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Neuroscience2016Jun21Vol.326issue()

脳の信号の複雑さは、視覚学習における繰り返し抑制とともに上昇します

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文献タイプ:
  • Journal Article
概要
Abstract

なじみのない顔の視覚処理に関連するニューロン活動は、繰り返し見られると徐々に減少します。繰り返し抑制(RS)として知られるこのプロセスは、親しみやすさの獲得に関与しています。現在のモデルは、RSが後頭側頭皮質に位置する視覚情報処理領域と、背外側前頭前野(DLPFC)などの高次領域間の相互作用に起因することを示唆しています。皮質ネットワークの情報ダイナミクスを反映する脳信号の複雑さは、なじみのない顔が馴染みのあるものになるにつれて増加することが示されています。ただし、RSの相補性と脳信号の複雑さの増加は、同じ測定内でまだ実証されていません。RSと脳信号の複雑さの増加は、なじみのない顔を学習する間に同時に発生すると仮定しました。さらに、経頭蓋直流刺激(TDCS)によるDLPFC機能の変化が、後頭側皮質にわたってRSと脳シグナルの複雑さを調節することを期待していました。参加者は、3つのTDCS条件をランダムな順序で受けました:右アノーダル/左カソード、右カソード/左陽極、偽。TDCに続いて、参加者はなじみのない顔を学び、脳波(EEG)が記録されました。結果は、学習中に後頭側頭電極部位を超えてRsを明らかにしました。これは、振幅の尺度である信号エネルギーの減少に反映されました。同時に、信号エネルギーが減少すると、マルチスケールエントロピー(MSE)と推定されるように、脳信号の複雑さが増加しました。さらに、前頭前野のTDCは、顔の最初の提示中に、右後頭部の脳皮質にわたって脳信号の複雑さを変調しました。これらの結果は、RSは学習に不可欠な脳メカニズムを反映している可能性があるが、脳信号の複雑さの増加に反映される補完的なプロセスは、新しい視覚情報の獲得に役立つ可能性があることを示唆しています。このようなプロセスには、前頭前野と下位の視覚領域の間の長距離調整活動が含まれる可能性があります。

なじみのない顔の視覚処理に関連するニューロン活動は、繰り返し見られると徐々に減少します。繰り返し抑制(RS)として知られるこのプロセスは、親しみやすさの獲得に関与しています。現在のモデルは、RSが後頭側頭皮質に位置する視覚情報処理領域と、背外側前頭前野(DLPFC)などの高次領域間の相互作用に起因することを示唆しています。皮質ネットワークの情報ダイナミクスを反映する脳信号の複雑さは、なじみのない顔が馴染みのあるものになるにつれて増加することが示されています。ただし、RSの相補性と脳信号の複雑さの増加は、同じ測定内でまだ実証されていません。RSと脳信号の複雑さの増加は、なじみのない顔を学習する間に同時に発生すると仮定しました。さらに、経頭蓋直流刺激(TDCS)によるDLPFC機能の変化が、後頭側皮質にわたってRSと脳シグナルの複雑さを調節することを期待していました。参加者は、3つのTDCS条件をランダムな順序で受けました:右アノーダル/左カソード、右カソード/左陽極、偽。TDCに続いて、参加者はなじみのない顔を学び、脳波(EEG)が記録されました。結果は、学習中に後頭側頭電極部位を超えてRsを明らかにしました。これは、振幅の尺度である信号エネルギーの減少に反映されました。同時に、信号エネルギーが減少すると、マルチスケールエントロピー(MSE)と推定されるように、脳信号の複雑さが増加しました。さらに、前頭前野のTDCは、顔の最初の提示中に、右後頭部の脳皮質にわたって脳信号の複雑さを変調しました。これらの結果は、RSは学習に不可欠な脳メカニズムを反映している可能性があるが、脳信号の複雑さの増加に反映される補完的なプロセスは、新しい視覚情報の獲得に役立つ可能性があることを示唆しています。このようなプロセスには、前頭前野と下位の視覚領域の間の長距離調整活動が含まれる可能性があります。

Neuronal activity associated with visual processing of an unfamiliar face gradually diminishes when it is viewed repeatedly. This process, known as repetition suppression (RS), is involved in the acquisition of familiarity. Current models suggest that RS results from interactions between visual information processing areas located in the occipito-temporal cortex and higher order areas, such as the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). Brain signal complexity, which reflects information dynamics of cortical networks, has been shown to increase as unfamiliar faces become familiar. However, the complementarity of RS and increases in brain signal complexity have yet to be demonstrated within the same measurements. We hypothesized that RS and brain signal complexity increase occur simultaneously during learning of unfamiliar faces. Further, we expected alteration of DLPFC function by transcranial direct current stimulation (tDCS) to modulate RS and brain signal complexity over the occipito-temporal cortex. Participants underwent three tDCS conditions in random order: right anodal/left cathodal, right cathodal/left anodal and sham. Following tDCS, participants learned unfamiliar faces, while an electroencephalogram (EEG) was recorded. Results revealed RS over occipito-temporal electrode sites during learning, reflected by a decrease in signal energy, a measure of amplitude. Simultaneously, as signal energy decreased, brain signal complexity, as estimated with multiscale entropy (MSE), increased. In addition, prefrontal tDCS modulated brain signal complexity over the right occipito-temporal cortex during the first presentation of faces. These results suggest that although RS may reflect a brain mechanism essential to learning, complementary processes reflected by increases in brain signal complexity, may be instrumental in the acquisition of novel visual information. Such processes likely involve long-range coordinated activity between prefrontal and lower order visual areas.

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