의식 인식의 뇌 메커니즘: 감지, 맥박, 전환 및 파동
Aug 07, 2023
추상적인
의식은 종종 질문이 답을 능가하는 매혹적인 신경과학 연구 분야입니다. 우리는 신경과학의 수렴 메커니즘이 궁극적으로 의식에 대한 만족스러운 이해를 제공할 수 있는 개방적이고 낙관적인 접근 방식을 옹호합니다.
신경과학은 신경계에 대한 과학적 연구이며, 기억력은 인간의 중요한 능력입니다. 둘 사이에는 불가분의 관계가 있습니다. 신경 과학 연구 결과는 기억이 뇌의 뉴런 사이의 시냅스 구조와 기능에 의해 결정된다는 것을 보여줍니다. 따라서 우리는 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다. 신경과학과 기억은 밀접한 관련이 있습니다.
신경과학 연구를 통해 인간의 기억이 어떻게 작동하는지 더 잘 이해할 수 있게 되었습니다. 우리 뇌의 뉴런은 시냅스를 통해 연결되어 정보를 전달합니다. 이 정보 전송 및 저장 과정은 우리의 기억을 구성합니다. 따라서 신경과학 연구는 기억의 본질을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 개인의 기억 능력을 향상시키는 효과적인 방법과 도구를 제공합니다.
동시에 기억은 신경과학 연구에서도 매우 중요합니다. 서로 다른 집단 간의 기억 능력의 차이를 이해하면 신경 과학의 발견을 사용하여 기억력을 향상시키는 솔루션을 찾을 수 있습니다.
신경과학과 기억의 관계를 이해할 때 기억력 향상을 신경 세포 기능 향상과 동일시해서는 안 된다는 점을 언급할 가치가 있습니다. 다이어트, 운동, 수면 및 기타 생활 습관뿐만 아니라 대인 커뮤니케이션, 학습 스타일, 취미 등과 같은 많은 요소를 포함하는 종합적인 과정으로 간주해야 합니다. 따라서 관련 생활 및 학습 기술을 습득함으로써 우리는 기억력을 크게 최적화할 수 있습니다.
종합하면 신경과학과 기억은 불가분의 관계에 있습니다. 우리는 신경과학과 기억 사이의 관계를 이해하고, 기억력을 개선하고, 더 나은 지식 비축량을 갖기 위해 긍정적인 태도를 사용해야 합니다. 기억력을 향상시켜야 함을 알 수 있습니다. Cistanche는 기억력을 향상시키는 것 중 하나인 많은 독특한 효과를 가진 중국 전통 의약 재료이기 때문에 우리의 기억력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 다진 고기의 효능은 카르복실산, 다당류, 플라보노이드 등 포함된 다양한 활성 성분에서 나옵니다. 이러한 성분은 다양한 채널을 통해 뇌 건강을 증진할 수 있습니다.
우리는 먼저 내용과 의식 수준에 대한 전용 시스템의 참여, 의식 상태에 기여하는 메커니즘의 구별 및 중첩, 일시적인 사건의 의식적 인식, 비선형 전환 및 대규모 네트워크의 참여를 포함하여 의식 신경 활동의 몇 가지 특성을 검토합니다. 그리고 마지막으로 주의와 기억의 메커니즘이 만날 때 별개의 사건에 대한 의식적 인식이 발생하는 시간적 연결입니다. 이러한 고려 사항과 최근의 새로운 실험 결과는 외부 감각 자극 직후에 시작되는 4단계를 포함하는 포괄적인 가설을 제안하도록 합니다. (2)
맥박(Pulse) - 피질하 각성 및 돌출 네트워크의 일시적이고 대규모 신경 조절 서지는 신호를 증폭하여 의식적 인식이 진행될 수 있도록 합니다. (삼)
스위치 — 의식적 처리를 방해할 수 있는 네트워크가 꺼집니다. (4) 파동 - 하위 피질 영역에서 상위 피질 영역을 통한 순차적 처리는 경험의 후속 보고를 위해 전두엽 작업 기억 및 내측 측두엽 기억 시스템에 인코딩된 완전히 형성된 지각을 생성합니다.
여기에서 가정된 프레임워크는 비배타적이며 추가 진행을 통해 다른 메커니즘의 추가를 권장합니다. 궁극적으로 생물학의 많은 메커니즘이 함께 생물과 무생물을 구별하는 것처럼 신경과학의 많은 메커니즘이 상승적으로 의식과 무의식 신경 활동을 분리할 수 있습니다.
키워드
의식; 시상; 메커니즘; 주목; 피질하; 메모리.
소개
대부분의 사람들은 당신이 의식이 있느냐 없느냐가 차이를 만든다는 데 동의합니다. 그러나 의식이 정확히 무엇이며 그것을 설명하는 방법에 대해서는 의견이 분분합니다. 일부에서는 진정으로 의식을 이해하는 것은 내부 경험에 달려 있으며 본질적으로 외부 관찰에 의존하는 과학적 접근으로는 완전히 설명할 수 없다고 주장합니다. 그럼에도 불구하고 여기서 우리는 신경과학이 의식의 본질에 대한 귀중한 통찰을 제공할 수 있다고 가정할 것입니다.
생명의 정의와 같은 과학의 다른 도전적인 주제와 마찬가지로 우리는 간결하거나 단순한 단일 정의를 위해 노력하기보다는 의식의 중요한 속성과 특성을 설명함으로써 의식에 접근할 것입니다. 의식에 대한 단순하고 무미건조한 설명이 용납될 수 없다는 직감을 만드는 것은 아마도 다른 중요한 생물학적 현상과 공유되는 바로 이 풍부함과 아름다운 복잡성일 것입니다. 의식은 단순하지 않지만 신경 회로나 뉴런도 단순하지 않습니다. 바라건대, 시너지 효과에 기여할 수 있는 복잡하고 우아한 신경 메커니즘에 대한 이해와 감사가 궁극적으로 의식에 대한 만족스러운 신경과학적 설명으로 이어질 것입니다.
의식을 설명하기 위해 많은 이론이 제안되었으며 다른 곳에서 자세히 논의되었으며 여기서는 검토하지 않을 것입니다(Dehaene 2014; Koch and others 2016; Lamme 2006; Lau and Rosenthal 2011; Tononi and others 2016). 대신, 우리는 함께 의식을 생성할 수 있는 신경과학의 다양한 메커니즘을 합성하는 것을 목표로 하는 새로운 가설을 제공하기 위해 이전 작업을 기반으로 구축할 것입니다. 이 계정은 독점이 아닙니다. 오히려 우리는 생명 자체에 대한 생물학적 연구와 마찬가지로 의식은 하나의 단순한 메커니즘이 아닌 여러 복잡한 메커니즘의 시너지 조합을 통해 가장 잘 이해된다고 가정합니다. 우리는 먼저 의식의 몇 가지 중요한 속성과 특성에 대해 논의할 것입니다. 그런 다음 최근 실험 결과의 맥락에서 이러한 특성을 통합하기 위해 감지, 펄스, 스위치 및 파동 가설을 제시합니다. 마지막으로 미래의 방향과 답변되지 않은 질문으로 전환하기 전에.
의식의 내용, 의식수준, 의식체계
의식은 신경학자인 Plum과 Posner(1972)에 의해 두 가지 구성 요소로 구성되어 있다고 설명했습니다.
1. 의식의 내용
2. 의식 수준
의식의 내용은 의식이 작용하는 기질이며 여러 수준에서 작동하는 계층적으로 조직된 감각, 운동, 감정 및 기억 시스템을 포함합니다. 의식의 내용은 감각 및 운동 경로, 기억, 감정 및 드라이브, 언어, 실행 기능, 시각 또는 기타 감각 처리, 운동 계획 등을 포함하여 신경과학이 조사하는 대부분의 시스템으로 구성됩니다(그림 1). 의식의 각 개별 내용은 특정 모듈을 선택적으로 방해하는 반면 다른 기능은 상대적으로 그대로 유지하는 초점 기능 장애의 영향을 받을 수 있습니다(Heilman and Valenstein 2003; Mesulam 2000). 예를 들어 시각 경로가 손상되면 시각 의식이 손상될 수 있지만 다른 영역에서는 정상적인 경험을 계속할 수 있습니다. 누군가가 언어 네트워크에 손상을 입으면 다른 비언어적 경험이 방해받지 않고 계속되는 동안 언어 의식이 변경될 수 있습니다.
대조적으로, 의식 수준을 제어하는 신경 시스템은 종종 의식의 많은 내용에 함께 작용하여 의식에 더 많은 글로벌 효과를 생성합니다(Giacino 및 기타 2018; Laureys 및 기타 2015; Posner 및 기타 2019; Schiff 2008). 우리는 운동 시스템, 체감각 시스템 등과 같은 뇌의 다른 주요 기능 시스템과 유사하게 의식 시스템으로서 의식 수준을 조절하는 특화된 피질 및 피질 하부 뇌 네트워크를 참조합니다(Blumenfeld 2009; 그림 2). 2). 의식 시스템은 의식 수준을 제어하므로 의식의 모든 내용에 대한 액세스를 규제합니다.
이는 (1) 각성, (2) 주의, (3) 자신과 환경에 대한 인식(니모닉 AAA)을 유지하는 별개이지만 관련된 세 가지 프로세스를 통해 발생합니다. 이러한 기능을 제어하는 의식 시스템 네트워크에는 상부 뇌간, 시상, 시상 하부 및 기저 전뇌 각성 시스템이 포함됩니다(Li and others 2021; McCormick and others 2015; Motelow and Blumenfeld 2014; Parvizi and Damasio 2001; Redinbaugh and others 2020; Saper 및 기타 2001; Steriade 및 McCarley 2010), 내측 및 외측 상위 연합 피질과 함께(Corbetta 및 Shulman 2002; Dosenbach 및 기타 2008; Menon 및 Uddin 2010; Raichle 및 Snyder 2007; Seeley 및 기타 2007; 그림 참조) 2).
폐소, 기저핵, 측좌핵, 소뇌와 같은 다른 구조도 역할을 할 수 있습니다(Crick and Koch 2005; Li and Others 2021; Middleton and Strick 2000; Schiff 2010; Schmahmann 2019). 의식 시스템의 다양한 피질 및 피질 하부 네트워크는 각성, 주의 및 인식에 기여하는 부분에서 중복됩니다.
의식의 신경해부학은 비교적 잘 알려져 있지만(Blumenfeld 2015; 그림 2), 의식을 생성하는 신경생리학적 메커니즘은 잘 이해되지 않고 있습니다. 의식의 생리학 및 의식 시스템의 신경해부학적 구성 요소가 어떻게 기여하는지 이해하려면 시간이 지남에 따라 의식이 어떻게 발생하는지 고려해야 합니다.'
의식 상태와 의식 사건
의식 상태는 특정 수준의 의식이 비교적 오랜 기간 동안 지속되는 상황입니다. 다양한 의식 상태에는 수면, 각성, 졸음, 각성 증가 또는 혼수 상태, 최소한의 의식 상태 또는 간질 발작과 같은 의식 장애가 포함됩니다. 의식 상태는 장기간에 걸쳐 의식 수준을 제어하는 피질 및 피질 하부 의식 시스템 네트워크에 의존합니다(그림 2 참조). 대조적으로, 의식적인 사건에서는 일반적으로 특정 감각, 행동, 생각 또는 경험을 형성하기 위한 이들의 조합에 대한 더 짧은 의식적 인식이 있습니다. 최근 연구는 의식 상태에서 더 긴 시간 척도에서 의식 수준을 조절하는 것으로 알려진 동일한 피질-피질 하부 의식 시스템 네트워크가 짧은 의식적 사건 동안 훨씬 더 짧은 시간 척도에서 의식 수준을 동적으로 제어한다고 제안합니다(Chica 및 기타 2016; Kronemer 및 기타 2021 , Li 등 2021년, Sarter 및 Lustig 2019년, Schiff 등 2013년, Warren 등 2015년).
의식은 비선형이며 대규모 뇌 네트워크를 포함합니다.
의식의 다른 두 가지 중요한 속성은 비선형성과 뇌의 대규모 신경망 관련입니다. 의식 상태 사이의 비선형 전환은 일반적입니다. 우리 모두는 강의 중에 졸고 있는 동안 갑자기 더 경계 상태로 돌아가거나 발작 중 의식 장애의 정도가 이중으로 분포되는 경향이 있는 간질 환자에서 발생하는 것처럼 경험합니다.
물론 의식 수준에는 등급이 있으며 의식은 엄밀히 말하면 전부 아니면 전무 현상이 아닙니다. 그러나 상태 간 의식 수준의 전환은 비선형 방식으로 발생하는 경향이 있습니다(Cunningham 및 기타 2014; Del Cul 및 기타 2007; Saper 및 기타 2001). 마찬가지로 비선형 프로세스는 의식적인 이벤트 경험에 중요합니다. 수많은 연구실에서 수행된 흥미로운 최근 연구에서는 낮은 수준의 신경 반응이 자극 강도(예: 일차 시각 피질의 신호)에 따라 더 선형적으로 등급이 매겨지는 경향이 있지만 이후의 고차 신경 반응은 매우 비선형적이라는 것을 보여주었습니다(Del Cul 및 기타 2007, Fisch 및 기타 2009, Herman 및 기타 2019, Noy 및 기타 2015, van Vugt 및 기타 2018).
이것은 의식적으로 인지된 사건과 인지되지 않은 사건에 대해 대규모로 증폭되는 고차 피질 영역에서 비선형 신호를 생성합니다. 또한 의식 상태와 의식 사건 모두 뇌의 대규모 신경망을 포함합니다. 정상적인 의식과 의식 장애에 대한 많은 수렴 연구는 의식이 뇌에서 "크다"는 것을 보여주었습니다. Koch 2004; Laureys 및 기타 2015; Posner 및 기타 2019; Schiff 2008; Steriade 및 McCarley 2005; Tononi 및 기타 2016). 의식의 이러한 광범위한 네트워크 참여는 중요한 기능적 중요성과 생존 이점을 유지하여 진화적 이점을 가질 수 있는 견고성과 중복성을 제공합니다.
의식의 타임라인
사람들이 일상적인 언어에서 "의식"이라는 단어를 사용할 때 일반적으로 (1) 의식이 없는 상태가 아니거나(즉, 혼수상태나 꿈을 꾸지 않는 수면 상태가 아닌 경우) 또는 (2) 어떤 것에 대한 의식적인 인식을 의미합니다. 무의식을 예방하고 정상적인 각성 상태를 유지하는 메커니즘은 논란의 여지가 적습니다(Posner 및 기타 2019; Steriade 및 McCarley 2010). 그러므로 우리는 이제 의식적 인식의 좀 더 파악하기 어려운 메커니즘에 대해 구체적으로 더 자세히 논의할 것입니다. 우리는 이벤트에 대한 의식적인 인식에 초점을 맞출 것입니다. 이벤트가 가장 활발하게 연구되었기 때문입니다. 실제로 의식적 인식은 더 많은 연속체에서 발생할 수 있고(Huk and others 2018) 특정 시간에 발생하지 않는 것을 의식적으로 인식하는 것이 가능하지만 개별 사건에 대한 인식은 실험적으로 연구하기가 훨씬 쉽습니다. . 따라서 이벤트에 대한 의식적 인식은 간단한 모델 시스템을 제공하는 "의식 연구의 대장균" 역할을 할 수 있으며 결과가 더 광범위하게 추정되고 해석되는 간단한 모델 시스템을 제공합니다.
의식적 사건은 의식의 타임라인에서 발생하는 것으로 설명할 수 있습니다(그림 3). 몇몇 조사자들은 최근 의식적 사건 자체에 기여하는 신경 메커니즘과 그 이전 또는 이후에 있을 수 있지만 엄밀히 말하면 의식의 일부가 아닌 다른 메커니즘을 구분했습니다(Aru 및 기타 2012; Pitts 및 기타 2014a; 츠치야 외 2015). 이러한 개념을 논의하기 위해 시야에 얼굴이 일시적으로 나타나는 것과 같은 간단한 외부 자극의 예를 사용할 것입니다(그림 3의 시간 0에서 빨간색 화살표로 표시됨). 의식의 중요한 선구자 또는 전제 조건은 이벤트가 의식적 인식에 도달하는지 여부에 기여할 수 있습니다.
이러한 의식의 전구체에는 각성 및 각성의 수준, 주의 경계 또는 예상, 다가오는 사건과 관련된 이전 경험, 동기 부여 상태, 알파 리듬과 같은 뇌 진동의 단계가 포함됩니다(Boly 및 기타 2007; Gonzalez-Garcia 및 기타 2018; Libet 및 기타 1983; Mathewson 및 기타 2009; Palva 및 기타 2005; Sadaghiani 및 기타 2009; Wyart 및 Tallon-Baudry 2009). 의식적인 사건에 이어 의식의 여러 결과가 발생할 수 있습니다(그림 3 참조).
여기에는 소위 사후 지각 처리, 기억 시스템으로의 정보 인코딩, 나중에 경험에 대한 후속 보고서 또는 설명을 위한 준비가 포함됩니다(Aru 및 기타 2012; Pitts 및 기타 2014a; Tsuchiya 및 기타 2015). 의식의 전조와 결과 사이에는 아마도 200~300ms 정도 지속되는 의식적 사건 자체가 있습니다(정확한 기간은 논란의 여지가 있습니다). 의식적 사건은 궁극적으로 생물학을 기반으로 설명될 수 있다는 희망적인 정신으로 그림 3에서 유명한 블랙박스 대신 녹색박스로 표현된다.
주의, 기억 및 의식 인식
녹색 상자를 열어 보겠습니다. 우리는 의식적인 사건의 예로서 시간 0에서 시각적 자극의 짧은 출현을 다시 사용할 것입니다. 그러나 동일한 개념이 모든 외부 감각(시각, 청각, 촉각 등) 자극, 운동 작용 또는 내부 생각, 기억 또는 느낌에 적용될 수 있으며, 그 중 어떤 것이든 내용이 될 수 있습니다. (그림 1 참조). 우리가 논의한 바와 같이 각성과 주의는 필요할 가능성이 높지만 의식적 인식에는 충분하지 않을 수 있습니다. 의식의 타임라인을 따라(그림 3 참조) 시각적 이벤트가 의식적 인식에 도달하려면 자극 시점에 주의 집중이 필요합니다(Simons and Chabris 1999). 주의력 외에도 기억은 의식의 메커니즘에 대한 중요한 단서를 제공합니다.
의식적 사건이 후기 인지 작업에 사용되려면 전두측 전두엽 작업 기억 영역에 들어가야 합니다(Carver and others 2018; Goldman-Rakic 1996; Persuh and others 2018). 더욱이 나중에 일화적 선언적 기억이나 경험으로 보고하기 위해서는 중간 측두 기억 회로에 도달해야 합니다(Hassabis and others 2007; Squire and Wixted 2011; Tulving 2002). 따라서 기억 시스템은 의식적 사건이 진행되는 동안이나 종료될 즈음에 활성화되어야 합니다(그림 3 참조). 따라서 녹색 상자 또는 의식적 사건은 주의와 기억 시스템 사이의 연결 또는 시간적 전환에 있습니다. 간단히 말해서 의식은 주의가 기억을 만나는 곳입니다.
그러나 모든 의식적인 사건이 기억되는 것은 아닙니다. 한 순간 의식적으로 무언가를 인식했지만 기억상실증이나 단순히 정상적인 망각으로 인해 나중에 기억하지 못하는 것이 가능합니다. 따라서 의식은 기억 부호화와 동일하지 않고 잠재적인 기억이 내측 측두엽과 같은 영역의 기억 시스템에 대한 관문에 도달하는 기억 부호화 직전 단계를 나타낼 수 있습니다. 마찬가지로 의식적 경험을 형성하지 않고도 주의 메커니즘을 사용하는 것이 가능합니다. 예를 들어, 자동차 운전과 같은 상당한 주의를 요하는 일부 행동은 의식의 일부가 되지 않는 여러 참석 이벤트가 발생하는 경우 대부분 자동으로 발생할 수 있습니다. 따라서 의식 인식은 주의와 동일하지 않습니다. 주의를 끄는 이벤트가 의식적인 인식에 도달하려면 추가적인 신경 요소가 필요합니다.
감지, 펄스, 스위치 및 웨이브
주의에서 기억으로 전환하는 동안 어떤 일이 발생합니까? 우리는 이제 감지, 펄스, 전환 및 파동 가설이라고 하는 의식적 사건을 조사하기 위한 새로운 프레임워크를 제시할 것입니다(그림 4). 현재의 가설은 내 연구실에서 수행한 의식의 신경과학에 대한 최근 작업과 함께 이전 이론 및 연구 결과를 기반으로 하고 통합합니다. 자극(<100 ms), primary cortices are activated, specifically the visual cortex in this case. To detect the stimulus, signals interact with higher cortical areas including the frontal eye fields and other frontoparietal regions (Bisley and Goldberg 2010; Gregoriou and others 2009; Thompson and Schall 1999) as well as subcortical areas such as the midbrain tectum (Bollimunta and others 2018; Knudsen 2011. see Fig. 4, "Detect"). We recently found support for a rapid early cortical detection network based on human electrocorticography analysis with both visual and auditory stimuli (Christison-Lagay and others 2018; Herman and others 2019; Khalaf and others 2021 [unpublished data]; Kwon and others 2021).
의식적으로 감지된 자극은 200~300ms 내에 다음 세 단계를 트리거합니다. 이 단계 중 첫 번째 단계에서 피질하 각성 시스템은 의식에 필요한 후속 대규모 비선형 피질 신호를 촉진하는 동적 과도 펄스를 제공합니다(그림 4, "펄스" 참조). 우리가 이미 논의한 바와 같이, 다른 이론은 의식적 지각에서 비선형 피질 "점화"를 지지합니다. 그러나 피질하 각성 시스템은 일반적으로 지속적인 주의력에서 더 느리고 허용적인 역할을 합니다. 대조적으로, 우리는 일시적인 초기 피질하 각성 펄스 또는 신경조절 서지가 피질 네트워크를 동적으로 강화하여 의식에 빠르고 광범위한 뇌 관여를 촉진하고 증폭시킨다는 가설을 세웁니다. 우리는 최근 fMRI(기능적 자기 공명 영상)와 인간 시상으로부터의 직접 기록을 기반으로 인간의 시각 지각에서 초기 일시적 피질-피질 각성 펄스를 뒷받침하는 증거를 발견했습니다(Christison-Lagay 및 기타 2018; Kronemer 및 기타 2021; Li 및 기타 2021). "감지" 및 "펄스" 단계는 주의를 위해 이전에 설명한 상향식 피질 하부 및 피질 돌출 네트워크와 겹칩니다(Kinomura 및 기타 1996; Menon 및 Uddin 2010; Sarter 및 Lustig 2019; Schiff 및 기타 2013; Seeley 및 기타 2007). .
다음으로, 의식 자극의 진행 중인 처리를 방해하지 않도록 특정 네트워크의 활동을 차단합니다. 이 경우에는 일차 시각 피질, 전두엽 감지 네트워크 영역 및 기본 모드 네트워크를 포함합니다(그림 4 참조). , "스위치"). 우리는 그러한 활동의 감소가 의식적인 사건을 별개의 순간으로 "덩어리"로 만들거나 정보 흐름을 선택적으로 제어하거나 집중시키는 다른 기능을 제공할 수 있다고 가정합니다. 예를 들어, 활동 감소는 내부 주의가 꺼지고 외부 주의가 켜질 때 기본 모드 네트워크에서 발생하는 것으로 잘 알려져 있습니다(Herman and others 2019; Li and others 2019; Miller and others 2009; Ossandón and others 2011; Raichle 및 Snyder 2007, Singh 및 Fawcett 2008). 기본 모드 네트워크 활동의 지속적인 감소 외에도, 우리는 최근 의식적으로 인식된 시각적 자극이 자극 제시 후 약 350ms에서 1차 시각 피질과 고차원 감지 네트워크에서 일시적인 감소를 생성한다는 것을 발견했습니다(Herman 및 기타 2019). 이러한 감소의 시기는 주의력 깜박임 또는 심리적 불응 기간과 일치하므로 의식 처리 중에 잠재적으로 주의를 산만하게 하는 입력을 제한하는 데 기여할 수 있습니다(Dux 및 Marois 2009; Hindi Attar 및 기타 2010; Li 및 기타 2013; Sergent 및 기타 2005).
마지막으로, 전두엽 작업 기억과 내측 측두엽 기억 시스템에 부호화되기 전에 사건을 완전히 처리하기 위해 계층적 처리의 넓은 물결이 낮은 곳에서 높은 곳까지 피질 영역(이 경우 등쪽 및 배쪽 시각 흐름 포함)을 휩쓸고 지나갑니다(그림 4). , "파도"). 파동의 초기 부분은 의식적 사건 자체의 일부로 간주될 수 있습니다. 그러나 전체 메모리 인코딩 및 후속 보고서 준비에 필요한 지속적인 사후 지각 처리는 나중에 의식의 결과로 혼합됩니다(그림 3). 우리는 의식적으로 인지된 시각적 자극이 있는 두개내 EEG(뇌전도) 기록을 기반으로 약 150mm/s의 속도로 계층적으로 조직된 연관 피질 네트워크를 통해 뒤에서 앞으로 휩쓸리는 증가된 피질 활동의 물결을 발견했습니다(Herman and others 2019). 청각 자극에 대한 의식적인 인식에서도 이와 유사한 전방위 활동 파동이 관찰되었습니다(Christison-Lagay 및 기타 2018). 두 연구에서 파동은 의식적으로 인지되지 않는 동일한 시각적 또는 청각적 자극으로 관찰되지 않았습니다. 흥미롭게도 우리는 전두정맥 네트워크의 일부 파동 활동이 자극이 끝난 후에도 오랫동안 지속된다는 것을 발견했습니다(Herman and others 2019). 의식적 인식을 테스트하기 위해 보고서 독립적인 패러다임을 사용하는 fMRI 및 EEG에 대한 최근 작업은 파동의 초기 부분이 의식과 관련이 있는 반면 파동의 후반 부분은 지각 후 처리에 관여함을 시사합니다(Kronemer 및 기타 2021; Pitts 및 기타 2014b).
답변되지 않은 질문 및 향후 작업
감지, 펄스, 전환 및 파동 가설은 의식의 타임라인을 따라 몇 가지 주요 메커니즘을 요약하여 전구체와 의식의 결과 사이의 간격을 그럴듯한 신경 이벤트 시퀀스로 채웁니다. 이 가설은 시각, 청각, 행동 등과 같은 특정 양식에 대한 의식의 내용에 기여하는 전용 시스템을 포함하여 우리가 설명한 의식의 특성을 충족합니다(그림 1). 의식 시스템을 통해 의식 수준을 제어하는 보다 일반적인 시스템(그림 2); 별개의 사건에 대한 의식적 인식을 허용하는 의식 수준의 동적 매 순간 제어; 대규모 두뇌 네트워크의 참여로 이어지는 비선형 전이 및 증폭; 그리고 의식의 타임라인(그림 3 및 4)에서 "녹색 상자" 내의 신경 메커니즘의 빠른 시퀀스는 주의가 기억을 충족하도록 합니다.
이러한 종류의 상세하고 검증 가능한 가설은 의식적 인식의 메커니즘을 설명하는 데 많은 도움이 되지만 여전히 중요한 질문이 많이 남아 있습니다. 예를 들어, 이벤트가 의식에 들어가거나 들어가지 않는 중요한 분기의 메커니즘은 훨씬 더 많은 추가 조사가 필요합니다. 흥미롭게도, 이벤트가 발생한 후 짧은 시간 동안 주의가 이벤트에 다시 집중되면 잠재적으로 여전히 의식에 들어갈 수 있습니다(Sperling 1960). 이것은 의식이 정확히 언제 발생하는지, 그리고 어떤 순간에 뇌의 어떤 하위 집합이 의식 대 무의식 물질을 나타내는지에 대한 흥미로운 질문을 생성하며, 이는 지속적인 논쟁의 문제입니다(Aru and Bachmann 2017; Mack and others 2018).
관련된 질문은 어떤 형태의 역반성 또는 메타인지가 의식에 필요한지 여부입니다(Fleming and others 2012; Mazor and others 2020). 일부는 의식이 정보 모델의 구성 또는 자신 또는 타인에 대한 주의 귀속을 요구한다고 가정합니다(Graziano 2020; Wilkerson 및 기타 2020). 어떤 면에서 그 질문은 주위에 아무도 들을 수 없는 숲에서 나무가 쓰러지면 소리가 나는지에 대한 유명한 질문과 유사한 정의적인 질문입니다. 의식적 자각은 그 자각에 대한 자각을 필요로 합니까, 아니면 필요하지 않습니까? 다시 한 번 타이밍이 이 질문과 매우 관련이 있을 수 있습니다. 단순한 자각은 아마도 사건에 더 가깝게 일어나는 반면, 자각의 자각은 약간의 지연이 있을 수 있습니다.
위에서 설명한 가설의 변조 펄스 또는 기타 단계에 참여하는 정서적 원자가 및 가치의 역할도 광범위한 추가 조사가 필요합니다. 예를 들어, 최근 연구에서는 의식적인 시각적 인식에 측좌핵이 관련되어 있음을 보여주었습니다(Kronemer and others 2021). 주의에서 감정과 동기의 역할과 유사하게, 변연계 기여는 중요한 것이 무엇인지 결정하는 데 도움이 될 수 있으며, 따라서 의식에 진입합니다(Damasio and Damasio 2021; Romer Thomsen 및 기타 2011).
"결속 문제"는 의식 연구에서 중요한 미해결 문제로, 예를 들어 오렌지를 들고 있을 때 색상, 느낌, 냄새, 위치 및 시간과 같은 이질적인 측면이 어떻게 함께 묶여 통일된 형태를 형성하는지 묻는다. 경험(가수 2001). 위에서 설명한 상위 피질 및 내측 측두 시스템을 포함하는 스위치 및 파동의 측면은 바인딩에 기여할 수 있지만 자세한 내용은 훨씬 더 많은 연구가 필요합니다. 일부 단서는 양측 배외측 정수리 손상이 시각적 경험의 정상적인 결합을 더 작은 단절된 단편으로 골절시키는 Balint 증후군과 같은 임상 장애에서 나올 수 있습니다(Barton 2011).
또 다른 중요한 질문은 여기에 설명된 종류의 메커니즘이 자신과 외부 세계 모두에서 생생하고 주관적이며 개인적인("1인칭" 관점) 인식 경험을 생성할 수 있는 방법입니다(Blanke 및 기타 2015; Lou 및 기타 2017). ; Schaefer 및 Northoff 2017). 다시 말하지만, 편무시증 증후군과 같은 임상적 장애에서 일부 단서가 나올 수 있는데, 여기서 가장 일반적으로 오른쪽 두정엽에서 손상이 발생하면 개인은 자신의 왼쪽을 포함하여 우주의 전체 왼쪽을 인식하지 못할 수 있습니다(Heilman 및 기타 2000).
의식의 타임라인은 짧은 외부 사건, 특히 감각 영역에서 유용한 휴리스틱이지만 다음을 고려할 때 의식의 타이밍과 메커니즘은 더욱 복잡해집니다. (2) 외부 사건 전후에 의식의 일부 측면이 발생할 수 있는 운동 행위에 대한 자각; (3) 종종 실험적으로 연구되는 불연속적이고 단순한 단일 사건과 달리 타이밍이 덜 명확한 더 연속적인 자연주의적 경험.
많은 분야의 발전이 앞으로 몇 년 동안 이러한 질문에 답하는 데 기여할 것입니다. 의식 연구를 직접 목표로 하는 연구를 포함하여 주의, 기억, 지각, 각성, 감정, 동기 부여, 의사 결정, 실행 기능, 정신적 이미지 및 기타 관련 주제에 대한 신경 과학의 흥미로운 발전에서 통찰력이 나올 것입니다. 신경과학의 대부분은 "은밀한 의식 연구"로 간주될 수 있습니다. 왜냐하면 일부 연구자들은 의식이라는 용어를 피하는 것을 선호하지만 여전히 이 매혹적인 연구 분야에 중요한 방식으로 기여하고 있기 때문입니다. 논의한 바와 같이 의식은 근본적으로 매우 중요하기 때문에 단일 메커니즘이 아닌 여러 강력한 신경 메커니즘의 융합이 함께 작동하여 의식을 제공합니다. 뇌에 대한 더 나은 이해를 계속 추구함으로써 우리는 현대 과학의 가장 큰 미스터리 중 하나인 뇌 활동과 의식적 사고 사이의 관계를 설명하는 데 더 가까이 다가갈 수 있기를 바랍니다.
펀딩
저자(들)는 이 문서의 연구, 저자 및/또는 출판에 대한 다음과 같은 재정 지원 수령을 공개했습니다. , Loughridge Williams 재단과 Betsy 및 Jonathan Blattmachr 가족.
참조
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