Perubahan Konektivitas Otak Selama Tidur Dengan Neurostimulasi Transkranial Loop Tertutup Memprediksi Sensitivitas Metamemori Bagian 1

ABSTRAK

Metamemory melibatkan kemampuan untuk menilai dengan benar keakuratan ingatan kita. Pengambilan ingatan dapat ditingkatkan dengan menggunakan stimulasi listrik transkranial (tES) selama tidur, namun bukti perbaikan sensitivitas metamemori masih terbatas.

Pengambilan memori mengacu pada proses pengambilan informasi yang disimpan di otak melalui berbagai cara ketika terjadi lupa memori. Dalam kehidupan belajar kita sehari-hari, pengambilan memori adalah mata rantai yang sangat penting. Ini tidak hanya membantu kita mengkonsolidasikan pengetahuan yang telah kita pelajari tetapi juga meningkatkan daya ingat kita.

Ingatan merupakan kemampuan seseorang dalam menyimpan dan mengingat kembali suatu informasi, dan hal tersebut tidak dapat dipisahkan dari pembelajaran. Hanya dengan daya ingat yang kuat kita dapat menguasai lebih banyak pengetahuan dan keterampilan serta berperan lebih besar dalam kehidupan sehari-hari.

Pengambilan memori dan memori berkaitan erat. Pengambilan memori adalah ketika kita perlu menggunakan pengetahuan tertentu, kita akan mencari dan mengingatnya, dan proses pencarian dan mengingat ini adalah pengambilan memori. Jika daya ingat kita tidak cukup kuat, kita akan kesulitan mengingat kembali dan mungkin lupa, yang akan mempengaruhi efek belajar dan kinerja kita.

Oleh karena itu, meningkatkan daya ingat bukanlah perkara sederhana, tetapi kita dapat menggunakan beberapa metode dan teknik ilmiah untuk membantu kita meningkatkan daya ingat. Misalnya, kita dapat mengkonsolidasikan ingatan melalui pembelajaran berulang-ulang, menggunakan keterampilan asosiasi untuk lebih memperdalam ingatan, atau mengaktifkan otak kita dengan berbagai cara untuk lebih meningkatkan ingatan.

Singkatnya, pengambilan memori dan memori berkaitan erat. Hanya ketika kita memiliki ingatan yang kuat kita dapat melakukan pengambilan ingatan dengan lebih baik dan mencapai hasil belajar yang lebih baik. Mari kita berani menantang diri kita sendiri, meningkatkan daya ingat kita melalui pembelajaran dan latihan terus-menerus, dan meletakkan landasan yang kokoh untuk masa depan kita. Terlihat bahwa kita perlu meningkatkan daya ingat, dan Cistanche deserticola dapat meningkatkan daya ingat secara signifikan karena Cistanche deserticola merupakan bahan obat tradisional Tiongkok yang memiliki banyak khasiat unik, salah satunya meningkatkan daya ingat. Khasiat Cistanche deserticola berasal dari berbagai bahan aktif yang dikandungnya, antara lain asam tanat, polisakarida, glikosida flavonoid, dll. Bahan-bahan tersebut dapat meningkatkan kesehatan otak melalui berbagai jalur.

Klik tahu 10 cara meningkatkan daya ingat

Menerapkan tES dapat meningkatkan konsolidasi memori yang bergantung pada tidur, yang bersama dengan metamemori memerlukan koordinasi aktivitas di seluruh sistem saraf terdistribusi, menunjukkan bahwa memeriksa konektivitas fungsional penting untuk memahami proses ini.

Namun demikian, sedikit penelitian yang meneliti bagaimana modulasi konektivitas fungsional berhubungan dengan perubahan semalam dalam sensitivitas metamemori. Di sini, kami mengembangkan metode tES berdurasi pendek loop tertutup, yang dikunci dalam waktu hingga status osilasi gelombang lambat yang sedang berlangsung, untuk memberi isyarat pemutaran ulang memori tertentu pada manusia. Kami mengukur perubahan koherensi electroencephalographic (EEG) setelah pulsa stimulasi, dan mengkarakterisasi perubahan jaringan dengan metrik teori grafik.

Dengan menggunakan teknik pembelajaran mesin, kami menunjukkan bahwa pulsed tES menimbulkan perubahan jaringan pada beberapa pita frekuensi, termasuk peningkatan konektivitas pada pita theta dan peningkatan efisiensi pada pita spindel. Selain itu, perubahan panjang jalur pita beta yang dipicu oleh stimulasi merupakan prediksi perubahan sensitivitas metamemori dalam semalam.

Temuan ini menambah wawasan baru terhadap literatur yang berkembang yang menyelidiki peningkatan kinerja memori melalui stimulasi otak selama tidur dan menyoroti pentingnya memeriksa konektivitas fungsional untuk menjelaskan dampaknya.

RINGKASAN PENULIS

Sejumlah penelitian telah menunjukkan hubungan yang jelas antara tidur dan ingatan—yakni, ingatan dikonsolidasikan selama tidur, sehingga menghasilkan representasi yang lebih stabil dan tahan lama.

Kami sebelumnya telah menunjukkan bahwa menandai episode dengan pola stimulasi otak tertentu selama pengkodean dan memutar ulang pola tersebut selama tidur dapat meningkatkan proses konsolidasi ini untuk meningkatkan kepercayaan diri dan pengambilan keputusan dalam ingatan (metamemori).

Di sini, kami memperluas penelitian ini untuk memeriksa perubahan otak tingkat jaringan yang terjadi setelah stimulasi selama tidur yang memprediksi peningkatan metamemori. Dengan menggunakan teori grafik dan metode pembelajaran mesin, kami menemukan bahwa perubahan yang disebabkan oleh stimulasi pada panjang jalur pita beta memperkirakan peningkatan metamemori dalam semalam.

Temuan baru ini memberikan pencerahan baru pada mekanisme saraf konsolidasi memori dan menyarankan aplikasi potensial untuk meningkatkan metamemori.

PERKENALAN

Otak mempunyai kemampuan luar biasa untuk mengubah pertemuan dan episode singkat, bahkan pertemuan “sekali saja”, menjadi kenangan yang bertahan lama. Hal ini terjadi melalui proses yang dikenal sebagai konsolidasi memori, di mana ingatan dalam keadaan labil diputar ulang selama tidur dan diubah menjadi representasi yang lebih stabil. Namun, keberhasilan pengambilan ingatan melibatkan proses kontrol dan pengambilan keputusan, dan bahkan ingatan yang terkonsolidasi selama tidur mungkin sulit untuk diingat atau diambil kembali dengan sedikit keyakinan akan kebenarannya (Koriat & Goldsmith, 1996).

Sensitivitas metamemori, atau kemampuan individu untuk menilai keakuratan ingatannya dengan percaya diri, memainkan peran penting dalam penggunaan ingatan kita. Misalnya, seorang saksi mata suatu kejahatan mungkin telah berhasil mengkodekan rincian penting dari peristiwa tersebut, namun mungkin tidak yakin dengan ingatannya, sehingga menyebabkan keputusan yang salah (Luus & Wells, 1994; Memonet al., 2003; Sporer et al., 1995) .

Dengan demikian, meningkatkan tidak hanya pengambilan memori tetapi juga sensitivitas metamemori sangatlah penting. Di sini, kami menyelidiki peningkatan sensitivitas dengan intervensi saat individu tidur. Selama tidur, rangkaian saraf yang mewakili memori yang dikodekan sebelumnya diaktifkan kembali di area hipokampus dan neokortikal (Euston et al., 2007; Ji & Wilson, 2007; Nádasdyet al., 1999; Sirota dkk., 2003; Skaggs & McNaughton, 1996;

Pemutaran ulang memori sebagian besar diamati selama tidur gelombang lambat, khususnya selama fase positif, atau keadaan atas, dari osilasi 0.5–1.2 Hz yang sedang berlangsung (Lee & Wilson, 2002;Mölle & Born, 2011). Reaktivasi pola saraf spesifik pengkodean disertai dengan aktivitas osilasi talamokortikal 12-15 Hz yang dikenal sebagai spindel, serta ledakan frekuensi tinggi yang berumur pendek di hipokampus yang disebut riak (De Gennaro & Ferrara, 2003; Mölleet al., 2006).

Koordinasi rumit dari pemutaran ulang, spindel, dan riak sangat penting untuk memfasilitasi konsolidasi ingatan ke dalam penyimpanan jangka panjang atau untuk mentransfer ingatan dari hipokampus ke neokorteks (McClelland et al., 1995; McGaugh, 2000; Rasch & Born, 2013; Staresina dkk., 2015).

Konsolidasi ingatan tidak hanya dapat memfasilitasi pengambilannya kembali di kemudian hari, tetapi juga mungkin terkait dengan kepercayaan individu di masa depan terhadap ingatan tersebut; yaitu, konsolidasi dapat memperkuat ingatan dan meningkatkan pembelajaran (Walker & Stickgold, 2004), dan kepercayaan pada ingatan berhubungan dengan kesetiaan ingatan (Dallenbach, 1913).

Dengan demikian, menargetkan proses konsolidasi dengan intervensi dapat memberikan manfaat tidak hanya pada keberhasilan pengambilan memori tetapi juga sensitivitas metamemori. Selama dekade terakhir, para peneliti semakin banyak menyelidiki cara untuk meningkatkan proses konsolidasi memori melalui manipulasi eksternal. Studi intervensi ini menunjukkan bahwa konsolidasi memori yang bergantung pada tidur dapat ditingkatkan dengan dua cara.

Pertama, reaktivasi memori dapat dipicu selama tidur dengan mengekspos kembali individu terhadap isyarat sensorik eksternal, seperti bau atau suara yang muncul selama pengkodean (Antony et al.,2012; Oudiette & Paller, 2013; Schreiner & Rasch, 2014; Rasch et al. , 2007; Rudoy dkk.,2009). Pengaktifan kembali isyarat ini dapat menghasilkan manfaat dalam mengingat item tertentu yang sebelumnya terkait dengan isyarat tersebut.

Kedua, berbagai penelitian telah menunjukkan bahwa penerapan stimulasi listrik transkranial (tES) pada frekuensi tertentu ke otak selama tidur dapat mempotensiasi proses elektrofisiologi endogen, yang mengarah pada fasilitasi konsolidasi memori dan pengenalan atau ingatan selanjutnya (Ketz et al., 2018; Ladenbauer et al. , 2016, 2017; Lustenbergeret al., 2016; Marshall dkk., 2006, 2004;

Studi-studi ini telah menunjukkan peningkatan umum dalam kinerja pengambilan memori setelah tES selama tidur. Yang penting, manfaat terkait stimulasi terhadap memori ini berpotensi disebabkan oleh perubahan spesifik frekuensi dalam konektivitas fungsional antar wilayah otak (Krause et al., 2017).

Ringkasnya, penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa pengambilan ingatan dapat diperkuat melalui neurostimulasi selama tidur, dan berpotensi menunjukkan bahwa individu juga akan memiliki sensitivitas metamemori yang lebih besar, atau korelasi yang lebih besar dalam keakuratan dan kepercayaan diri dalam mengambil keputusan ingatan, untuk episode-episode ini.

Memang benar, beberapa penelitian telah menunjukkan hubungan antara tidur sehat tanpa gangguan dan penilaian metamemori yang utuh (Dauratet al., 2010). Namun, hal ini mungkin tidak terjadi, karena penelitian lain telah menunjukkan disosiasi antara keputusan tingkat pertama (penilaian pengakuan) dan keputusan tingkat kedua (penilaian kepercayaan; Del Cul et al., 2009; Hebart et al., 2016; Rounis et al., 2016; Rounis et al., 2016; Rounis et al. al., 2010).

Hal ini penting karena kepercayaan memori dapat menurun seiring waktu (Shapira & Pansky, 2019), yang menyebabkan kesalahan dalam pelaporan memori dan pengambilan keputusan yang lebih buruk.

Stimulasi saraf pada korteks prefrontal telah terbukti meningkatkan pemantauan memori untuk pertanyaan pengetahuan umum (Chua& Ahmed, 2016; Chua et al., 2017), dan stimulasi ledakan theta untuk menekan aktivitas korteks frontopolar memengaruhi penilaian metakognitif (Ryals et al. , 2016), menunjukkan bahwa teknik tES bisa efektif untuk meningkatkan dan menjaga sensitivitas memori untuk episode yang baru dikodekan dalam satu pengambilan gambar.

Memang benar, penelitian terbaru di laboratorium kami telah menunjukkan bahwa pola termodulasi amplitudo spatiotemporal (STAMPs) yang unik dari tES dapat digunakan untuk meningkatkan konsolidasi tidur dan sensitivitas penilaian ingatan episodik tertentu yang diperoleh dalam realitas virtual yang imersif (Pilly et al., 2020).

Dalam makalah ini, kami memperluas pekerjaan sebelumnya dalam memberi isyarat pengaktifan kembali memori dengan menyelidiki perubahan dalam konektivitas fungsional mengikuti pola tES durasi pendek (yaitu, STAMP) selama tidur.

Konektivitas fungsional sebelumnya telah terbukti dipengaruhi oleh tES saat bangun (Polanía et al., 2011, 2012), serta konsolidasi memori saat tidur (Mölleet al., 2004). Selain itu, konsolidasi ingatan di otak dianggap sebagai proses tingkat sistem, yang didukung oleh kombinasi komunikasi jangka pendek dan jangka panjang antar struktur otak (Staresina et al., 2015).

Hal ini mungkin mirip dengan metamemori, karena penelitian telah menunjukkan konektivitas antara jaringan terdistribusi di area otak, termasuk korteks frontal, precuneus, dan hipokampus mendukung memori dan penilaian metakognitif (Baird et al., 2013; Molenberghs et al., 2016; Morales dkk., 2018; Ren dkk.,2018; Ye dkk., 2019).

Oleh karena itu, memahami bagaimana perubahan dalam konektivitas fungsional berhubungan dengan proses ini sangatlah penting; Namun, sepengetahuan kami, hingga saat ini belum ada penelitian yang meneliti bagaimana perubahan konektivitas fungsional akibat rangsangan selama tidur dapat memengaruhi atau berhubungan dengan konsolidasi memori dan proses pengambilan keputusan.

Untuk menguji perubahan dalam konektivitas fungsional, kami menggunakan ukuran koherensi EEG (Nunez, 1995), khususnya bagian imajiner dari koherensi (Nolte et al., 2004), dan mengekstrak fitur konektivitas dari data koherensi dengan analisis teoritis grafik (Bullmore & Sporns , 2009;Sporn, 2003).

Pendekatan ini memodelkan konektivitas fungsional otak sebagai grafik yang saling berhubungan dan memungkinkan eksplorasi hubungan antara struktur dan fungsi jaringan.

Meskipun kami tertarik pada perubahan konektivitas pada pita Spindle, kami memperluas analisis untuk mencakup beberapa pita frekuensi lainnya, karena aktivitas di banyak pita spektral telah dikaitkan dengan proses memori (Hanslmayr & Staudigl, 2014; Hanslmayr et al., 2012; Lisman & Jensen, 2013). Kami kemudian menggunakan teknik berbasis pembelajaran mesin untuk menentukan fitur teori grafik yang penting untuk membedakan antara kondisi stimulasi Aktif dan Palsu, serta memprediksi perubahan semalam dalam perilaku memori episodik.

Dengan cara ini, kami memberikan wawasan baru tentang modulasi dalam konektivitas fungsional setelah tES berdenyut yang terkait dengan perubahan sensitivitas metamemori untuk memori episodik tertentu.

BAHAN DAN METODE

Partisipan yang dilaporkan dalam makalah ini adalah kelompok partisipan yang sama dari Pilly et al.(2020). Mereka menerima pola tES spatiotemporal singkat yang unik (yaitu, STAMP) selama pengkodean informasi episodik, setengahnya diterapkan kembali selama keadaan osilasi gelombang lambat (SWO) pada malam-malam berikutnya untuk memberi isyarat pengaktifan kembali memori terkait tertentu (Kondisi aktif).

Di lain waktu, individu yang sama juga melakukan tugas memori tanpa rangsangan otak (kondisi Sham).

Oleh karena itu, kami tertarik tidak hanya pada perubahan konektivitas fungsional yang berbeda antara kondisi stimulasi Aktif dan Sham, tetapi juga pada perubahan konektivitas setelah STAMP yang terkait dengan perubahan dalam ingatan episodik tertentu dari sebelum tidur hingga setelah tidur.

Peserta

Sebanyak 30 peserta sehat menyelesaikan percobaan, yang direkrut menggunakan selebaran yang ditempatkan di sekitar kampus Universitas New Mexico dan masyarakat sekitar dan menerima kompensasi uang setelah menyelesaikan penelitian.

Dari jumlah tersebut, enam peserta dikeluarkan dari analisis karena kegagalan peralatan untuk merangsang selama malam Aktif, atau ketidakpatuhan dalam mengikuti instruksi tugas.

Data EEG tidur dari enam peserta tambahan tidak dapat digunakan untuk menghitung ukuran konektivitas fungsional karena artefak yang berlebihan, sehingga menyebabkan dimasukkannya N=18 peserta dalam analisis dan pelaporan akhir. Semua peserta memberikan persetujuan yang ditandatangani untuk berpartisipasi dalam penelitian ini, yang disetujui oleh Chesapeake Institutional Review Board.

Semua peserta adalah penutur asli bahasa Inggris, memiliki pendengaran dan penglihatan normal atau terkoreksi ke normal, dan tidak memiliki riwayat gangguan neurologis atau kejiwaan, atau penyalahgunaan obat-obatan.

Paradigma dan Prosedur Perilaku
Garis besar prosedur percobaan disajikan pada Gambar 1. Percobaan terdiri dari periode penyesuaian untuk melatih peserta dan membiarkan mereka tidur di laboratorium, diikuti oleh dua malam percobaan yang melibatkan pembelajaran dan pengujian.

Malam aklimatisasi hanya dilakukan agar peserta terbiasa tidur di laboratorium, dan data EEG tidak direkam atau dianalisis pada periode ini. Peserta mengkodekan informasi pada malam percobaan pertama. Tugas memori terdiri dari melihat episode realitas virtual yang dikelola dengan headset HTC Vive VR, diikuti dengan beberapa tes ingatan memori mengenai detail dari episode tersebut.

Peserta mengkodekan 14 sketsa realitas virtual, masing-masing berdurasi sekitar satu menit, menggambarkan serangkaian peristiwa dengan dua karakter atau lebih yang melakukan suatu tindakan di sekitar kompleks apartemen. Sketsa tambahan yang lebih panjang digunakan untuk melatih peserta pada masa aklimatisasi. Peserta diuji memorinya untuk sketsa dalam lima sesi tes yang dilakukan selama 48 jam dengan tugas terkomputerisasi non-VR yang dibangun di MATLAB.

Untuk setiap sketsa, 10 item tes dibangun yang terdiri dari pernyataan Benar/Salah pada aspek tertentu dari sketsa tersebut. Masing-masing dari lima daftar tes berisi 28 item, 2 untuk setiap sketsa. Peserta melaporkan apakah pernyataan tes itu Benar/Salah, serta keyakinan ingatan mereka pada skala 1–10. Peserta tidur di laboratorium selama tiga malam.

Prosedurnya terdiri dari empat sesi eksperimen dan satu sesi aklimatisasi. Pada sesi aklimatisasi, peserta melihat sketsa latihan panjang menjawab soal tes latihan, dan kemudian tidur di lab. Pada sesi eksperimen pertama berikutnya (Sesi 1), peserta mengkodekan rangsangan eksperimen.

Separuh peserta menerima tes unik dengan STAMP unik saat melihat sketsa (kondisi Aktif), sedangkan separuh lainnya tidak menerima rangsangan apa pun (kondisi palsu). Para peserta menerima kondisi stimulasi yang berlawanan selama dua malam percobaan tambahan yang dipisahkan sekitar 1 minggu. Setelah menyelesaikan prosedur melihat sketsa, peserta diberikan tes ingatan pertama mereka dan kemudian tidur semalaman di laboratorium. Malam ini, dan bukan malam aklimatisasi, dianggap sebagai "Malam 1".

Para peserta dalam kondisi Aktif menerima setengah dari STAMP pada malam hari untuk memberi isyarat konsolidasi ingatan tertentu pada malam hari. Sebaliknya, partisipan dalam kondisi Sham tidak mendapat rangsangan pada malam hari. Perhatikan bahwa desain penelitian ini memungkinkan kami untuk membandingkan kinerja memori untuk episode yang menerima stimulasi STAMP selama pengkodean dan tidur (Tag & Cue) dengan episode yang hanya menerima stimulasi pada pengkodean (Tag & No Cue). Untuk analisis konektivitas, kami fokus pada kondisi Tag & Cue dan Sham (tidak ada pengkodean atau stimulasi tidur).

Setelah peserta bangun, mereka diberikan tes memori kedua, dan sesi eksperimen diakhiri. Sesi eksperimen kedua (Sesi 2) terjadi pada malam hari setelah sesi pertama. Peserta diberikan tes memori ketiga pada malam hari, pergi tidur, dan menerima tes memori lain setelah bangun tidur.

Periode kedua tidur di laboratorium ini dianggap sebagai "Malam 2". Peserta kelompok aktif sekali lagi menerima STAMP pada malam hari. Tes memori terakhir dilaksanakan sore harinya. Untuk kondisi stimulasi sebaliknya (Sesi 3 dan 4), para peserta melihat 14 sketsa baru dan diberikan tes ingatan yang sesuai selama 2 hari. Dengan cara ini, eksperimen merupakan manipulasi dalam subjek, dengan kondisi Aktif dan Sham yang terjadi kira-kira dalam selang waktu 1 minggu.

Penetapan urutan kondisi stimulasi (Aktif dulu vs. Syam dulu), serta penetapan sketsa, diimbangi antar peserta. Analisis yang dilaporkan dalam makalah ini berfokus pada Malam 2, di mana ditemukan efek perilaku terbesar dari stimulasi STAMP (lihat Pilly dkk., 2020, untuk rincian lebih lanjut).

For more information:1950477648nn@gmail.com