographic Working Memory: Implications for Theories of Working Memory. Front Neurol. 2021. 12:681141. doi: 10.3389/fneur.2021.681141.Robert S., Ungerleider L.G., Vaziri-Pashkam M. Disentangling Object Category Representations Driven by Dynamic and Static Visual Input. J. Neurosci. 2023. 43(4): 621–634. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0371-22.2022.Roberts K.L., Englаnd Strait J.A., Decker S.L. Developmental Trajectories of Verbal, Static Visual-Spatial, and Dynamic Visual-Spatial Working Memory. Contemp. School Psychol. 2018. 22: 458–467. https://doi.org/10.1007/s40688-018-0176-zRose N.S. The Dynamic-Processing Model of Working Memory. Current Directions in Psychological Science. 2020. 29 (4): 378–387. https://doi.org/10.1177/0963721420922185Samson Ch., van der Stigchel S. Dynamic and flexible transformation and reallocation of visual working memory representations.Visual Cognition. 2021. 29 (7): 409–415. doi: 10.1080/13506285.2021.1891168;Schendan H.E., Kutas M. Neurophysiological Evidence for the Time Course of Activation of Global Shape, Part, and Local Contour Representations during Visual Object Categorization and Memory. J. Cogn. Neurosci. 2007. 19 (5): 734–749. doi: 10.1162/jocn.2007.19.5.734.Shaw P., Lalonde F., Lepage C., Rabin C., Eckstrand K., Sharp W., Greenstein D., Evans A., Giedd J.N., Rapoport J. Development of cortical asymmetry in typically developing children and its disruption in attention-deficit/hyperactivity disorder. Arch. Gen. Psychiatry. 2009. 66 (8); 888–896. https://doi.org/10.1001/archgenpsychiatry.2009.103Soltani M., Knight R.T. Neural origins of the P300. Critical reviews in neurobiology. 14(3–4):199–224. PMID: 12645958.Spaak E., Watanabe K., Funahashi S., Stokes M.G. Stable and Dynamic Coding for Working Memory in Primate Prefrontal Cortex. J. Neurosci. 2017. 37(27):6503–6516. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3364-16.2017.Talalay I.V., Kurgansky A.V., Machinskaya R.I. Alpha-Band Functional Connectivity During Modality-Specific Anticipatory Attention in Children Aged 9–10 Years: Eeg-Source Coherence Analysis. Zh. Vyssh. Nerv. Deiat. 2021. 71 (4): 547–562. doi: 10.31857/S0044467721040110Tian Y., Beier M.E., Fischer-Baum S. The domain-specificity of serial order working memory. Mem. Cogn. 2022. 50: 941–961. https://doi.org/10.3758/s13421-021-01260-4.Verleger R. Effects of relevance and response frequency on P3b amplitudes: Review of findings and comparison of hypotheses about the process reflected by P3b. Psychophysiology. 2020. 57(7): e13542. https://doi.org/10.1111/psyp.13542Villacorta-Atienza J. A, Calvo Tapia C., Díez-Hermano S., Sánchez-Jiménez A., Lobov S., Krilova N., Murciano A., López-Tolsa G. E, Pellón R., Makarov V.A. Static internal representation of dynamic situations reveals time compaction in human cognition. J. Adv. Res. 2020. 28:111–125. doi: 10.1016/j.jare.2020.08.008.Working Memory: The state of the science. Eds. Logie R., Camos V., and Cowan N. Oxford: Oxford Academic, 2020. Online edn. https://doi.org/10.1093/oso/9780198842286.001.0001Zimmer H.D., Liesefeld H.R. Spatial information in (visual) working memory. Spatial working memory. Eds: Vandierendonck A., Szmalec A. London: Psychology Press. 2011. P. 47–66. https://doi.org/10.4324/9781315793252