Διαχωριζόμενοι ρυθμικοί μηχανισμοί ενισχύουν τη μνήμη για συνειδητά και μη αντιληπτικά περιεχόμενα

Η κατανόηση των νευρικών μηχανισμών της συνειδητής και ασυνείδητης εμπειρίας είναι ένας κύριος στόχος της θεμελιώδης και μεταφραστικής νευροεπιστήμης. Εδώ, στοχεύουμε τον πρώιμο οπτικό φλοιό με ένα πρωτόκολλο μη επεμβατικής διέγερσης εναλλασσόμενου ρεύματος υψηλής ανάλυσης, ενώ οι συμμετέχοντες εκτελούν μια καθυστερημένη εργασία διάκρισης στόχου-ανιχνευτή και αποκαλύπτουν διαχωρίσιμους μηχανισμούς μνημονικής επεξεργασίας για συνειδητό και ασυνείδητο αντιληπτικό περιεχόμενο.

Οι ασυνείδητες εμπειρίες αναφέρονται σε εμπειρίες ανθρώπων εκτός του πεδίου της συνείδησης, όπως συναισθήματα και εμπειρίες που παράγονται από όνειρα, ύπνωση, επιρροή ναρκωτικών κ.λπ. Αυτή η εμπειρία συχνά θεωρείται εξωπραγματική, αλλά έχει σημαντικό αντίκτυπο στη μνήμη μας και σε άλλες γνωστικές λειτουργίες.

Πολυάριθμες μελέτες έχουν δείξει ότι οι εμπειρίες που βιώνουν οι άνθρωποι ασυνείδητα μπορεί να έχουν θετικό αντίκτυπο στη μνήμη τους. Κάτω από την ύπνωση, οι άνθρωποι μπορούν να ανακαλέσουν πιο εύκολα προηγούμενες εμπειρίες και να βελτιώσουν τις ικανότητές τους στη μνήμη. Κατά τη διάρκεια του ύπνου, το υποσυνείδητο μυαλό των ανθρώπων οργανώνει τις μαθημένες πληροφορίες για να διευκολύνει την απομνημόνευση.

Επιπλέον, ορισμένα φάρμακα μπορούν να ενισχύσουν τη μνήμη μας. Για παράδειγμα, οι αγωνιστές των υποδοχέων ντοπαμίνης μπορούν να ενισχύσουν τα επίπεδα ντοπαμίνης στον εγκέφαλο, βελτιώνοντας έτσι τις ικανότητες μνήμης των ανθρώπων. Παρόμοια με την ύπνωση και τις καταστάσεις ύπνου, αυτά τα φάρμακα μπορούν να μας βοηθήσουν να θυμόμαστε και να κατανοούμε πιο εύκολα πολύπλοκες πληροφορίες.

Συνολικά, υπάρχει μια ισχυρή σύνδεση μεταξύ της ασυνείδητης εμπειρίας και της μνήμης. Εάν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ενεργά αυτές τις εμπειρίες, μπορούμε πιο εύκολα να βελτιώσουμε τις μνημονικές μας δεξιότητες για να προσαρμοστούμε καλύτερα στο μεταβαλλόμενο περιβάλλον γύρω μας. Επομένως, ας αποδεχτούμε ενεργά αυτές τις ασυνείδητες εμπειρίες ενώ εργαζόμαστε για να βελτιώσουμε τη μνήμη μας για να πετύχουμε τα όνειρα και τους στόχους μας. Μπορεί να φανεί ότι πρέπει να βελτιώσουμε τη μνήμη και το Cistanche deserticola μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μνήμη, επειδή το Cistanche deserticola είναι ένα παραδοσιακό κινέζικο φαρμακευτικό υλικό που έχει πολλά μοναδικά αποτελέσματα, ένα από τα οποία είναι η βελτίωση της μνήμης. Η αποτελεσματικότητα του κιμά προέρχεται από τα διάφορα ενεργά συστατικά που περιέχει, όπως οξύ, πολυσακχαρίτες, φλαβονοειδή κ.λπ. Αυτά τα συστατικά μπορούν να προάγουν την υγεία του εγκεφάλου με διάφορους τρόπους.

Κάντε κλικ στο Μάθετε 10 τρόπους για να βελτιώσετε τη μνήμη

Οι συμπαρασυρόμενοι ρυθμοί σε αμφίπλευρες οπτικές περιοχές ενίσχυσαν κατά προτίμηση τη βραχυπρόθεσμη μνήμη για τις ορατές πληροφορίες, ενώ ο παρασυρμός στην ίδια περιοχή ενίσχυε κατά προτίμηση τη βραχυπρόθεσμη μνήμη για τις αόρατες πληροφορίες. Οι βελτιώσεις της βραχυπρόθεσμης μνήμης ήταν συγκεκριμένες για τη συχνότητα και μακράς διαρκείας. Τα αποτελέσματα προσθέτουν μια μηχανιστική βάση στις υπάρχουσες θεωρίες της συνείδησης, απαιτούν αναθεωρήσεις αυτών των θεωριών και συμβάλλουν στην ανάπτυξη μη φαρμακολογικών θεραπευτικών για τη βελτίωση της οπτικής επεξεργασίας του φλοιού.

Ο προσδιορισμός των μηχανισμών του ανθρώπινου εγκεφάλου που υποστηρίζουν τη συνειδητή και ασυνείδητη επεξεργασία πληροφοριών παραμένει μια από τις πιο απαιτητικές προσπάθειες στην ψυχολογία και τη νευροεπιστήμη (1, βλ. αναφορά 2 για μια πρόσφατη ανασκόπηση των θεωριών της συνείδησης).* Η ρυθμική νευρική δραστηριότητα που προέρχεται από μετασυναπτικά ρεύματα είναι θεμελιώδης για επεξεργασία πληροφοριών (3), και ένας σημαντικός μηχανισμός υπό μελέτη στην έρευνα συνείδησης (4).
Για παράδειγμα, ο μακράς εμβέλειας - και - συγχρονισμός (5) και - αποσυγχρονισμός (6) έχουν προταθεί ως το υπόστρωμα της συνειδητής πρόσβασης. Ωστόσο, προηγούμενα ευρήματα σχετικά με τη ρυθμική βάση της συνείδησης ήταν συσχετιστικά (7, 8).

Παραμένει ασαφές εάν οι συγκεκριμένοι και αποσυνδεόμενοι νευρικοί ρυθμοί οδηγούν αιτιακά τη συνειδητή και ασυνείδητη επεξεργασία πληροφοριών. Αν και οι θεωρίες τονίζουν τη διαφορά στη χωρική κλίμακα των ρυθμών (παγκόσμια έναντι τοπικής) που εμπλέκονται στη συνειδητή και ασυνείδητη επεξεργασία (π.χ. αναφ. 1), άλλες ρυθμικές διαστάσεις μπορεί επίσης να είναι διακριτές. Μια διάσταση είναι η συχνότητα, αλλά λίγες μελέτες στη νευροεπιστήμη της συνείδησης έχουν ασχοληθεί με αυτήν (9). Συγκεκριμένα, δεν είναι σαφές εάν συγκεκριμένες ζώνες συχνοτήτων διαμορφώνουν επιλεκτικά πληροφορίες σχετικές με την εργασία ανάλογα με την πρόσβαση στη συνείδηση.

Εδώ, αναπτύξαμε ένα πρωτόκολλο υψηλής ευκρίνειας (2 × 4) διακρανιακής διέγερσης εναλλασσόμενου ρεύματος (HD-tACS) για να παρασύρουμε τη δραστηριότητα του οπτικού φλοιού με μέγιστη ανατομική ακρίβεια, ενώ οι συμμετέχοντες εκτελούσαν μια εργασία οπτικής βραχυπρόθεσμης μνήμης που περιελάμβανε καθυστερημένες αποφάσεις διάκρισης στόχου-ανιχνευτή. όπου ο στόχος ήταν καλυμμένος από οπτική επίγνωση (Εικ. 1Α). Η ρυθμική συχνότητα για την επεξεργασία οπτικών πληροφοριών πρέπει να εξαρτάται από τη συνειδητή πρόσβαση. Συγκεκριμένα, δεδομένου ότι οι -ρυθμοί έχουν συσχετιστεί με τη συνειδητή οπτική επεξεργασία (10), οι παρασυρόμενοι -ρυθμοί θα πρέπει να βελτιώσουν τη διάκριση στόχου-προβλήματος όταν ο στόχος φαίνεται.

Αντίθετα, η έρευνα δεν έχει συνδέσει μια συγκεκριμένη ζώνη συχνοτήτων νευρικών ρυθμών με την επεξεργασία ασυνείδητων πληροφοριών. Ορισμένες θεωρίες προτείνουν μια αθόρυβη επεξεργασία ρυθμού που εφαρμόζεται σε ασυνείδητες πληροφορίες (1, 11). Ωστόσο, οι νευρικοί ρυθμοί μπορεί να εξακολουθούν να συμβάλλουν στην ασυνείδητη επεξεργασία πληροφοριών με συγκεκριμένο τρόπο συχνότητας. Εάν αυτό είναι αλήθεια, τότε η εισαγωγή ρυθμών σε αυτή τη συχνότητα θα πρέπει να επηρεάσει τη διάκριση στόχου-προβλήματος όταν ο στόχος είναι αόρατος.

Αποτελέσματα

Για να προσδιορίσουμε τις φασματικές ιδιότητες που διέπουν τη συνειδητή και ασυνείδητη οπτική επεξεργασία, χρησιμοποιήσαμε 2 × 4 HD-tACS για να παρασύρουμε τη μη αρμονική , ή θ δραστηριότητα σε αμφίπλευρες ινιακές περιοχές, καθοδηγούμενη από μοντελοποίηση ηλεκτρικού πεδίου (Εικ. 1Β, βλ. Παράρτημα SI για μια σύντομη συζήτηση των μηχανισμών δράσης tACS και την επιλογή των συχνοτήτων). Οι συμμετέχοντες πραγματοποίησαν μια 30-λεπτή συνεδρία της εργασίας πριν από τη νευροδιαμόρφωση (βασική γραμμή), κατά τη διάρκεια (διαδικτυακή) και μετά (εκτός σύνδεσης). Η εργασία περιελάμβανε έναν σύντομο (17 ms), καλυμμένο στόχο Gabor, ακολουθούμενο από έναν ανιχνευτή Gabor που εμφανίστηκε μετά από καθυστέρηση 1-s (Εικ. 1A, βλ. Παράρτημα SI για λεπτομερείς μεθόδους).

Οι συμμετέχοντες συνέκριναν τους προσανατολισμούς του καλυμμένου στόχου και του ορατού ανιχνευτή. Η διάκριση στόχου-ανιχνευτή ακολουθήθηκε από μια βαθμολογία ευαισθητοποίησης σχετικά με την αντίληψη του στόχου. Αναλύσαμε την απόδοση διάκρισης στόχου-παρακολούθησης ως συνάρτηση της βαθμολογίας ευαισθητοποίησης και πραγματοποιήσαμε αναλύσεις ανίχνευσης σήματος για να εξετάσουμε την επίγνωση του στόχου. Χωρίσαμε τις δοκιμές σε δύο τύπους: "αόρατα", που αντιπροσωπεύουν μη επίγνωση του στόχου και "βλέπονται", που αντιπροσωπεύουν κάποια επίγνωση του στόχου (Εικ. 1Α).

Η βασική ακρίβεια για τη διάκριση στόχου-ανιχνευτή ήταν σε τυχαίο επίπεδο για μη ορατές δοκιμές (Εικ. 1C) [ : t(17)=0.49, P=0.685; : t(17)=0.79, P {{10}}.220; θ: t(17)=0.24, P = 0.406; εικονικό: t(17)=0.36, P=0.637]. Αυτό επιβεβαιώνει την αποτελεσματικότητα της μάσκας στον αποκλεισμό των συμμετεχόντων από τη χρήση οποιουδήποτε σήματος που σχετίζεται με το στόχο για την καθοδήγηση της επακόλουθης απόφασης διάκρισης στόχου-προβλήματος. Όπως αναμενόταν, η βασική ακρίβεια διάκρισης στόχου-ανιχνευτή ήταν πάνω από την πιθανότητα για προβλεπόμενες δοκιμές (Εικ. 1C) [ : t(17)=4.30, P < 0,001; : t(17)=2.92, P=0.006; θ: t(17)=2.31, P=0.020; εικονική: t(17)=4.69, P < 0.001].

Εντυπωσιακά, το HD-tACS βελτίωσε τη συνειδητή και ασυνείδητη επεξεργασία με βιώσιμο και συγκεκριμένο τρόπο συχνότητας (Εικ. 1C). (Παρουσιάζουμε τα πλήρη αποτελέσματα στο Open Science Framework [OSF] στη διεύθυνση https://osf.io/fqxk9/.) -Η διαμόρφωση βελτίωσε κατά προτίμηση την ακρίβεια και την ευαισθησία για τη διάκριση στόχου-ανιχνευτή για προβλεπόμενες δοκιμές, αλλά όχι μη εμφανείς δοκιμές.

Η βελτίωση άρχισε να εκδηλώνεται κατά τη νευροτροποποίηση (διαδικτυακή) (ακρίβεια: PBonferroni {{0}}.001; ευαισθησία Α0: PBonferroni=0 .133), αλλά έγινε μεγαλύτερο και πιο ισχυρό μετά τη νευροδιαμόρφωση (εκτός σύνδεσης) (ακρίβεια: PBonferroni < 0.001; A0: PBonferroni=0.024), σε σχέση με την αρχική τιμή. Αντίθετα, το -modulation αύξησε την ακρίβεια και την ευαισθησία για μη εμφανείς δοκιμές, αλλά μη εμφανείς δοκιμές. Το αποτέλεσμα ήταν σημαντικό εκτός σύνδεσης (ακρίβεια: PBonferroni=0.025; A0 : PBonferroni=0.012) και μόνο οριακό στο διαδίκτυο (ακρίβεια: PBonferroni=0.071; A0 : PBonferroni {{19 }}.078), σε σχέση με τη γραμμή βάσης.

Αυτό το μεγαλύτερο και πιο ισχυρό όφελος εκτός σύνδεσης σε ομάδες και ομάδες πιθανότατα οφειλόταν στην αργή χρονική εφαρμογή των μεθόδων διακρανιακής ηλεκτρικής διέγερσης, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε ισχυρότερα αποτελέσματα συμπεριφοράς μετά τη διαμόρφωση (π.χ. αναφ. 12 και 13). Επιπρόσθετα, ούτε οι θ ούτε οι εικονικές ομάδες παρουσίασαν καμία επίδραση, δίνοντας περαιτέρω στοιχεία για την ειδικότητα της συχνότητας. Εν ολίγοις, οι ρυθμικοί μηχανισμοί για τη βελτίωση της συνειδητής και ασυνείδητης οπτικής αντίληψης φαίνονται διαχωρίσιμοι κατά μήκος ξεχωριστών «καναλιών» συχνότητας επεξεργασίας νευρωνικών πληροφοριών και είναι ικανοί να χειρίζονται ασυνείδητα βιώσιμα.

Οι αναλύσεις ανίχνευσης σήματος αποκάλυψαν ότι η -διαμόρφωση ενίσχυσε επιλεκτικά την καθυστερημένη ακρίβεια διάκρισης στόχου-ανιχνευτή χωρίς να επηρεάζει την ανίχνευση στόχου. Η ομάδα είχε ευαισθησία ανίχνευσης πάνω από την πιθανότητα σε προβλεπόμενες δοκιμές σε όλες τις συνεδρίες (0,70 < A0 < 0,75) (δείτε τον Πίνακα OSF S2 για την ευαισθησία ανίχνευσης στόχου σε όλες τις ομάδες) . Η ευαισθησία πάνω από την πιθανότητα σημαίνει υψηλότερες βαθμολογίες όταν ο στόχος ήταν παρών παρά απουσίαζε, υποδηλώνοντας ότι οι συμμετέχοντες χρησιμοποίησαν κατάλληλα την κλίμακα αξιολόγησης. Είναι σημαντικό ότι η -διαμόρφωση δεν άλλαξε: 1) η ευαισθησία ανίχνευσης πριν, κατά τη διάρκεια και μετά τη διαμόρφωση [F(2, 51)=1.46, P=0.241]; και 2) την πιθανότητα αναφοράς να δει τον στόχο [F(2, 51)=0.21, P=0.813; βλ. Αποτελέσματα OSF για αναλύσεις κριτηρίων απόφασης]. Με άλλα λόγια, η διαμόρφωση δεν επηρέασε την ποσότητα των αντιληπτών πληροφοριών στόχου. Αντίθετα, η διαμόρφωση βελτίωσε την καθυστερημένη διάκριση στόχου-ανιχνευτή για προβλεπόμενες δοκιμές, αντανακλώντας τον επιλεκτικό συντονισμό των πληροφοριών συνειδητού προσανατολισμού.

Συζήτηση

Τα αποτελέσματά μας καταδεικνύουν μια διάσταση - και - ρυθμών στη διαμόρφωση της επεξεργασίας των ορατών και των μη ορατών πληροφοριών. Αυτό είναι αιτιώδης απόδειξη που υποδηλώνει ότι οι -ρυθμοί διευκολύνουν τη βραχυπρόθεσμη μνήμη για οπτικές πληροφορίες στη συνειδητή επίγνωση (10). Προτείνουμε ότι αυτό προκύπτει από τους -ρυθμούς που ενισχύουν τους μηχανισμούς προσοχής που λειτουργούν σε αναπαραστάσεις οπτικής βραχυπρόθεσμης μνήμης εντός του συνειδητού τομέα. Δεδομένου ότι -η διαμόρφωση δεν ενίσχυσε την αντίληψη του στόχου ή την πιθανότητα αναφοράς του, -οι ρυθμοί πιθανότατα υποστήριζαν την επεξεργασία κατάντη, τη λεπτομέρεια των πληροφοριών σχετικών με την εργασία που διατηρούνται στη βραχυπρόθεσμη μνήμη, αντί να υποστηρίζουν την αρχική διαμόρφωση προσοχής που διοχετεύει τις πληροφορίες σε συνείδηση ​​που προτείνεται από τη θεωρία του παγκόσμιου νευρωνικού χώρου εργασίας (GNWT) (1) ή τη θεωρία αναπαραστάσεων ενδιάμεσου επιπέδου που παρακολουθείται (14).

Από την άλλη πλευρά, η διαμόρφωση διευκόλυνε την επεξεργασία μη συνειδητών πληροφοριών, πιθανώς επειδή ήταν σχετική με την εργασία και το επίκεντρο της προσοχής. Αυτό διαφέρει από την επεξεργασία πληροφοριών που δεν σχετίζονται με την εργασία σε τοποθεσίες χωρίς επίβλεψη που μπορεί να καταστέλλονται από αυθόρμητους ρυθμούς (15). Μαζί, τα ευρήματά μας υποδεικνύουν ότι οι - και - οι ρυθμοί διαμορφώνουν σαφώς τη συνειδητή και ασυνείδητη επεξεργασία πληροφοριών, αντίστοιχα.

Αυτά τα ευρήματα έχουν κρίσιμες συνέπειες για τις νευροβιολογικές θεωρίες της συνείδησης (2). Για παράδειγμα, το GNWT τονίζει τη σημασία του - και - του συγχρονισμού για την επεξεργασία πληροφοριών στον παγκόσμιο "χώρο εργασίας", υποστηρίζοντας τη συνειδητή πρόσβαση (5). Αυτό είναι σύμφωνο με το εύρημα μας ότι η -διαμόρφωση ενισχύει πληροφορίες σχετικές με την εργασία για συνειδητή επεξεργασία βραχυπρόθεσμης μνήμης, αν και αποδίδουμε το -επίδραση σε μηχανισμούς κατάντη. Αντίθετα, το όφελος των -ρυθμών στην ασυνείδητη επεξεργασία δεν προβλέπεται από καμία νευροβιολογική θεωρία της συνείδησης.

Πρόσφατα θεωρητικά μοντέλα υποδηλώνουν ότι οι ασυνείδητες πληροφορίες διατηρούνται σιωπηλά σε συναπτικά βάρη απουσία επίμονης νευρικής πυροδότησης (6, 16). Η επίδειξη του αιτιακού ρόλου των -ρυθμών στην ασυνείδητη οπτική επεξεργασία έρχεται σε αντίθεση με αυτήν την άποψη. Ισχυρότερο αφήνει μικρότερα χρονικά παράθυρα κατά την επεξεργασία, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε πιο ακριβή διεγερτική (π.χ. ) επεξεργασία (17), ενισχύοντας έτσι την παγκόσμια διαθεσιμότητα ασυνείδητου περιεχομένου (18) για βραχυπρόθεσμη μνήμη και μηχανισμούς που σχετίζονται με αποφάσεις. Η μελέτη μας θέτει ένα πλαίσιο για τη διερεύνηση των μεγάλης κλίμακας ρυθμικών μηχανισμών που δημιουργούν συνειδητές και ασυνείδητες εμπειρίες.

Υλικά και μέθοδοι

Εβδομήντα δύο υγιείς νεαροί συμμετέχοντες (29 άνδρες, μέση ηλικία: 20,56 y ± 0,41) (βλ. Παράρτημα SI για πληροφορίες συμμετεχόντων εντός των ομάδων) συναίνεσαν στις διαδικασίες που εγκρίθηκαν από την Επιτροπή Ιδρυματικής Αναθεώρησης του Πανεπιστημίου της Βοστώνης και πληρώθηκαν. Αυτή η μελέτη είναι μεταξύ συμμετεχόντων και ελεγχόμενη με ψευδή χρήση: τυχαία χωρίσαμε τους συμμετέχοντες σε μία από τις τέσσερις ομάδες ( , , θ και εικονική, 18 συμμετέχοντες ανά ομάδα). Η διαδικασία ήταν πανομοιότυπη σε όλες τις ομάδες εκτός από το πρωτόκολλο HD-tACS (Παράρτημα SI).

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ.

Αυτό το έργο υποστηρίχθηκε από επιχορηγήσεις από το NIH (R01-MH114877 και R01-AG063775) και ένα δώρο από έναν μεμονωμένο φιλάνθρωπο, που απονεμήθηκε στο RMGRDS. αναγνωρίζει την υποστήριξη από τη βασκική κυβέρνηση μέσω του BERC {{4} } και από την Ισπανική Κρατική Ερευνητική Υπηρεσία μέσω της διαπίστευσης αριστείας BCBL Severo Ochoa CEX2020-001010-S.

Αναφορά

1. GA Mashour, P. Roelfsema, J.-P. Changeux, S. Dehaene, Conscious processing and the global neuronal workspace hypothesis. Neuron 105, 776–798 (2020). 2. AK Seth, T. Bayne, Theories of consciousness. Nat. Σεβ. Neurosci. 23, 439–452 (2022).

3. M. Siegel, TH Donner, AK Engel, Spectral fingerprints of large-scale neuronal interactions. Nat. Σεβ. Neurosci. 13, 121–134 (2012).

4. F. Crick, C. Koch, Μερικοί προβληματισμοί για την οπτική επίγνωση. Cold Spring Harb. Συμπτ. Ποσ. Biol. 55, 953-962 (1990).

5. S. Dehaene, J.-P. Changeux, Πειραματικές και θεωρητικές προσεγγίσεις στη συνειδητή επεξεργασία. Neuron 70, 200–227 (2011).

6. D. Tr€ubutschek, S. Marti, H. Uebersch€ar, S. Dehaene, Ανιχνεύοντας τα όρια της δραστηριότητας-σιωπηλή μη συνειδητή εργαζόμενη μνήμη. Proc. Natl. Ακαδ. Sci. USA 116, 14358–14367 (2019).

7. J. Gross et al., Modulation of long-range neural synchrony αντανακλά χρονικούς περιορισμούς της οπτικής προσοχής στους ανθρώπους. Proc. Natl. Ακαδ. Sci. USA 101, 13050–13055 (2004).

8. J.-R. King, N. Pescetelli, S. Dehaene, Μηχανισμοί του εγκεφάλου που στηρίζονται στη σύντομη διατήρηση των ορατών και αόρατων αισθητηριακών πληροφοριών. Neuron 92, 1122–1134 (2016).

9. R. Gaillard et al., Converging intracranial markers of conscious access. PLoS Biol. 7, e61 (2009).

10. S. Hanslmayr et al., Prestimulus oscillations προβλέπουν την απόδοση οπτικής αντίληψης μεταξύ και εντός των υποκειμένων. Neuroimage 37, 1465–1473 (2007).

For more information:1950477648nn@gmail.com