신경 결합

Neural binding
신경 결합은 다양한 신경 회로의 복잡한 조정을 수반합니다.

신경 결합은 흔히 결합 문제로 알려진 것의 신경과학적인 측면입니다: 의식의 통합을 위한 포괄적이고 검증 가능한 모델을 만드는 학문 간 어려움입니다.결속력은 매우 다양한 신경 정보가 응집력 있는 경험을 형성하는 것을 말한다.신경 결합 가설은 맥락 의존적인 자극에 대한 광범위한 반응을 허용하기 위해 결합하고 재결합하는 신경 활동의 동기화된 진동을 통해 신경 신호가 쌍을 이룬다고 말한다.이러한 동적 신경망은 다양한 [1]상황에 대한 뇌의 유연성과 미묘한 반응을 설명하는 것으로 생각된다.이러한 네트워크의 결합은 밀리초 단위로 일시적인 것으로, 신속한 [2]액티비티를 가능하게 합니다.

이 현상에 대한 실행 가능한 메커니즘은 (1) 참여(외인) 신호와 관련된(내인) 연관성의 글로벌 특성을 조화시키는 어려움, (2) 낮은 지각 과정과 높은 인지 과정 사이의 인터페이스, (3) 신호의 식별(때로는 "태깅"이라고도 함)을 다루어야 한다.s 그것들은 뇌 전체에 걸쳐서 처리되고 전달되며 (4) 의식의 통일성의 출현이다.

신경 결합의 제안된 적응 기능에는 내생적 패턴에 의해서만 발생하는 환각 현상의 회피와 비자발적 [3]작용에 의해서만 움직이는 행동의 회피가 포함되어 있다.

이 모델에서 해결해야 할 몇 가지 어려움이 있습니다.첫째, 다른 뇌 영역(피질 및 피질하)에 걸쳐 신호를 통합하기 위한 메커니즘을 제공해야 합니다.또한 서로 분리하여 유지되는 관련 없는 신호와 전체적으로 [1]봐야 하는 통합 신호의 동시 처리를 설명할 수 있어야 합니다.

학제간 상관 관계

신경과학에서의 결합 문제에 대한 연구는 결합 현상에 대한 훨씬 더 오래된 심리 연구로부터 비롯되었고, 그것은 같은 문제에 대한 고대 철학적 연구에 뿌리를 두고 있다.오늘날, 신경과학과 심리학 사이에는 특히 신경 결합과 관련된 긴밀한 상호작용이 있다.

게슈탈트 심리학 및 관련 비판

동일한 물체를 인식하는 여러 가지 방법의 표현

게슈탈트 심리학은 뇌가 사물을 어떻게 보고 자극에 반응하며 전지구적으로 반응하는지를 개념화해 신경결합과 얽힌 분야다.게슈탈트 심리학이 매우 관여하게 된 이후, "집단화"는 신경 결합을 이해하는 데 중요한 부분이 되었습니다.이 이론을 뒷받침하는 과학자들은 뇌의 메커니즘이 사전에 작동한다는 생각에만 초점을 맞췄다.

"집단화"는 뇌의 감마파 활동 연구로 인해 신경 결합에 특히 중요해졌다.단일 단위 기록으로부터 과학자들은 진동하는 신경 활동을 측정할 수 있었고 뉴런의 그룹화 또는 짝짓기에 대한 그들의 이해를 향상시킬 수 있었다.따라서, 이러한 쌍은 게슈탈트 심리학 및 사물이 더 글로벌하게 분리된 조각으로부터 독립적으로 보인다는 이론과 연결된다.1989년 그레이, 코닉, 엥겔, 싱어에 의해 수행된 연구는 시각 피질 세포를 연구할 때, 반대 방향으로 움직이는 빛은 서로 [4]낮은 관계를 가지고 있다고 보고했다.그러나 광선이 같은 방향을 가리키면 상관관계가 더 강해졌다.이 아이디어를 다루는 논문은 "따라서, 상관된 활동은 세포가 동일한 '게스탈트'의 다른 측면에 반응할 때만 얻어졌다"고 기술하고 있다.인간 두피의 EEG를 사용한 다른 연구에서도 감마파 활동을 조사하여 자극이 사전 주의력 [5]결합에 따라 어떻게 보이는지 보여주었다.

이와 대조적으로, 또 다른 과학자 그룹(트리스만 & 겔레이드)은 메커니즘이 사전에 작동하지 않는다고 믿었다.그들은 올바른 결속을 하기 위해서는 주의가 필요하다고 가정했다.따라서, 그들은 그들의 이론을 "주의적 구속력"이라고 불렀다.주의 바인딩의 개념은 누군가가 여러 특징을 가진 물체에 주의를 기울일 때 시간이 지남에 따라 그 물체와 그 물체의 특징에 대한 일관성 있는 표현이 발전한다는 것입니다.이러한 특성은 주의를 통해 처리된 후 단기 기억 또는 일시 [5]기억으로 저장될 수 있습니다.

L은 게슈탈트의 신경 결합에 대한 심리적 강조와는 또 다른 대조를 보였다.Chen. Chen은 게슈탈트의 국지적 지구적 발상은 신경 처리를 설명하는데 충분하지 않다고 주장한다.대신, 첸은 지각이 "전체 자극 구성의 기하학적 잠재력을 설명하는 위상 불변량"에 의존한다는 생각을 사용한다.여기서의 생각은 특정 물체를 보는 것이 자극을 만들어 내고, 그 물체의 별자리를 발사하면 그 물체가 [5]인식된다는 것입니다.

첸의 생각에 대한 반박은 각각의 물체가 그들만의 별자리를 가지고 있을 뿐만 아니라 그들만의 특별한 뉴런 세트를 가지고 있기 때문에, 뇌에는 모든 적절한 신경 경로를 위한 충분한 공간이 없을 것이라는 것이다.이 1:1의 비율은 단순히 인간 뇌의 많은 복잡한 메커니즘을 지탱할 수 없었다.

나중에, 사전 주의 바인딩에 관한 더 많은 글들이 만들어졌다.비록 그들은 게슈탈트 심리학에 그다지 집중하지는 않았지만, 그들은 뇌의 사전 주의력이라는 개념에 중요했다.던컨과 험프리스는 이 이론에 그러한 추가 사항 중 하나를 제시했다.그들은 일부 유형의 기능들이 이미지를 형성하려고 할 때 "제한 용량 객체 인식 단계"를 놓고 서로 경쟁한다고 말했다.이것은 사물의 특정 부분이 뇌에 의해 특징지어지는 여러 가지 방법을 가지고 있다는 것을 의미한다.그 후, 각각의 다른 타입의 피쳐가 다른 타입과 경쟁해, 개개의 개인에게 표시되는 피쳐가 되려고 합니다.그러면 각 개인이 다른 사람과 다르게 전체 개체를 보는 방법에 대한 이해를 설명할 수 있습니다.그리고 나서 그들은 그것의 전지구적 기능을 매우 다른 [5]척도로 보게 된다.

이 미분 그룹화 아이디어는 Aksentijevic, Elliott 및 Barber에 의해서도 제기되었습니다.그들의 이론은 기하학적 공간에 대한 다른 인식에 기초하고 있으며, 그러면 "표현적인 움직임, 정적 2차원 디스플레이 및 청각 스트리밍과 같은 시각 및 청각 그룹화 현상의 특정 클래스의 주관적 특성에 대한 체계적인 탐구의 출발점"을 제공할 수 있다.이 아이디어는 사람들이 어떻게 기하학적 공간을 인지하는지 보여주며, 이것은 다른 청각과 시각의 [5]흐름을 이끌 수 있다.

제안 모델

일시적

고조파 발진기의 궤적이야시간 결합 가설과 신경 결합의 다른 영역들은 이미지를 형성하는 두 진동파의 쌍을 설명하기 위해 이 아이디어를 사용합니다.

시간 구속 가설은 적어도 1980년대 초반까지 거슬러 올라가는 신경과학의 역사를 가지고 있다.Christoph Von der Malsburg는 뉴런이 인코딩하는 특징의 '효과'와 관련된 전통적인 속도 코드 중 하나와 [6]뉴런 집합체 사이의 스파이크 조정 측면에서 전달되는 두 개의 뚜렷한 신호를 전달한다고 제안했다.10년 후 프랜시스 크릭과 크리스토프 코흐는 주의에 [7]의해 유도되는 일시적인 감마파 진동에 의한 원거리 뉴런의 동기화를 설명함으로써 이 모델을 더욱 발전시켰다.1995년까지, Francisco Varela는 뉴런 [8]집합체의 쌍에서 진동상의 역할의 중요성을 확립했다.

시간 결합 가설은 신경 결합의 조합적 문제를 다루는 방법으로 처음 제안되었는데, 이것은 신경 결합에서 관찰 가능한 복잡성의 정도를 달성하기 위해 중복되는 기능과 연관성의 뉴런 사이에 만들어져야 하는 불가능할 정도로 많은 수의 연결을 강조한다.현재 개발되고 있는 현대 모델은 종종 전지구적 뇌진동의 존재에 대한 강력한 실험적인 지원뿐만 아니라 이 중요한 이점 때문에 시간적 동기화 구조를 유지한다.

감마 밴드 활동

EEG에서 기록된 감마파

분산된 뉴런 집합이 감마 주파수 대역 내에서 진동한다는 것이 널리 관찰되었다(일반적으로 30-80Hz).

단계적 페어링 메커니즘

Varela의 모델에서는 셀룰러 어셈블리의 선택을 설명합니다.이것들은 공명 또는 잔향(Lorente de No) 회로라고도 불리며, 일시적인 스파이크 위상 잠금에 의해 더 큰 앙상블에 통합됩니다.이는 다수의 신호를 간섭 없이 중복 주파수 범위 내에서 병렬로 전송할 수 있기 때문에 동시 바인딩의 어려움 설명에 대처합니다.

비판

시간적 구속력 모델은 광범위한 투기적 [9]성격으로 인해 일부로부터 부당한 비판을 받아왔다.이 주장은 보통 보다 고전적인 신경 기능 모델을 지지한다.

양자 모형

NMDA 수용체는 활성화를 위해 여러 리간드(예: 글루탐산염 및 글리신)의 결합을 필요로 하는 일치 검출기 역할을 한다.

더 최근의 몇몇 모델들은 양자 역학의 강력한 설명력과 결합 메커니즘의 복잡성을 설명하기 위한 현재의 모델의 부족에 대한 주장으로 인해 결합 뒤에 있는 기초 신경 역학의 구성 요소로서 양자 이론을 통합했습니다.

2001년, 다로카는 지구 위상 동기가 정보 전달의 주요 메커니즘인 시간 결합 가설의 기본 구조를 이용한 모델을 개발했지만, 국지적인 [3]수준에서 수행되는 양자 연산의 중요성을 강조했다.그의 모델은 다른 이론에서 제안된 일치 검출기로 NMDA 수용체를 묘사한다.이것은 [9]이전에 완전한 시간 결합 이론이 결여되어 있다고 비판받아 온 생리학적 메커니즘이다.

비동기 모델

많은 비시간적 이론은 계층 구조에 기초한 뉴런 시그널링의 보다 고전적인 개념을 유지하려고 시도한다.이것은 특정 신경 회로에 대한 신호의 수렴과 특수 계산 서브 어셈블리를 통한 신호 경로의 동적 라우팅에 의존합니다.

이러한 모델은 스파이크 레이트 부호화를 통한 기존 정보의 일대일 통신에만 의존하는 자연스러운 결과로 나타나는 조합 및 연결 문제에 취약할 수 있습니다.이러한 모델은 또한 신호의 매끄러운 지시와 결합을 필요로 하며, 이는 (펄비나[10] 핵으로 제안됨) 컨트롤러 또는 신경 앙상블의 자발적 자가 조립을 위한 메커니즘을 가정한다.

테스트 케이스

감각

신경 결합에 대한 실험적인 증거의 대부분은 전통적으로 감각 인식을 중심으로 이루어져 왔다.감각적 인식은 사물을 인지적으로 인지하고 세분화함으로써 사물을 통합함으로써 이루어지며, 총체적으로 이미지가 생성된다.물체의 지각에는 무한한 가능성이 있기 때문에, 이것은 독특한 연구 영역이었다.뇌가 네트워킹을 통해 특정 사물을 집합적으로 조각내는 방법은 인지하는 글로벌 방식뿐만 아니라 세분화에서도 중요하다.많은 감각적 인식은 물체의 구성 중 한 조각을 가져다가 뇌가 최종적인 형태로 물체를 지각할 수 있도록 총체적 특성을 묶는 것과 관련이 있다.분할의 이해와 뇌가 사물을 어떻게 인식하는지에 대한 연구의 대부분은 고양이를 연구함으로써 이루어졌습니다.이 연구의 주요 발견은 40Hz에서 진동하는 감마파의 이해와 관련이 있다.그 정보는 고양이 시각피질을 이용한 연구에서 추출되었다.피질뉴런은 공간적으로 다른 물체에 대해 다르게 반응하는 것으로 나타났다.이러한 뉴런의 발화는 측정 범위가 40-60Hz였으며 관찰되었을 때 물체의 다른 부분을 관찰할 때 동시에 발사되는 것을 보여주었다.이러한 일관성 있는 반응은 뇌가 어떤 물체의 형태를 만드는 과정에서 특정 뉴런을 서로 결합시키는 일종의 코딩을 하고 있다는 사실을 지적합니다.뇌는 이러한 분할된 조각들을 감독 없이 함께 하기 때문에, 우리의 의식적인 사고 [11]과정의 모든 측면을 형성하는데 도움을 주는 근본적인 잠재의식을 이론화하는 많은 철학자들과 함께 유의한 자음을 발견합니다.

여러 영역에서 발생하는 이러한 여러 발화를 특정 외인성 이벤트로 결합하려면 등쪽 시상에서 도움을 받아야 합니다.등뼈가 주요 조직체인지 아닌지는 증명되지 않았지만, 그것은 신경 활동을 수집하고 뇌에서 일어나는 일과 뇌 밖에서 일어나는 일 사이에서 빠르게 조정하기 위한 특정 프로파일에 들어맞습니다.시상전위 영역인 시상 안쪽과 주변의 공간은 수신 메시지에 빠르게 반응할 수 있는 빠른 전압 의존 막 전위 진동을 발생시킬 수 있다.이 영역을 커버하는 채널 유형은 GABAergic으로 추정됩니다.감각 인식이 빠를 필요가 있기 때문에, 이 지역의 나트륨과 칼륨의 역치는 매우 [11]낮습니다.

인식의

프란시스 크릭과 크리스토프 코흐는 특정한 신경 활동이 지속적이고 역동적인 의식을 형성하면서 단기 기억을 자극할 수 있다고 제안했다.

인지적 결합은 인간의 의식의 다른 상태와 연관되어 있다.가장 많이 연구된 두 가지 의식 상태는 깨어있는 상태와 렘 수면입니다.전기생리학적으로 이 두 상태가 본질적으로 상당히 유사하다는 것을 보여주는 여러 연구가 있었다.이것은 일부 신경 결합 이론가들이 각 상태의 인지 인식 방식을 연구하도록 이끌었다.어떤 관찰들은 심지어 이 과학자들이 렘수면 동안 거의 인지되지 않기 때문에, 증가된 시상피질 반응은 깨어있는 [12]잠재의식에서의 처리 작용을 보여준다는 가설을 세우게 만들었다.

시상과 피질은 인지 및 감각 인식에서 중요한 해부학적 특징입니다.이들 뉴런이 어떻게 반응하고 이들 상태(REM과 Wakeing)에서 서로 관련지어지는지에 대한 이해는 인식과 신경 결합과의 관계를 이해하는 데 있어 가장 중요하다.

깨어 있는 상태에서 동물의 신경 활동은 현재 환경에 따라 변화할 수 있습니다.환경의 변화는 뇌에 대한 스트레스의 한 형태로 작용하여 감각 뉴런이 동시에 발사될 때, 그들은 새로운 상태에 적응합니다.이 새로운 상태는 나중에 사용하기 위해 해마로 옮겨질 수 있습니다.제임스 뉴먼과 앤서니 A의 말로. 그레이스는 "시간을 초월한 결합"이라는 그들의 글에서 이 아이디어를 제시했습니다: "해마는 저두엽 산출물의 주요 수용체이며 작업 기억을 장기적이고 일시적인 [13]기억으로 통합하는 기질로 알려져 있습니다."

그리고 나서 "에피소드"의 기록은 "스트리밍"에 사용되며, 이는 감각 의식에 재진입하는 특정 정보의 선택적 게이트에 의해 중재될 수 있다.신경 결합이 무의식적으로 두 개의 동기 진동을 연결하지 않는다면 일시적 기억의 스트리밍과 구축이 가능하지 않을 것이다.

이러한 진동을 조합하면 올바른 감각 물질을 입력할 수 있습니다.만약 이 쌍으로 이루어진 진동이 새로운 것이 아니라면, 인지적으로 이러한 진동을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.만약 새로운 발상이 있다면, 뇌는 새로운 [13]이해에 적응해야 할 것이다.

렘 수면에서, 깨어 있는 상태와의 유일한 극단적인 차이는 뇌가 실제로 깨어 있는 양의 감각을 가지고 있지 않다는 것입니다, 그래서 인지적으로, 비록 "두뇌의 눈"의 활동이 여전히 꽤 중요하고 깨어 있는 상태와 매우 유사하지만, 여기에서는 그렇게 많은 인식이 없습니다.연구에 따르면 수면 중에 40Hz의 진동 발사가 여전히 있는 것으로 나타났습니다.이러한 발화는 꿈에서 일어나는 지각된 자극 때문이다."[13]

학습/기억

오피츠는 다른 뇌 영역의 결합은 해마에 의해 매개된다고 주장한다.대상들이 현재 상황에 대처하기 위해 매우 다양한 방법으로 결합될 수 있고 해마는 이러한 부분들이 일관성 있는 [14]전체로 배열되도록 하기 때문에 관계적 결합, 즉 개별적인 물체, 개념 및 기억 사이의 관계는 매우 유연합니다.특히 해마는 일시적 기억, 작업 기억, 언어 습득과 관련된 결합과 관련이 있다.오피츠에 따르면, 해마가 조절 관계 결합에 적합한 모든 기준을 충족하고 활동 패턴에 따라 해마가 관여할 가능성이 높기 때문에 이것이 가능하다.

임상적 영향

자폐증

Young boy asleep on a bed, facing the camera. On the bed behind the boy's head is a dozen or so toys carefully arranged in a line.
장난감을 일렬로 늘어놓은 자폐증을 앓고 있는 한 소년이

몇몇 연구자들은 신경 결합의 어려움과 자폐 스펙트럼 [15]장애 사이의 임상적 연관성을 제안했다.자폐증 뇌의 특정 영역, 특히 사회적 인식을 수반하는 영역 사이에는 저연결성의 수준이 있다고 가정되어 왔다.그들은 또한 특정 신경 세포 집합체 내에 과도한 연결성이 있을 수 있다는 가설을 세운다.연구자들은 신경망의 일관성에 관한 이러한 문제들이 특징적인 자폐증 증상, 즉 사회적 인식/상호작용 장애와 반복적인 행동을 야기한다고 제안했다.

자폐증에서 비정상적인 연결이 일어난다는 것을 암시하는 한 가지 주요 증거가 있다.자폐증은 초기에 매우 빠르게 발달하는 것으로 알려져 있으며, 이것은 피질 연결의 발달에 문제를 일으킬 수 있다.이러한 초기 발달과잉이 자폐증의 연결 장애의 원인일 수 있다는 주장이 제기되어 왔다.자폐증 뇌의 확산 텐서 이미징 연구는 골수 감소(myelination)를 보여주기 때문에 이 아이디어와 일치한다.미엘린)은 사회적 인식과 마음의 이론을 다루는 뇌의 영역, 또는 다른 사람이 무엇을 생각하고 있는지 이해하는 능력을 다룬다.이것은 자폐증 뇌의 연결 부족에 대한 추가 증거를 제공한다.

정신분열증

결합에 관한 문제가 정신분열증의 특징인 분열된 정신상태로 대체될 수도 있다.정신분열증 환자들은 환각, 망상, 그리고 전반적으로 혼란스러운 사고를 수반하는 "의식의 붕괴"를 경험한다.이러한 정신분열이 무질서한 [16]결합에 의한 기초적인 신경분열로 인해 발생하며, 그 후 이 무질서한 상태에서 복잡한 정신과정의 발생으로 인해 더욱 복잡해진다.이것은 본질적으로 뇌의 신경 복잡성의 병리학적 상승으로 볼 수 있다.정신분열증과 관련된 해리증상과 어수선한 말투는 이 생각과 일치한다.또한 뇌의 조절 메커니즘 사이의 무질서한 결합이 신경망의 동기화된 활성화의 부족을 야기할 수 있다.

마취

생화학적 수준에서 의식의 기초가 되는 메커니즘에 대한 보다 깊은 이해는 보다 효과적이고 신뢰할 [3]수 있는 마취제의 개발로 확장되는 실질적인 의미를 가진다.이 방법은 마취제가 의식을 유도하는 잘 알려진 능력 때문에 의식 연구에 특히 유용하다.이것은 종종 한 순간에 일어나 의식적인 일관성이 무너지는 듯한 인상을 준다.Stuart Hameroff는 의식의 과학의 발달에서 이 방법을 홍보하는 유명한 마취과 의사이다.

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레퍼런스

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추가 정보