Dissocierbare rytmiske mekanismer forbedrer hukommelsen for bevidste og ubevidste perceptuelle indhold

At forstå de neurale mekanismer for bevidst og ubevidst oplevelse er et hovedmål for fundamental og translationel neurovidenskab. Her målretter vi den tidlige visuelle cortex med en protokol for ikke-invasiv, højopløselig vekselstrømsstimulering, mens deltagerne udfører en forsinket mål-probe-diskriminationsopgave og afslører adskillelige mekanismer for mnemonisk behandling for bevidst og ubevidst perceptuelt indhold.

Ubevidste oplevelser refererer til menneskers oplevelser uden for bevidsthedens rammer, såsom følelser og oplevelser produceret af drømme, hypnose, stofpåvirkning osv. Denne oplevelse betragtes ofte som uvirkelig, men alligevel har den en vigtig indflydelse på vores hukommelse og andre kognitive funktioner.

Talrige undersøgelser har vist, at oplevelser mennesker oplever ubevidst kan have en positiv indflydelse på deres hukommelse. Under hypnose kan folk nemmere huske tidligere oplevelser og forbedre deres hukommelsesevner. Under søvn organiserer folks underbevidste sind den lærte information for at gøre den nemmere at huske.

Derudover kan nogle stoffer forbedre vores hukommelse. For eksempel kan dopaminreceptoragonister øge dopaminniveauet i hjernen og derved forbedre folks hukommelsesevner. I lighed med hypnose og søvntilstande kan disse stoffer hjælpe os med at huske og forstå kompleks information lettere.

Overordnet set er der en stærk sammenhæng mellem ubevidst oplevelse og hukommelse. Hvis vi aktivt kan bruge disse erfaringer, kan vi lettere forbedre vores hukommelsesfærdigheder for bedre at tilpasse os de skiftende omgivelser omkring os. Lad os derfor aktivt acceptere disse ubevidste oplevelser, mens vi arbejder på at forbedre vores hukommelse for at nå vores drømme og mål. Det kan ses, at vi skal forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche deserticola er et traditionelt kinesisk medicinsk materiale, der har mange unikke effekter, hvoraf en er at forbedre hukommelsen. Effektiviteten af ​​hakket kød kommer fra de forskellige aktive ingredienser, det indeholder, herunder syre, polysaccharider, flavonoider osv. Disse ingredienser kan fremme hjernens sundhed på forskellige måder.

Klik på kend 10 måder at forbedre hukommelsen på

Medbringende -rytmer i bilaterale visuelle områder forbedrede fortrinsvis korttidshukommelsen for set information, hvorimod -medrivning i samme region fortrinsvis forbedrede korttidshukommelsen for uset information. De kortsigtede hukommelsesforbedringer var frekvensspecifikke og langvarige. Resultaterne tilføjer et mekanistisk fundament til eksisterende teorier om bevidsthed, opfordrer til revisioner af disse teorier og bidrager til udviklingen af ​​ikke-farmakologiske terapier til forbedring af visuel kortikal processering.

At bestemme de menneskelige hjernemekanismer, der understøtter bevidst og ubevidst informationsbehandling, er fortsat en af ​​de mest udfordrende bestræbelser inden for psykologi og neurovidenskab (1; se ref. 2 for en nylig gennemgang af teorier om bevidsthed).* Rytmisk neural aktivitet afledt af postsynaptiske strømme er grundlæggende for informationsbehandling (3), og en stor mekanisme under undersøgelse i bevidsthedsforskning (4).
For eksempel er langrækkende - og -synkronisering (5) og -desynkronisering (6) blevet foreslået som substratet for bevidst adgang. Imidlertid har tidligere fund på det rytmiske grundlag for bevidsthed været korrelationelle (7, 8).

Hvorvidt specifikke og adskillelige neurale rytmer kausalt driver bevidst og ubevidst informationsbehandling forbliver uklart. Selvom teorier understreger forskellen i den rumlige skala af rytmer (global versus lokal) involveret i bevidst versus ubevidst behandling (f.eks. ref. 1), kan andre rytmiske dimensioner også være adskilte. En dimension er frekvens, men få undersøgelser i neurovidenskaben om bevidsthed har behandlet det (9). Det er især uklart, om specifikke frekvensbånd selektivt modulerer opgaverelevant information afhængigt af adgang til bevidsthed.

Her udviklede vi en high-definition (2 × 4) transkraniel vekselstrømsstimulering (HD-tACS) protokol for at fremkalde visuel kortikal aktivitet med maksimal anatomisk præcision, mens deltagerne udførte en visuel korttidshukommelsesopgave, der involverede forsinkede mål-probe-diskriminationsbeslutninger, hvor målet var maskeret fra visuel bevidsthed (fig. 1A). Den rytmiske frekvens til behandling af visuel information bør afhænge af bevidst adgang. Specifikt, da -rytmer er blevet forbundet med bevidst visuel behandling (10), bør medbringende -rytmer forbedre mål-problem-diskriminationen, når målet ses.

I modsætning hertil har forskning ikke bundet et bestemt frekvensbånd af neurale rytmer til behandling af ubevidst information. Nogle teorier foreslår en rytme-tavs behandling, der kan anvendes på ubevidst information (1, 11). Imidlertid kan neurale rytmer stadig bidrage til ubevidst informationsbehandling på en frekvensspecifik måde. Hvis dette er sandt, bør medbringende rytmer i denne frekvens påvirke mål-problem-diskriminationen, når målet er uset.

Resultater

For at bestemme de spektrale egenskaber, der styrer bevidst og ubevidst visuel behandling, brugte vi 2 × 4 HD-tACS til at inddrage ikke-harmonisk, , eller θ aktivitet i bilaterale occipitale områder, styret af elektrisk feltmodellering (fig. 1B; se SI-tillæg for en kort diskussion) af tACS-handlingsmekanismer og valg af frekvenser). Deltagerne udførte en 30-minutters session af opgaven før (baseline), under (online) og efter (offline) neuromodulation. Opgaven omfattede et kort (17 ms), maskeret Gabor-mål, efterfulgt af en Gabor-sonde, der dukkede op efter en 1-s forsinkelse (fig. 1A; se SI-tillæg for detaljerede metoder).

Deltagerne sammenlignede orienteringerne af det maskerede mål og den synlige sonde. Mål-sonde-diskriminationen blev efterfulgt af en bevidsthedsvurdering vedrørende opfattelsen af ​​målet. Vi analyserede mål-peep-diskriminationsydelse som en funktion af bevidsthedsvurdering og udførte signaldetekteringsanalyser for at undersøge målbevidsthed. Vi opdelte forsøg i to typer: "uset", der repræsenterer ingen bevidsthed om målet, og "set", der repræsenterer en vis bevidsthed om målet (fig. 1A).

Baseline-nøjagtigheden for mål-probe-diskriminationen var på chanceniveau for usete forsøg (fig. 1C) [ : t(17)=0.49, P=0.685; : t(17)=0.79, P {{10}}.220; θ: t(17)=0.24, P = 0.406; sham: t(17)=0.36, P=0.637]. Dette bekræfter effektiviteten af ​​masken til at forhindre deltagere i at bruge ethvert målrelateret signal til at vejlede den efterfølgende mål-problem-diskriminationsbeslutning. Som forventet var baseline mål-probe diskriminationsnøjagtighed over chancen for set forsøg (fig. 1C) [: t(17)=4.30, P < 0,001; : t(17)=2.92, P=0.006; θ: t(17)=2.31, P=0.020; sham: t(17)=4.69, P < 0,001].

Påfaldende nok forbedrede HD-tACS bevidst og ubevidst behandling på en bæredygtig og frekvensspecifik måde (fig. 1C). (Vi præsenterer de fulde resultater på Open Science Framework [OSF] på https://osf.io/fqxk9/.) -Modulation forbedrede fortrinsvis nøjagtighed og følsomhed for mål-probe-diskrimination for sete forsøg, men ikke usete forsøg.

Forbedringen begyndte at vise sig under neuromodulation (online) (nøjagtighed: PBonferroni {{0}}.001; følsomhed A0: PBonferroni=0 .133), men blev større og mere robust efter neuromodulation (offline) (nøjagtighed: PBonferroni < 0.001; A0: PBonferroni=0.024), i forhold til baseline. I modsætning hertil forbedrede -modulation nøjagtigheden og følsomheden for usete forsøg, men ikke sete forsøg. Effekten var signifikant offline (nøjagtighed: PBonferroni=0.025; A0 : PBonferroni=0.012) og kun marginal online (nøjagtighed: PBonferroni=0.071; A0: PBonferroni {{19 }}.078), i forhold til baseline.

Denne større og mere robuste offline fordel i og grupper skyldtes sandsynligvis den træge tidsmæssige anvendelse af transkranielle elektriske stimuleringsmetoder, som kan føre til stærkere adfærdsmæssige effekter efter modulering (f.eks. ref. 12 og 13). Derudover viste hverken θ- eller sham-grupper nogen virkninger, hvilket giver yderligere bevis for frekvensspecificitet. Sammenfattende ser de rytmiske mekanismer til forbedring af bevidst og ubevidst visuel perception ud til at være adskilte langs separate frekvens-"kanaler" af neurale informationsbehandlinger og er i stand til at blive tilfældigt manipuleret bæredygtigt.

Signaldetektionsanalyser afslørede, at -modulation selektivt forbedrede forsinket mål-probe-diskriminationsnøjagtighed uden at påvirke måldetektion. Gruppen havde over-tilfældig detektionsfølsomhed på set forsøg i alle sessioner (0.70 < A0 < 0.75) (se OSF-tabel S2 for måldetektionsfølsomhed i alle grupper) . Ovenstående chancefølsomhed betyder højere vurderinger, når målet var til stede end fraværende, hvilket tyder på, at deltagerne brugte vurderingsskalaen korrekt. Det er væsentligt, at -modulation ikke ændrede sig: 1) detektionsfølsomhed før, under og efter modulering [F(2, 51)=1.46, P=0.241]; og 2) sandsynligheden for at rapportere at se målet [F(2, 51)=0.21, P=0.813; se OSF-resultater for beslutningskriteriumanalyser]. Med andre ord, -modulation påvirkede ikke mængden af ​​opfattet målinformation. I stedet forbedrede -modulation den forsinkede mål-probe-diskrimination for set forsøg, hvilket afspejlede selektiv tuning af bevidst orienteringsinformation.

Diskussion

Vores resultater viser en dissociation af - og - rytmer i moduleringen af ​​behandlingen af ​​set og uset information. Dette er årsagsbeviser, der tyder på, at -rytmer letter korttidshukommelsen for visuel information i bevidst bevidsthed (10). Vi foreslår, at dette skyldes -rytmer, der forbedrer opmærksomhedsmekanismerne, der virker på visuelle korttidshukommelsesrepræsentationer inden for det bevidste domæne. Da -modulation ikke øgede opfattelsen af ​​målet eller sandsynligheden for at rapportere det, understøttede -rytmer sandsynligvis downstream-behandling, finjustering af opgaverelevant information i korttidshukommelsen, snarere end at understøtte den indledende opmærksomhedsmodulation, der porterer information ind i bevidsthed foreslået af den globale neuronale arbejdsrumsteori (GNWT) (1) eller teorien om repræsentationer på mellemniveau (14).

På den anden side lettede -modulation behandlingen af ​​ubevidst information, formentlig fordi den var opgaverelevant og fokus for opmærksomhed. Dette adskiller sig fra behandlingen af ​​opgave-irrelevant information på uovervågede steder, som kan blive undertrykt af spontane rytmer (15). Tilsammen tyder vores resultater på, at - og -rytmer tydeligt modulerer henholdsvis bevidst og ubevidst informationsbehandling.

Disse fund har kritiske implikationer for neurobiologiske teorier om bevidsthed (2). For eksempel understreger GNWT vigtigheden af ​​- og -synkronisering for informationsbehandling i det globale "arbejdsområde", der understøtter bevidst adgang (5). Dette er i overensstemmelse med vores konstatering af, at -modulation forbedrer opgaverelevant information til bevidst korttidshukommelsesbehandling, selvom vi tilskriver -effekten til downstream-mekanismer. I modsætning hertil forudsiges fordelen ved -rytmer i ubevidst behandling ikke af nogen neurobiologisk teori om bevidsthed.

Nylige teoretiske modeller tyder på, at ubevidst information stilles vedligeholdes i synaptiske vægte i fravær af vedvarende neural affyring (6, 16). Vores demonstration af den kausale rolle af -rytmer i ubevidst visuel behandling argumenterer imod dette synspunkt. Stærkere efterlader mindre tidsvinduer under behandling, hvilket kan resultere i mere præcis excitatorisk (f.eks.) behandling (17), og derved øge den globale tilgængelighed af ubevidst indhold (18) til korttidshukommelse og beslutningsrelaterede mekanismer. Vores undersøgelse sætter en ramme for at undersøge de storstilede rytmiske mekanismer, der genererer bevidste og ubevidste oplevelser.

Materialer og metoder

Tooghalvfjerds raske unge deltagere (29 mænd, gennemsnitsalder: 20.56 y ± 0.41) (se SI-tillæg for deltageroplysninger inden for grupper) gav samtykke til procedurer godkendt af Boston University Institutional Review Board og blev betalt. Denne undersøgelse er mellem-deltagere og sham-kontrolleret: vi tilfældigt tildelte deltagere til en af ​​fire grupper (, , θ og sham; 18 deltagere pr. gruppe). Proceduren var identisk på tværs af grupper med undtagelse af HD-tACS-protokollen (SI-tillæg).

ANKENDELSER.

Dette arbejde blev støttet af tilskud fra NIH (R01-MH114877 og R01-AG063775) og en gave fra en individuel filantrop, tildelt RMGRDS, anerkender støtte fra den baskiske regering gennem BERC {{4} }-programmet og af det spanske statslige forskningsagentur gennem BCBL Severo Ochoa excellence accreditation CEX2020-001010-S.

Reference

1. GA Mashour, P. Roelfsema, J.-P. Changeux, S. Dehaene, Bevidst bearbejdning og den globale neuronale arbejdsrumshypotese. Neuron 105, 776-798 (2020). 2. AK Seth, T. Bayne, Teorier om bevidsthed. Nat. Rev. Neurosci. 23, 439-452 (2022).

3. M. Siegel, TH Donner, AK Engel, Spektral fingeraftryk af storskala neuronale interaktioner. Nat. Rev. Neurosci. 13, 121-134 (2012).

4. F. Crick, C. Koch, Nogle refleksioner om visuel bevidsthed. Cold Spring Harb. Symp. Kvant. Biol. 55, 953-962 (1990).

5. S. Dehaene, J.-P. Changeux, Eksperimentelle og teoretiske tilgange til bevidst bearbejdning. Neuron 70, 200-227 (2011).

6. D. Tr€ubutschek, S. Marti, H. Uebersch€ar, S. Dehaene, Undersøgelse af grænserne for aktivitets-tavs ikke-bevidst arbejdshukommelse. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 116, 14358-14367 (2019).

7. J. Gross et al., Modulation af langtrækkende neural synkroni afspejler tidsmæssige begrænsninger af visuel opmærksomhed hos mennesker. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 13050-13055 (2004).

8. J.-R. King, N. Pescetelli, S. Dehaene, Hjernemekanismer, der ligger til grund for den korte vedligeholdelse af set og uset sensorisk information. Neuron 92, 1122-1134 (2016).

9. R. Gaillard et al., Konvergerende intrakranielle markører for bevidst adgang. PLoS Biol. 7, e61 (2009).

10. S. Hanslmayr et al., Prestimulus-oscillationer forudsiger visuel perceptionsydelse mellem og inden for forsøgspersoner. Neuroimage 37, 1465-1473 (2007).

For more information:1950477648nn@gmail.com