Mecanismos rítmicos dissociáveis ​​melhoram a memória para conteúdos perceptivos conscientes e inconscientes

Compreender os mecanismos neurais da experiência consciente e inconsciente é um objetivo importante da neurociência fundamental e translacional. Aqui, visamos o córtex visual inicial com um protocolo de estimulação de corrente alternada não invasiva e de alta resolução, enquanto os participantes realizam uma tarefa de discriminação alvo-sonda retardada e revelam mecanismos dissociáveis ​​de processamento mnemônico para conteúdos perceptivos conscientes e inconscientes.

As experiências inconscientes referem-se às experiências das pessoas fora do âmbito da consciência, como sentimentos e experiências produzidas por sonhos, hipnose, influência de drogas, etc. Esta experiência é muitas vezes considerada irreal, mas tem um impacto importante na nossa memória e outras funções cognitivas.

Numerosos estudos demonstraram que as experiências que as pessoas vivenciam inconscientemente podem ter um impacto positivo na sua memória. Sob hipnose, as pessoas podem recordar experiências passadas com mais facilidade e melhorar suas habilidades de memória. Durante o sono, o subconsciente das pessoas organiza as informações aprendidas para torná-las mais fáceis de lembrar.

Além disso, alguns medicamentos podem melhorar a nossa memória. Por exemplo, os agonistas dos receptores de dopamina podem aumentar os níveis de dopamina no cérebro, melhorando assim as capacidades de memória das pessoas. Semelhante à hipnose e aos estados de sono, essas drogas podem nos ajudar a lembrar e compreender informações complexas com mais facilidade.

No geral, existe uma forte conexão entre a experiência inconsciente e a memória. Se pudermos usar ativamente essas experiências, poderemos melhorar mais facilmente nossas habilidades de memória para nos adaptarmos melhor às mudanças no ambiente que nos rodeia. Portanto, aceitemos ativamente essas experiências inconscientes enquanto trabalhamos para melhorar nossa memória para alcançar nossos sonhos e objetivos. Percebe-se que precisamos melhorar a memória, e a Cistanche deserticola pode melhorar significativamente a memória porque a Cistanche deserticola é um material medicinal tradicional chinês que tem muitos efeitos únicos, um dos quais é melhorar a memória. A eficácia da carne picada vem dos vários ingredientes ativos que contém, incluindo ácidos, polissacarídeos, flavonóides, etc. Esses ingredientes podem promover a saúde do cérebro de várias maneiras.

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O arrastamento de ritmos em áreas visuais bilaterais melhorou preferencialmente a memória de curto prazo para informações vistas, enquanto o arrastamento na mesma região melhorou preferencialmente a memória de curto prazo para informações não vistas. As melhorias na memória de curto prazo foram específicas da frequência e duradouras. Os resultados acrescentam uma base mecanicista às teorias existentes da consciência, exigem revisões dessas teorias e contribuem para o desenvolvimento de terapêuticas não farmacológicas para melhorar o processamento visual cortical.

Determinar os mecanismos do cérebro humano que apoiam o processamento de informações conscientes e inconscientes continua sendo um dos esforços mais desafiadores em psicologia e neurociência (1; ver ref. 2 para uma revisão recente das teorias da consciência).* A atividade neural rítmica derivada de correntes pós-sinápticas é fundamental para processamento de informações (3) e um mecanismo importante em estudo na pesquisa da consciência (4).
Por exemplo, a sincronização e a dessincronização de longo alcance (5) e a dessincronização (6) foram propostas como substrato do acesso consciente. No entanto, descobertas anteriores sobre a base rítmica da consciência foram correlacionais (7, 8).

Ainda não está claro se ritmos neurais específicos e dissociáveis ​​impulsionam causalmente o processamento de informações conscientes e inconscientes. Embora as teorias enfatizem a diferença na escala espacial dos ritmos (global versus local) envolvidos no processamento consciente versus inconsciente (por exemplo, ref. 1), outras dimensões rítmicas também podem ser distintas. Uma dimensão é a frequência, mas poucos estudos na neurociência da consciência a abordaram (9). Em particular, não está claro se bandas de frequência específicas modulam seletivamente informações relevantes para tarefas, dependendo do acesso à consciência.

Aqui, desenvolvemos um protocolo de estimulação transcraniana por corrente alternada (HD-tACS) de alta definição (2 × 4) para ativar a atividade cortical visual com máxima precisão anatômica enquanto os participantes realizavam uma tarefa de memória visual de curto prazo envolvendo decisões de discriminação alvo-sonda atrasadas, em que o alvo foi mascarado da consciência visual (Fig. 1A). A frequência rítmica para processamento da informação visual deve depender do acesso consciente. Especificamente, uma vez que os ritmos têm sido associados ao processamento visual consciente (10), os ritmos de arrastamento devem melhorar a discriminação alvo-problema quando o alvo é visto.

Em contraste, a pesquisa não vinculou uma determinada faixa de frequência dos ritmos neurais ao processamento de informações inconscientes. Algumas teorias propõem um processamento rítmico silencioso aplicável à informação inconsciente (1, 11). No entanto, os ritmos neurais ainda podem contribuir para o processamento inconsciente de informações de uma maneira específica de frequência. Se isso for verdade, então os ritmos de arrastamento nesta frequência deveriam influenciar a discriminação alvo-problema quando o alvo não é visto.

Resultados

Para determinar as propriedades espectrais que governam o processamento visual consciente e inconsciente, usamos 2 × 4 HD-tACS para incorporar atividades não-harmônicas, ou θ em regiões occipitais bilaterais, guiadas pela modelagem de campo elétrico (Fig. 1B; consulte o Apêndice SI para uma breve discussão dos mecanismos de ação do tACS e da escolha das frequências). Os participantes realizaram uma sessão de 30- minutos da tarefa antes (linha de base), durante (online) e depois da neuromodulação (offline). A tarefa compreendeu um alvo Gabor mascarado breve (17 ms), seguido por uma sonda Gabor aparecendo após um atraso de 1-s (Fig. 1A; consulte o Apêndice SI para métodos detalhados).

Os participantes compararam as orientações do alvo mascarado e da sonda visível. A discriminação alvo-sonda foi seguida por uma classificação de conscientização quanto à percepção do alvo. Analisamos o desempenho da discriminação alvo-peep em função da classificação de consciência e realizamos análises de detecção de sinal para examinar a consciência do alvo. Dividimos os ensaios em dois tipos: "invisíveis", representando nenhuma consciência do alvo, e "vistos", representando alguma consciência do alvo (Fig. 1A).

A precisão da linha de base para a discriminação alvo-sonda estava no nível do acaso para ensaios não vistos (Fig. 1C) [: t (17)=0 0,49, P=0 0,685; : t(17)=0.79, P {{10}}.220; θ: t(17)=0,24, P = 0,406; simulação: t(17)=0.36, P=0.637]. Isto confirma a eficácia da máscara em impedir que os participantes utilizem qualquer sinal relacionado ao alvo para orientar a subsequente decisão de discriminação alvo-problema. Como esperado, a precisão da discriminação alvo-sonda da linha de base estava acima do acaso para os ensaios observados (Fig. 1C) [: t (17)=4 0,30, P <0,001; : t(17)=2.92, P=0.006; θ: t(17)=2,31, P=0,020; simulação: t(17)=4,69, P < 0,001].

Surpreendentemente, o HD-tACS melhorou o processamento consciente e inconsciente de uma forma sustentável e com frequência específica (Fig. 1C). (Apresentamos os resultados completos no Open Science Framework [OSF] em https://osf.io/fqxk9/.) -A modulação melhorou preferencialmente a precisão e a sensibilidade para a discriminação alvo-sonda para ensaios vistos, mas não ensaios invisíveis.

A melhoria começou a se manifestar durante a neuromodulação (online) (precisão: PBonferroni {{0}}.001; sensibilidade A0: PBonferroni=0 0,133), mas tornou-se maior e mais robusto após a neuromodulação (offline) (precisão: PBonferroni < 0 0,001; A0: PBonferroni=0 0,024), em relação à linha de base. Em contraste, a modulação aumentou a precisão e a sensibilidade para testes não vistos, mas não vistos. O efeito foi significativo offline (precisão: PBonferroni=0.025; A0: PBonferroni=0.012) e apenas marginal online (precisão: PBonferroni=0.071; A0: PBonferroni {{19 }}.078), em relação à linha de base.

Este benefício off-line maior e mais robusto em grupos e grupos foi provavelmente devido à aplicação temporal lenta dos métodos de estimulação elétrica transcraniana, que pode levar a efeitos comportamentais mais fortes após a modulação (por exemplo, refs. 12 e 13). Além disso, nem os grupos θ nem os sham mostraram quaisquer efeitos, fornecendo mais evidências de especificidade de frequência. Em suma, os mecanismos rítmicos para melhorar a percepção visual consciente e inconsciente parecem dissociáveis ​​ao longo de "canais" de frequência separados de processamento de informação neural e são capazes de serem manipulados casualmente de forma sustentável.

As análises de detecção de sinal revelaram que a modulação melhorou seletivamente a precisão da discriminação alvo-sonda atrasada sem afetar a detecção do alvo. O grupo teve sensibilidade de detecção acima do acaso em testes vistos em todas as sessões (0,70 < A0 < 0,75) (consulte a Tabela OSF S2 para sensibilidade de detecção de alvo em todos os grupos) . A sensibilidade acima do acaso significa classificações mais altas quando o alvo estava presente do que ausente, sugerindo que os participantes usaram a escala de classificação de forma adequada. Significativamente, a -modulação não mudou: 1) sensibilidade de detecção antes, durante e depois da modulação [F(2, 51)=1.46, P=0.241]; e 2) a probabilidade de reportar ter visto o alvo [F(2, 51)=0.21, P=0.813; consulte Resultados OSF para análises de critérios de decisão]. Em outras palavras, a modulação não afetou a quantidade de informação alvo percebida. Em vez disso, a modulação melhorou a discriminação alvo-sonda atrasada para testes vistos, refletindo o ajuste seletivo da informação de orientação consciente.

Discussão

Nossos resultados demonstram uma dissociação entre e ritmos na modulação do processamento de informações visíveis e invisíveis. Esta é uma evidência causal que sugere que os ritmos facilitam a memória de curto prazo para informações visuais na percepção consciente (10). Propomos que isso resulta de ritmos que melhoram os mecanismos de atenção que operam nas representações visuais da memória de curto prazo dentro do domínio consciente. Como a modulação não aumentou a percepção do alvo ou a probabilidade de relatá-lo, os ritmos provavelmente apoiaram o processamento posterior, o ajuste fino de informações relevantes para a tarefa mantidas na memória de curto prazo, em vez de apoiar a modulação atencional inicial que armazena informações em consciência proposta pela teoria do espaço de trabalho neuronal global (GNWT) (1) ou pela teoria das representações de nível intermediário assistidas (14).

Por outro lado, a modulação facilitou o processamento de informações inconscientes, presumivelmente porque era relevante para a tarefa e o foco da atenção. Isto é diferente do processamento de informações irrelevantes para a tarefa em locais não supervisionados que podem ser suprimidos por ritmos espontâneos (15). Juntas, nossas descobertas sugerem que os ritmos - e - modulam distintamente o processamento de informações consciente e inconsciente, respectivamente.

Estas descobertas têm implicações críticas para as teorias neurobiológicas da consciência (2). Por exemplo, o GNWT enfatiza a importância da – e – sincronização para o processamento de informações no “espaço de trabalho” global, apoiando o acesso consciente (5). Isto é consistente com a nossa descoberta de que a modulação aumenta as informações relevantes para a tarefa para o processamento consciente da memória de curto prazo, embora atribuamos o efeito aos mecanismos posteriores. Em contraste, o benefício dos ritmos no processamento inconsciente não é previsto por nenhuma teoria neurobiológica da consciência.

Modelos teóricos recentes sugerem que a informação inconsciente é mantida silenciosamente em pesos sinápticos na ausência de disparos neurais persistentes (6, 16). Nossa demonstração do papel causal dos ritmos no processamento visual inconsciente argumenta contra essa visão. Mais forte deixa janelas temporais menores durante o processamento, o que pode resultar em processamento excitatório (por exemplo,) mais preciso (17), aumentando assim a disponibilidade global de conteúdos inconscientes (18) para memória de curto prazo e mecanismos relacionados à decisão. Nosso estudo estabelece uma estrutura para investigar os mecanismos rítmicos em larga escala que geram experiências conscientes e inconscientes.

Materiais e métodos

Setenta e dois participantes jovens saudáveis ​​(29 homens, idade média: 20,56 anos ± 0,41) (ver Apêndice SI para informações sobre os participantes dentro dos grupos) consentiram com os procedimentos aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade de Boston e foram pagos. Este estudo é entre participantes e controlado por simulação: designamos aleatoriamente os participantes para um dos quatro grupos (,, θ e simulado; 18 participantes por grupo). O procedimento foi idêntico entre os grupos, exceto para o protocolo HD-tACS (Apêndice SI).

AGRADECIMENTOS.

Este trabalho foi apoiado por doações do NIH (R01-MH114877 e R01-AG063775) e uma doação de um filantropo individual, concedida ao RMGRDS em reconhecimento ao apoio do governo basco por meio do BERC {{4} } e pela Agência Estatal de Pesquisa Espanhola através do credenciamento de excelência BCBL Severo Ochoa CEX2020-001010-S.

Referência

1. GA Mashour, P. Roelfsema, J.-P. Changeux, S. Dehaene, Processamento consciente e a hipótese do espaço de trabalho neuronal global. Neurônio 105, 776–798 (2020). 2. AK Seth, T. Bayne, Teorias da consciência. Nat. Rev. Neurosci. 23, 439–452 (2022).

3. M. Siegel, TH Donner, AK Engel, impressões digitais espectrais de interações neuronais em larga escala. Nat. Rev. Neurosci. 13, 121–134 (2012).

4. F. Crick, C. Koch, Algumas reflexões sobre consciência visual. Primavera fria Harb. Simp. Quantidade. Biol. 55, 953–962 (1990).

5. S. Dehaene, J.‑P. Changeux, Abordagens experimentais e teóricas do processamento consciente. Neurônio 70, 200–227 (2011).

6. D. Trubutschek, S. Marti, H. Uebersch€ar, S. Dehaene, Sondando os limites da memória de trabalho inconsciente não consciente e silenciosa. Processo. Nacional. Acad. Ciência. EUA 116, 14358–14367 (2019).

7. J. Gross et al., A modulação da sincronia neural de longo alcance reflete as limitações temporais da atenção visual em humanos. Processo. Nacional. Acad. Ciência. EUA 101, 13050–13055 (2004).

8. J.-R. King, N. Pescetelli, S. Dehaene, Mecanismos cerebrais subjacentes à breve manutenção de informações sensoriais visíveis e invisíveis. Neurônio 92, 1122–1134 (2016).

9. R. Gaillard et al., Marcadores intracranianos convergentes de acesso consciente. PLoS Biol. 7, e61 (2009).

10. S. Hanslmayr et al., As oscilações pré-estímulos predizem o desempenho da percepção visual entre e dentro dos sujeitos. Neuroimagem 37, 1465–1473 (2007).

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