Vestibular system and human cognitive functions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article is a review of scientific research on the influence of the vestibular system on human cognitive functions. The vestibular apparatus is well studied. Research in recent decades using functional tomography techniques has shown that it has extensive connections with the subcortical and cortical structures of the brain that provide cognitive activity. Hypotheses are put forward that the conduction and processing of bioelectric impulses by the brain, which are recorded by the vestibular apparatus, creates the necessary background for the course of all cognitive processes. The vestibular apparatus has connections with the limbic system, hippocampus, striatum and neocortex. Therefore, vestibular dysfunctions can reduce the ability to learn, cause impaired attention, memory, executive functions, cause disorientation, and affect stress levels. An urgent area of research is the study of the influence of vestibular sensory reactivity on children’s learning ability. This influence has long been underestimated, since it was generally assumed that motor and cognitive development occur independently of each other. The mechanisms linking vestibular dysfunction with cognitive impairment have not yet been sufficiently studied. Further studies are needed to assess the possible impact of vestibular dysfunctions on attention, memory, and speech. Such studies are already underway. Their results are most relevant for patients with neurodegenerative disorders and for children with special needs.

About the authors

Victoria L. Efimova

Herzen State Pedagogical University of Russia

Author for correspondence.
Email: prefish@ya.ru
ORCID iD: 0000-0001-7029-9317
SPIN-code: 3546-8757

Dr. Sci. (Pedagogy), Teacher, Department of Developmental Psychology and Pedagogy of the Family

Russian Federation, Saint Petersburg

Irina P. Volkova

Herzen State Pedagogical University of Russia

Email: volkova52@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8812-2832
SPIN-code: 5275-4348

Dr. Sci. (Psychology), Professor, Head, Department of Fundamentals of Defectology and Rehabilitology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Bigelow RT, Agrawal Y. Vestibular involvement in cognition: visuospatial ability, attention, executive function, and memory. J Vestib Res. 2015;25(2):73–89. doi: 10.3233/VES-150544
  2. Blini E, Tilikete C, Farnè A, Hadj-Bouziane F. Probing the role of the vestibular system in motivation and reward-based attention. Cortex. 2018;103:82–99. doi: 10.1016/j.cortex.2018.02.009
  3. Brandt T, Schautzer F, Hamilton DA, et al. Vestibular loss causes hippocampal atrophy and impaired spatial memory in humans. Brain. 2005;128(Pt 11):2732–2741. doi: 10.1093/brain/awh617
  4. Brandt T, Dieterich M. ‘Excess anxiety’ and ‘less anxiety’: both depend on vestibular function. Curr Opin Neurol. 2020;33(1):136–141. doi: 10.1097/WCO.0000000000000771
  5. Braswell J, Rine RM. Evidence that vestibular hypofunction affects reading acuity in children. Int J Pediatr Otorhinolaryngol. 2006;70(11):1957–1965. doi: 10.1016/j.ijporl.2006.07.013
  6. Braswell J, Rine RM. Evidence that vestibular hypofunction affects reading acuity in children. Int J Pediatr Otorhinolaryngol. 2006;70(11):1957–1965. doi: 10.1016/j.ijporl.2006.07.013
  7. Chari DA, Madhani A, Sharon JD, Lewis RF. Evidence for cognitive impairment in patients with vestibular disorders. J Neurol. 2022;269(11):5831–5842. doi: 10.1007/s00415-022-11289-3
  8. Ellis MJ, Cordingley D, Vis S, et al. Vestibulo-ocular dysfunction in pediatric sports-related concussion. J Neurosurg Pediatr. 2015;16(3):248–255. doi: 10.3171/2015.1.PEDS14524
  9. El Mahmoudi N, Laurent C, Péricat D, et al. Long-lasting spatial memory deficits and impaired hippocampal plasticity following unilateral vestibular loss. Prog Neurobiol. 2023;223:102403. doi: 10.1016/j.pneurobio.2023.102403
  10. Franco ES, Panhoca I. Vestibular function in children underperforming at school. Rev Bras Otorrinolaringol (Engl Ed). 2008;74(6):815–825. doi: 10.1016/S1808-8694(15)30141-5
  11. Guidetti G, Guidetti R, Manfredi M, Manfredi M. Vestibular pathology and spatial working memory. Acta Otorhinolaryngol Ital. 2020;40(1):72–78. doi: 10.14639/0392-100X-2189
  12. Hanes DA, McCollum G. Cognitive-vestibular interactions: a review of patient difficulties and possible mechanisms. J Vestib Res. 2006;16(3):75–91.
  13. Harris LR. Does the vestibular system exert specific or general influences on cognitive processes? Cogn Neuropsychol. 2020;37(7–8): 430–432. doi: 10.1080/02643294.2020.1785412
  14. Lacroix E, Edwards MG, De Volder A, et al. Neuropsychological profiles of children with vestibular loss. J Vestib Res. 2020;30(1): 25–33. doi: 10.3233/VES-200689
  15. Kumar SS, Archana R, Mukkadan JK. Effect of vestibular stimulation on spatial and verbal memory in college students. Natl Med J India. 2017;30(6):337–339. doi: 10.4103/0970-258X.239077
  16. Lacroix E, Deggouj N, Edwards MG, et al. The cognitive-vestibular compensation hypothesis: how cognitive impairments might be the cost of coping with compensation. Front Hum Neurosci. 2021;15:732974. doi: 10.3389/fnhum.2021.732974
  17. Mast FW, Preuss N, Hartmann M, Grabherr L. Spatial cognition, body representation and affective processes: the role of vestibular information beyond ocular reflexes and control of posture. Front Integr Neurosci. 2014;8:44. doi: 10.3389/fnint.2014.00044
  18. Rajagopalan A, Jinu KV, Sailesh KS, et al. Understanding the links between vestibular and limbic systems regulating emotions. J Nat Sci Biol Med. 2017;8(1):11–15. doi: 10.4103/0976-9668.198350
  19. Rine RM. Vestibular rehabilitation for children. Semin Hear. 2018;39(3):334–344. doi: 10.1055/s-0038-1666822
  20. Seemungal BM. The cognitive neurology of the vestibular system. Curr Opin Neurol. 2014;27(1):125–132. doi: 10.1097/WCO.0000000000000060
  21. Smith L, Wilkinson D, Bodani M, et al. Short-term memory impairment in vestibular patients can arise independently of psychiatric impairment, fatigue, and sleeplessness. J Neuropsychol. 2019;13(3):417–431. doi: 10.1111/jnp.12157
  22. Smith PF. The vestibular system and cognition. Curr Opin Neurol. 2017;30(1):84–89. doi: 10.1097/WCO.0000000000000403
  23. Smith PF. Recent developments in the understanding of the interactions between the vestibular system, memory, the hippocampus, and the striatum. Front Neurol. 2022;13:986302. doi: 10.3389/fneur.2022.986302
  24. Smith PF, Zheng Y, Horii A, Darlington CL. Does vestibular damage cause cognitive dysfunction in humans? J Vestib Res. 2005;15(1):1–9.
  25. Sommerfleck PA, González Macchi ME, Weinschelbaum R, et al. Balance disorders in childhood: main etiologies according to age. Usefulness of the video head impulse test. Int J Pediatr Otorhinolaryngol. 2016;87:148–153. doi: 10.1016/j.ijporl.2016.06.020
  26. Staab JP. Functional and psychiatric vestibular disorders. Handb Clin Neurol. 2016;137:341–351. doi: 10.1016/B978-0-444-63437-5.00024-8
  27. Wiener-Vacher SR, Hamilton DA, Wiener SI. Vestibular activity and cognitive development in children: perspectives. Front Integr Nuerosci. 2013;7:92. doi: 10.3389/fnint.2013.00092

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Eco-Vector


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».