분리 가능한 리듬 메커니즘은 의식적 및 무의식적 지각 내용에 대한 기억력을 향상시킵니다.
Sep 18, 2023
의식적, 무의식적 경험의 신경 메커니즘을 이해하는 것은 기초 및 중개 신경과학의 주요 목표입니다. 여기에서 우리는 참가자가 지연된 표적 프로브 식별 작업을 수행하고 의식 및 무의식적 지각 내용에 대한 니모닉 처리의 분리 가능한 메커니즘을 밝히는 동안 비침습적, 고해상도 교류 자극 프로토콜을 사용하여 초기 시각 피질을 목표로 합니다.
무의식적 경험은 꿈, 최면, 약물 영향 등으로 인해 발생하는 감정 및 경험과 같이 의식의 범위를 벗어난 사람들의 경험을 의미합니다. 이러한 경험은 종종 비현실적인 것으로 간주되지만 우리의 기억 및 기타 인지 기능에 중요한 영향을 미칩니다.
수많은 연구에 따르면 사람들이 무의식적으로 경험하는 경험은 기억력에 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 최면 상태에서 사람들은 과거 경험을 더 쉽게 기억하고 기억 능력을 향상시킬 수 있습니다. 잠자는 동안 사람들의 잠재의식은 학습된 정보를 정리하여 기억하기 쉽도록 만듭니다.
또한 일부 약물은 기억력을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 도파민 수용체 작용제는 뇌의 도파민 수치를 높여서 사람들의 기억 능력을 향상시킬 수 있습니다. 최면 및 수면 상태와 마찬가지로 이러한 약물은 복잡한 정보를 더 쉽게 기억하고 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
전반적으로 무의식적 경험과 기억 사이에는 강한 연관성이 있습니다. 이러한 경험을 적극적으로 활용할 수 있다면 우리 주변의 변화하는 환경에 더 잘 적응할 수 있도록 기억력을 더욱 쉽게 향상시킬 수 있습니다. 그러므로 꿈과 목표를 이루기 위해 기억력 향상에 힘쓰면서 이러한 무의식적 경험을 적극적으로 받아들이도록 하자. 기억력 향상이 필요함을 알 수 있는데, 시스탄체 데저티콜라는 기억력 향상이라는 독특한 효능이 많은 중국 전통 약재이기 때문에 기억력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 다진 고기의 효능은 산, 다당류, 플라보노이드 등 포함된 다양한 활성 성분에서 비롯됩니다. 이러한 성분은 다양한 방식으로 뇌 건강을 증진할 수 있습니다.
양측 시각 영역의 동조 리듬은 본 정보에 대한 단기 기억을 우선적으로 향상시키는 반면, 동일한 영역의 동조는 보이지 않는 정보에 대한 단기 기억을 우선적으로 향상시킵니다. 단기 기억 향상은 주파수별로 이루어졌으며 오래 지속되었습니다. 그 결과는 의식에 관한 기존 이론에 기계적 기초를 추가하고 이러한 이론에 대한 수정을 요구하며 시각 피질 처리를 개선하기 위한 비약리학적 치료법 개발에 기여합니다.
의식적 및 무의식적 정보 처리를 지원하는 인간 두뇌 메커니즘을 결정하는 것은 심리학과 신경과학에서 가장 어려운 노력 중 하나로 남아 있습니다(1; 의식 이론에 대한 최근 검토는 참조 2 참조).* 시냅스 후 전류에서 파생된 리듬 신경 활동은 정보 처리(3), 의식 연구에서 연구 중인 주요 메커니즘(4).
예를 들어, 장거리 동기화(5)와 비동기화(6)가 의식적 접근의 기반으로 제안되었습니다. 그러나 의식의 리듬 기반에 대한 이전 연구 결과는 상관관계가 있었습니다(7, 8).
구체적이고 분리 가능한 신경 리듬이 의식적, 무의식적 정보 처리를 인과적으로 유도하는지 여부는 아직 불분명합니다. 이론은 의식 대 무의식 처리(예: 참조 1)와 관련된 리듬의 공간 규모(전역 대 지역)의 차이를 강조하지만 다른 리듬 차원도 구별될 수 있습니다. 한 가지 차원은 빈도이지만 의식의 신경과학 분야에서 이를 다룬 연구는 거의 없습니다(9). 특히 특정 주파수 대역이 의식에 대한 접근에 따라 작업 관련 정보를 선택적으로 변조하는지 여부가 불분명합니다.
여기에서 우리는 참가자가 지연된 표적 프로브 식별 결정과 관련된 시각적 단기 기억 작업을 수행하는 동안 최대 해부학적 정밀도로 시각 피질 활동을 동반하는 고화질(2 × 4) 경두개 교류 자극(HD-tACS) 프로토콜을 개발했습니다. 대상은 시각적 인식에서 가려졌습니다 (그림 1A). 시각적 정보 처리의 리듬 빈도는 의식적 접근에 따라 달라집니다. 특히, -리듬은 의식적인 시각 처리(10)와 연관되어 있으므로, -리듬을 동반하는 것은 표적이 보일 때 표적 문제 식별을 향상시켜야 합니다.
대조적으로, 연구에서는 무의식적 정보 처리와 신경 리듬의 특정 주파수 대역을 연결하지 않았습니다. 일부 이론에서는 무의식적 정보에 적용할 수 있는 리듬-자동 처리를 제안합니다(1, 11). 그러나 신경 리듬은 여전히 주파수별 방식으로 무의식적인 정보 처리에 기여할 수 있습니다. 이것이 사실이라면 이 주파수의 리듬을 동반하는 것은 표적이 보이지 않을 때 표적-문제 식별에 영향을 미칠 것입니다.
결과
의식적 및 무의식적 시각 처리를 제어하는 스펙트럼 특성을 결정하기 위해 우리는 2 × 4 HD-tACS를 사용하여 전기장 모델링에 따라 양측 후두부 영역에서 비고조파 , 또는 θ 활동을 동반했습니다(그림 1B, 간단한 논의는 SI 부록 참조). tACS 작동 메커니즘 및 주파수 선택). 참가자들은 신경조절 이전(기준), 도중(온라인), 이후(오프라인) 작업에 대한 30-분 세션을 수행했습니다. 작업은 짧은(17ms) 마스크된 Gabor 타겟과 1-초 지연 후에 나타나는 Gabor 프로브로 구성됩니다(그림 1A, 자세한 방법은 SI 부록 참조).
참가자들은 마스킹된 타겟과 가시 프로브의 방향을 비교했습니다. 표적-프로브 차별 뒤에는 표적의 인식에 관한 인식 등급이 뒤따랐습니다. 우리는 인식 등급의 함수로 표적-관찰 식별 성능을 분석하고 표적 인식을 조사하기 위해 신호 탐지 분석을 수행했습니다. 우리는 시험을 목표에 대한 인식이 없음을 나타내는 "보이지 않는" 유형과 목표에 대한 일부 인식을 나타내는 "보이는" 유형의 두 가지 유형으로 나누었습니다(그림 1A).
타겟-프로브 식별에 대한 기본 정확도는 보이지 않는 시도에 대한 기회 수준이었습니다(그림 1C) [ : t(17)=0.49, P=0.685; : t(17)=0.79, P {{10}}.220; θ: t(17)=0.24, P = 0.406; 가짜: t(17)=0.36, P=0.637]. 이는 참가자가 후속 목표-문제 차별 결정을 안내하기 위해 목표 관련 신호를 사용하는 것을 방지하는 마스크의 효과를 확인합니다. 예상한 대로 기준 표적-프로브 식별 정확도는 본 시험에서 가능성보다 높았습니다(그림 1C) [ : t(17)=4.30, P < 0.001; : t(17)=2.92, P=0.006; θ: t(17)=2.31, P=0.020; 가짜: t(17)=4.69, P < 0.001].
놀랍게도 HD-tACS는 지속 가능하고 주파수별 방식으로 의식 및 무의식 처리를 개선했습니다(그림 1C). (우리는 Open Science Framework[OSF]에 대한 전체 결과를 https://osf.io/fqxk9/에 제시합니다.) - 변조는 보이는 시험에 대한 표적 프로브 식별에 대한 정확도와 민감도를 우선적으로 향상시켰지만 보이지 않는 시험에서는 그렇지 않았습니다.
신경조절(온라인) 중에 개선이 나타나기 시작했습니다(정확도: PBonferroni {{0}}.001; 민감도 A0: PBonferroni=0 .133), 그러나 신경조절(오프라인) 후에는 기준선에 비해 더 크고 더 강력해졌습니다(정확도: PBonferroni < 0.001; A0: PBonferroni=0.024). 대조적으로, 변조는 보이지 않는 시도에 대한 정확도와 민감도를 향상시켰지만 보이지 않는 시도는 그렇지 않았습니다. 그 효과는 오프라인에서 유의미했으며(정확도: PBonferroni=0.025; A0 : PBonferroni=0.012) 온라인에서는 미미했습니다(정확도: PBonferroni=0.071; A0: PBonferroni {{19 }}.078), 기준선 대비.
이러한 더 크고 더 강력한 오프라인 이점은 경두개 전기 자극 방법의 느린 시간적 적용으로 인해 발생했을 가능성이 있으며, 이는 변조 후 더 강력한 행동 효과로 이어질 수 있습니다(예: 참조 12 및 13). 또한 θ 그룹이나 가짜 그룹 모두 효과를 나타내지 않아 주파수 특이성에 대한 추가 증거를 제공합니다. 요약하면, 의식적 및 무의식적 시각적 인식을 개선하기 위한 리듬 메커니즘은 신경 정보 처리의 별도 주파수 "채널"을 따라 분리될 수 있는 것으로 보이며 지속 가능하게 자연스럽게 조작될 수 있습니다.
신호 탐지 분석 결과, 변조는 표적 탐지에 영향을 주지 않고 지연된 표적-프로브 식별 정확도를 선택적으로 향상시키는 것으로 나타났습니다. 그룹은 모든 세션에서 관찰된 시도에서 가능성이 높은 탐지 민감도를 보였습니다(0.70 < A0 < 0.75)(모든 그룹의 대상 탐지 민감도는 OSF 표 S2 참조). . 확률 이상의 민감도는 대상이 없을 때보다 존재할 때 더 높은 평가를 의미하며, 이는 참가자가 평가 척도를 적절하게 사용했음을 나타냅니다. 중요하게도, -변조는 변경되지 않았습니다. 1) 변조 전, 변조 중, 변조 후 감지 감도 [F(2, 51)=1.46, P=0.241]; 및 2) 목표를 보고할 가능성 [F(2, 51)=0.21, P=0.813; 결정 기준 분석에 대한 OSF 결과를 참조하세요]. 즉, -modulation은 인지된 목표 정보의 양에 영향을 미치지 않았다. 대신, -modulation은 의식적 방향 정보의 선택적 조정을 반영하여 본 시험에 대한 지연된 표적-프로브 식별을 개선했습니다.
논의
우리의 결과는 보이는 정보와 보이지 않는 정보의 처리를 조절하는 데 있어 리듬과 리듬의 분리를 보여줍니다. 이는 -리듬이 의식적 인식에서 시각적 정보에 대한 단기 기억을 촉진한다는 것을 암시하는 인과적 증거입니다(10). 우리는 이것이 의식 영역 내에서 시각적 단기 기억 표현에 작용하는 주의 메커니즘을 강화하는 리듬의 결과라고 제안합니다. 변조는 대상에 대한 인식이나 보고 가능성을 높이지 않았기 때문에 리듬은 정보를 게이트로 연결하는 초기 주의 변조를 지원하는 대신 단기 기억에 보관된 작업 관련 정보를 미세 조정하는 다운스트림 처리를 지원했을 가능성이 높습니다. 전역 신경 작업 공간 이론(GNWT)(1) 또는 참석된 중간 수준 표현 이론(14)이 제안한 의식.
반면에 변조는 무의식적 정보의 처리를 촉진했는데, 아마도 그것이 작업 관련성이 있고 관심의 초점이었기 때문일 것입니다. 이는 자발적인 리듬에 의해 억제될 수 있는 무인 위치에서 작업과 관련 없는 정보를 처리하는 것과는 다릅니다(15). 함께, 우리의 연구 결과는 -와 -리듬이 각각 의식적 정보 처리와 무의식적 정보 처리를 뚜렷하게 조절한다는 것을 시사합니다.
이러한 발견은 의식에 대한 신경생물학적 이론에 중요한 의미를 갖습니다(2). 예를 들어, GNWT는 의식적인 접근을 지원하면서 글로벌 "작업 공간"에서 정보 처리를 위한 동기화의 중요성을 강조합니다(5). 이는 -modulation이 의식적인 단기 기억 처리를 위한 작업 관련 정보를 향상시킨다는 우리의 발견과 일치하지만, -효과는 다운스트림 메커니즘에 기인합니다. 대조적으로, 무의식 처리에서 리듬의 이점은 의식에 대한 신경생물학적 이론에 의해 예측되지 않습니다.
최근 이론적 모델은 지속적인 신경 활성화가 없을 때 무의식적 정보가 시냅스 가중치에 조용히 유지된다는 점을 시사합니다(6, 16). 무의식적 시각적 처리에서 리듬의 인과적 역할에 대한 우리의 증명은 이러한 견해에 반대됩니다. 더 강할수록 처리 중에 시간적 창이 더 작아지므로 더 정확한 흥분성(예: ) 처리(17)가 발생하여 단기 기억 및 의사결정 관련 메커니즘에 대한 무의식적 콘텐츠(18)의 전체적 가용성이 향상됩니다. 우리의 연구는 의식적, 무의식적 경험을 생성하는 대규모 리듬 메커니즘을 조사하기 위한 틀을 설정합니다.
재료 및 방법
72명의 건강한 젊은 참가자(남성 29명, 평균 연령: 20.56 y ± 0.41)(그룹 내 참가자 정보는 SI 부록 참조)가 Boston University Institutional Review Board에서 승인한 절차에 동의하고 급여를 받았습니다. 이 연구는 참가자 간 및 가짜 통제입니다. 참가자를 4개 그룹( , θ 및 sham, 그룹당 18명의 참가자) 중 하나에 무작위로 할당했습니다. HD-tACS 프로토콜(SI 부록)을 제외하고 절차는 그룹 전체에서 동일했습니다.
감사의 말씀.
이 작업은 NIH(R01-MH114877 및 R01-AG063775)의 보조금과 RMGRDS에 수여된 개인 자선가의 선물로 지원되었으며 BERC를 통해 바스크 정부의 지원을 인정합니다. {{4} } 프로그램과 BCBL Severo Ochoa 우수 인증 CEX2020-001010-S를 통해 스페인 국립 연구 기관에서 제공합니다.
참조
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3. M. Siegel, TH Donner, AK Engel, 대규모 신경 상호 작용의 스펙트럼 지문. Nat. Neurosci 목사. 13, 121–134 (2012).
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