Obalanie cichej pamięci: mózg aktywnie przetwarza informacje nieuważne

Zrozumienie, w jaki sposób ludzki mózg przechowuje informacje, a następnie wykorzystuje je do wykonywania różnych zadań, od dawna stanowi główny cel badań w dziedzinie neuronauki i psychologii. Naukowcy zidentyfikowali już różne rodzaje pamięci, z których każdy ma swoje własne cechy i funkcje.

Jednym z takich typów jest pamięć robocza, która zajmuje się krótkotrwałym przechowywaniem i przetwarzaniem ważnych informacji, zwłaszcza tych potrzebnych do wykonywania zadań logicznych lub podejmowania decyzji w najbliższej przyszłości. Badania pokazują, że to tymczasowe przechowywanie informacji jest związane ze stałą i długotrwałą aktywnością niektórych neuronów w mózgu.

Większość dotychczasowych badań nad pamięcią roboczą opierała się na zadaniach, w których uczestnicy musieli zapamiętać wszystkie prezentowane im informacje.

Jednakże bardzo niewiele badań próbowało zrozumieć, w jaki sposób mózg przechowuje informacje „nieuwagowe” – czyli bodźce, które nie są w danej chwili przedmiotem uwagi i nie są bezpośrednio związane z wykonywanym zadaniem.

Naukowcy z Polskiej Akademii Nauk, SUNY Upstate, Szpitala Wojskowego w Ełku i Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu postanowili sprawdzić trafność modelu teoretycznego, który sugeruje istnienie „mechanizmu aktywności-ciszy” odpowiedzialnego za przechowywanie nieuważnych informacji.

Wyniki ich badań, opublikowane w czasopiśmie Nature Human Behaviour, podważają to założenie teoretyczne i zamiast tego pokazują, że przechowywanie nieuważnych informacji wiąże się również z aktywnością neuronalną.

„Wiemy, że elementy naszej pamięci roboczej – nasze myśli – są reprezentowane przez aktywność wyspecjalizowanych neuronów” – powiedział starszy autor Jan Kaminski w wywiadzie dla Medical Xpress.
„Kiedy musimy coś zapamiętać, niektóre neurony stają się bardziej aktywne. Na przykład, gdy zapamiętujemy numer telefonu, niektóre neurony tymczasowo stają się bardziej aktywne, kodując tę informację”.
„Jednak ostatnie badania sugerują, że jeśli jakiś element pamięci jest chwilowo nieostry, aktywność neuronów wraca do poziomu tła – na przykład, gdy musimy zapamiętać numer telefonu, ale chwilowo przełączyć się na inne zadanie”.

Założenia te opierały się w dużej mierze na danych uzyskanych metodami nieinwazyjnymi, takimi jak EEG i fMRI. Metody te mierzą jednak średnią aktywność setek tysięcy neuronów, co oznacza, że aktywność niewielkiej grupy komórek może zostać „pochłonięta” przez nieaktywność otaczających ją neuronów.

„Nasze laboratorium specjalizuje się w bezpośrednim rejestrowaniu aktywności neuronalnej podczas inwazyjnych procedur klinicznych, takich jak wszczepianie elektrod do mózgów pacjentów w celu monitorowania padaczki” – mówi Kaminski.
„To wyjątkowa okazja do bezpośredniego przetestowania hipotezy cichej aktywności. W tym badaniu rejestrowaliśmy aktywność neuronów w płacie skroniowym, znanych ze swojej roli w pamięci roboczej”.

Uczestnikom pokazano dwa zdjęcia i poproszono o zapamiętanie obu, ale w pierwszej części eksperymentu skupienie się tylko na jednym. Później musieli albo nadal skupiać się na tym samym zdjęciu, albo przejść do tego, które wcześniej było „nieostre”.

„Ten eksperymentalny projekt nosi nazwę paradygmatu podwójnego sygnału wstecznego i był już stosowany w poprzednich badaniach” – wyjaśnia Katarzyna Paluch, pierwsza autorka artykułu.
„Aby zarejestrować aktywność, wykorzystaliśmy wewnątrzczaszkowe EEG, procedurę kliniczną, w której elektrody są chirurgicznie umieszczane bezpośrednio w mózgu pacjenta, na przykład w celu diagnozy padaczki. Pozwoliło nam to zarejestrować aktywność poszczególnych neuronów”.

Gdy uczestnicy przenosili uwagę z jednego obrazu na drugi, naukowcy rejestrowali aktywność neuronów w płacie skroniowym, aby zrozumieć, w jaki sposób mózg przechowuje informacje „niezwiązane z koncentracją”.

„Ku naszemu zaskoczeniu odkryliśmy, że nawet obraz, na którym uczestnik nie skupiał uwagi, nadal był aktywnie reprezentowany poprzez aktywność neuronalną” – powiedział Kaminski.
„To przeczy hipotezie cichego przechowywania i pokazuje, że nieostre obiekty w pamięci roboczej są również reprezentowane przez aktywną aktywność neuronalną. Nasze wyniki sugerują, że znaczna część naszej pamięci roboczej – ten mentalny „szkic” – jest podtrzymywana przez aktywną aktywność neuronalną”.

Dzięki temu myśli i inne informacje, które nie znajdują się w centrum uwagi, są nadal wspierane przez aktywne neurony, a nie przez jakiś „cichy” mechanizm, jak wcześniej zakładano.

Oprócz ich fundamentalnego znaczenia dla zrozumienia, jak działa pamięć, odkrycia te mogą również wpłynąć na rozwój metod leczenia zaburzeń psychicznych, które wiążą się z upośledzeniem pamięci roboczej, takich jak ADHD, OCD i schizofrenia.

„Na przykład nasze wyniki pozwalają nam myśleć o tworzeniu implantów neuronowych lub stymulatorów elektrycznych, które mogłyby pomóc w utrzymaniu określonych informacji w pamięci roboczej, rozszerzając możliwości terapii” – dodał Kaminski.
„Nasze laboratorium kontynuuje obecnie badania nad pamięcią roboczą i jej mechanizmami neuronalnymi, wykorzystując bezpośrednie rejestry aktywności mózgu.
W przyszłości planujemy zbadać, jak mózg przełącza się między utrzymywaniem bieżących informacji a zapamiętywaniem nowych, co ma kluczowe znaczenie dla elastyczności aktywności poznawczej”.