작업 기억의 수수께끼: 관점 바꾸기 2부
Nov 17, 2023
작업 기억에 숨겨진 신경망을 밝히다
EEG, fMRI, 전기 생리학과 같은 생리학적 기술이 신경 활동을 모니터링하기 때문에 동적으로 결합되고 전기적으로 침묵하는 신경 네트워크가 작업 기억의 기초가 된다는 가설을 조사하는 것이 훨씬 더 어렵습니다. Rose 등(2016)의 TMS 연구를 기반으로 Wolff 등(2017)은 무인 작업 기억을 유지하는 전기적으로 조용한 신경망의 존재를 테스트하는 독특한 접근 방식을 고안했습니다(그림 1A).
최근에는 동적 결합과 기억 사이에 밀접한 관계가 있다는 사실이 점점 더 많은 연구에서 밝혀지고 있습니다. 동적 결합은 인간 두뇌의 다양한 영역 간의 조정 및 동기화를 의미하는 반면, 기억은 정보를 저장, 처리 및 회상하는 인간 두뇌의 능력입니다.
연구에 따르면 동적 결합은 인간 두뇌의 뉴런 간의 정보 전달 및 통합을 촉진하여 인간의 인지 및 실행 기능을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났습니다. 동시에, 좋은 동적 결합은 사람들의 학습 및 기억 능력을 향상시키는 데에도 도움이 됩니다. 예를 들어, 사람이 새로운 지식을 학습하면 서로 다른 영역 간의 조정 및 동기화가 점차 강화되어 새로운 지식의 저장 및 처리가 촉진되고 기억의 통합 및 향상이 촉진됩니다.
이 외에도 연구에 따르면 다양한 유형의 메모리가 다양한 동적 결합과 연관되어 있는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 단기 기억은 뇌의 특정 영역 사이의 동적 결합 정도와 밀접한 관련이 있습니다. 장기 기억은 뇌의 더 넓은 범위의 영역과 이들 영역 사이의 역동적인 결합을 포함합니다. 따라서 좋은 동적 결합을 유지하는 것은 사람들의 다양한 유형의 기억 능력 향상을 촉진하는 데 도움이 될 것입니다.
종합해보면, 동적 결합과 기억 사이에는 긍정적인 연관성이 있습니다. 동적 결합을 강화함으로써 사람들은 인지 및 실행 기능을 향상시키고 학습 및 기억 능력을 향상시킬 수 있습니다. 그러므로 우리는 기억력과 학습 능력을 향상하고 삶의 질을 향상시키기 위해 좋은 동적 결합을 적극적으로 탐색하고 유지해야 합니다. 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.
연구자들은 만약 전기적으로 침묵하는 신경망이 형성되어 작업 기억 기간 동안 유지된다면, 시스템 수준에서 네트워크의 반응은 이 침묵하는 네트워크가 형성되지 않았을 때의 반응과 달라야 한다고 추론했습니다.
연구진은 TMS 펄스를 적용하는 대신 시각적 작업 기억 작업과 관련된 신경 네트워크를 다시 활성화하기 위해 관련 없는 시각적 자극(표적 모양의 원)을 제공했습니다. 시냅스 가소성이 작업 기억 작업에서 연결성의 동적 변화를 주도했다면, 다른 자극으로 이러한 네트워크를 조사하면 네트워크가 변경되지 않은 경우와 다른 신경 반응이 나타나야 합니다.
저자는 이를 신경망의 반응을 평가하기 위해 "핑"하는 것으로 지칭합니다. 더욱이 비특이적 시각적 자극은 이론적으로 TMS와 유사하게 기억을 인코딩하는 시냅스 결합 침묵 신경망의 활동을 재활성화할 수 있습니다. 이는 객체가 메모리에서 호출될 때 나타나는 EEG 응답의 재활성화로 나타납니다.
관련 없는 표적 모양 이미지를 사용하여 신경망을 "핑"하는 연구를 준비하면서 참가자들은 서로 인접한 두 개체가 표시되는 화면을 보고 두 항목을 모두 기억하도록 지시 받았습니다. 잠시 후 화살표가 왼쪽 또는 오른쪽을 가리켰습니다. 후속 테스트를 위해 어떤 개체를 기억해야 하는지 관찰자에게 신호를 보냅니다.
그러면 이 개체는 무인 작업 메모리에 유지되는 반면, 다른 개체는 잊혀지거나 무인(무의식) 메모리에 유지됩니다. 기억해야 할 물체는 줄무늬가 서로 다른 방향을 갖도록 회전된 두 개의 줄무늬로 채워진 원이었습니다. 지연 후 줄무늬 원이 표시되었으며 참가자는 해당 "프로브" 개체가 작업 메모리에 보관하고 있던 줄무늬 원에서 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전했는지 표시해야 했습니다.
결과는 시각적 작업 메모리의 개체에 대한 적절한 전극 기록 위치에서 알파밴드의 활동 증가가 프로브 개체가 메모리의 개체와 회전에서 얼마나 다른지에 해당함을 보여주었습니다. 작업기억에서 물체의 방향을 잊어버렸다면 이러한 식별 가능한 EEG 반응은 나타나지 않았을 것이며, 피험자가 보고한 반응의 정확성은 우연히 떨어졌을 것입니다.
둘째, 메모리의 이미지에 대한 프로브 이미지의 회전 정도를 나타내는 EEG 반응은 작업 메모리가 몇 초 동안만 유지되므로 시간이 지남에 따라 감소합니다. 결과는 이 EEG 활동이 화살표 신호 후에 증가하고 회상 테스트를 위해 이미지가 제시될 때까지 지속되었지만 무인 메모리에 있는 대상에 대해 시간이 지남에 따라 활동이 천천히 기준선으로 돌아갔다는 것을 보여주었습니다(그림 1B). 이는 무인 및 주의 작업 기억을 유지하는 다양한 메커니즘이 있으며, 주의가 있지만 무인이 아닌 기억과 관련된 지속적인 신경 활동이 있다는 가설을 뒷받침합니다.
그런 다음 연구자들은 이론적으로 작업 기억을 기록하는 시냅스 가소성에 의해 구동되는 신경망 기능의 변화에 대해 시스템을 핑하기 위해 관련되지 않은 세 번째 시각적 자극을 사용했습니다. 관련되지 않은 자극은 유인 메모리에 있는 개체에 대한 신경 활동을 향상시켰지만 무인 메모리에 있는 개체에는 그렇지 않았습니다(그림 1C). 저자들은 주의를 기울인 작업 기억과 달리, 무인 작업 기억은 신경 활동의 지속적인 증가를 요구하지 않고 동적으로 결합되지만 전기적으로 침묵하는 신경 네트워크를 형성하는 시냅스 가소성에 의해 저장된다는 결론을 내렸습니다.
데이터 재검토
최근 연구에서는 Wolff andothers(2017)의 원본 데이터를 재검토한 결과, 데이터를 다르게 분석했을 때 무인 메모리의 개체에 대한 신경 반응이 회상 전 전체 기간 동안 지속되는 것으로 나타났습니다. Barbosa 등(2021)은 EEG 전압을 모니터링하는 대신 알파밴드 EEG 활동의 힘을 분석했습니다. 주의 작업 기억과 무인 작업 기억에 있는 대상 모두를 나타내는 EEG 활동의 증가된 힘은 회상 전 기간 동안 지속되었습니다(그림 1D).
알파 파워 측면의 반응은 시스템에 "핑"하는 관련 없는 시각적 자극에 의해 강화되었지만, 주의를 기울이지 않은 기억과 방치된 기억 모두에 대해 활성 반응이 분명하다는 사실은 숨겨진 것을 드러내는 방법으로 시각적 핑에 대한 활성 반응을 이끌어내는 효과를 다소 의심스럽게 만듭니다. 메모리를 저장하는 상태입니다. 더욱이 시각적 핑은 활동 전위 발사에 의해 유지되는 신경망과 전기적으로 침묵하는 것으로 추정되는 네트워크의 활동에 활력을 불어넣을 수 있으므로 시각적 핑 기술은 이러한 두 가지 정보 저장 메커니즘을 명확하게 구분할 수 없습니다.
Barbosa 등(2021)은 기준선 드리프트와 두피 전극의 임피던스 변화로 인해 전압 측정이 더 큰 변동을 겪을 수 있는 반면, 진동의 주파수와 전력은 이러한 기술적 어려움에 더 견고하다고 추론합니다. 따라서 무인 기억과 관련된 신경 활동의 지속적인 증가는 신호 대 잡음 제한으로 인해 Wolff 및 기타(2017)에 의해 감지되지 않았습니다. 더욱이 그들의 분석에 따르면 원본 데이터의 통계적 분석력은 약하고 샘플 크기가 클수록 무인 메모리에 있는 객체에 대한 지연 기간 동안 지속적인 활동이 증가한 것으로 감지되었을 가능성이 높습니다.
면밀한 분석에서는 또한 피험자 간 반응의 폭이 넓은 것으로 나타났으며, 많은 경우 EEG 전압의 지속적인 증가가 방치된 기억과 함께 명백하게 나타났으나 다른 피험자에서는 이것이 분명하지 않았습니다. 증가된 분산은 무인 메모리를 유지하는 전기 활동의 지속적인 증가를 식별하려는 노력을 약화시켰을 것입니다.
결론
원본 데이터를 재분석하면 지속적인 EEG 활동 증가 측면에서 작업 기억의 특징을 찾지 못한 Wolff 등(2017)의 영향력 있는 연구 결론이 뒤집히지만, 실험이 무효화되지도 않고 시냅스 가소성이 영향을 미친다는 증거도 제공되지 않습니다. 작업 기억의 기반이 되는 신경망의 동적 앙상블을 형성하지 않습니다. 재분석은 "증거의 부재가 부재의 증거가 아니다"라는 사실을 보여줄 뿐입니다. 원래의 실험과 데이터는 유효하지만 다르게 분석하면 결론이 달라집니다.
중요한 것은 Wolff와 동료들이 재분석을 위해 원시 데이터를 Barbosa와 동료들에게 제공했으며 유용한 토론에 대해 감사하게 생각하기 때문에 이 두 논문은 과학 연구에서 협업의 힘을 보여줍니다. 두 그룹 모두 작업 기억에 대한 시냅스 가소성 메커니즘이 정의상 전기적으로 침묵하기 때문에 그것을 뒷받침하는 실험적 증거를 얻는 것이 훨씬 더 어렵다는 것을 인식하고 있습니다.
이러한 자동 메커니즘이 탐지를 혼란스럽게 하는 활성 메커니즘과 함께 작동하는 경우 특히 그렇습니다. 따라서 "증거의 부재..."에 관한 공리는 다음과 같습니다. 현재의 증거 부족에 근거하여 침묵의 신경망 가설을 기각하는 것과 훨씬 더 관련이 있습니다.
실제로 이 두 가지 메커니즘은 함께 작동할 수 있습니다. Trübutschek 등(2017)의 연구에 따르면 참가자는 회상 테스트 전 지연 기간 동안 지속되는 EEG에서 감지된 활성 신경 반응이 없더라도 의식적으로 인식하지 못하는 정보를 회상할 수 있는 것으로 나타났습니다. 그들은 활성 신경발화를 통한 일시적인 인코딩 단계 이후, 감지 가능한 신경 활동 없이 시냅스 가중치의 활성 단기 변화에 의해 무의식적 자극이 유지되어 몇 초 동안 검색이 가능하다고 제안합니다.
전기적으로 침묵하는 신경 과정의 존재를 어떻게 밝히는지는 수수께끼로 남아 있지만, 작업 기억에 수반될 수 있는 시냅스 연결의 가능한 변화를 탐색하는 방법을 찾는 것은 여전히 활발한 노력이 될 것이며, 이는 의심할 바 없이 새로운 협력과 새로운 발전을 촉발할 것입니다.
이해 상충 선언
저자는 이 기사의 연구, 저자 및/또는 출판과 관련하여 잠재적인 이해 상충을 선언하지 않았습니다.
자금 조달
저자는 이 기사의 연구, 저자 및/또는 출판을 위해 다음과 같은 재정적 지원을 받았다고 공개했습니다. 이 작품은 NIH 교내 보조금 번호 ZIAHD000713의 지원을 받았습니다.
참고자료
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