Att motbevisa tyst minne: hjärnan bearbetar aktivt ouppmärksam information

Att förstå hur den mänskliga hjärnan lagrar information och sedan använder den för att utföra olika uppgifter har länge varit ett viktigt mål för forskning inom neurovetenskap och psykologi. Forskare har tidigare identifierat olika typer av minne, var och en med sina egna egenskaper och funktioner.

En sådan typ är arbetsminne, vilket involverar korttidslagring och bearbetning av viktig information, särskilt sådan som behövs för att utföra logiska uppgifter eller fatta beslut inom en snar framtid. Forskning visar att denna tillfälliga lagring av information är förknippad med den konstanta och ihållande aktiviteten hos vissa neuroner i hjärnan.

De flesta tidigare studier om arbetsminne har använt uppgifter där deltagarna ombads att komma ihåg all information som presenterades för dem.

Emellertid har väldigt få studier försökt förstå hur hjärnan lagrar "ouppmärksamhet" – det vill säga stimuli som för närvarande inte är i fokus och inte är direkt relevanta för den aktuella uppgiften.

Forskare från Polska vetenskapsakademin, SUNY Upstate, militärsjukhuset i Elk och medicinska universitetet i Wroclaw beslutade att testa giltigheten av en teoretisk modell som antyder existensen av en "aktivitets-tyst mekanism" som ansvarar för att lagra ouppmärksam information.

Deras resultat, publicerade i tidskriften Nature Human Behaviour, utmanar detta teoretiska antagande och visar istället att lagring av ouppmärksam information också är förknippad med neural aktivitet.

”Vi vet att delar av vårt arbetsminne – våra tankar – representeras av aktiviteten hos specialiserade neuroner”, berättade seniorförfattaren Jan Kaminski för Medical Xpress.
”När vi behöver hålla något i minnet blir vissa neuroner mer aktiva. Till exempel, när vi memorerar ett telefonnummer, blir vissa neuroner tillfälligt mer aktiva och kodar för den informationen.”
”Ny forskning har dock antytt att om ett minneselement tillfälligt är ur fokus, återgår neuronernas aktivitet till bakgrundsnivåer – till exempel när vi behöver komma ihåg ett telefonnummer men tillfälligt byter till en annan uppgift.”

Dessa antaganden baserades till stor del på data som erhållits med icke-invasiva metoder som EEG och fMRI. Dessa metoder mäter dock den genomsnittliga aktiviteten hos hundratusentals neuroner, vilket innebär att aktiviteten hos en liten grupp celler kan "uppslukas" av inaktiviteten hos omgivande neuroner.

”Vårt laboratorium specialiserar sig på att direkt registrera neural aktivitet under invasiva kliniska procedurer, såsom att implantera elektroder i patienters hjärnor för att övervaka epilepsi”, säger Kaminski.
”Detta ger en unik möjlighet att testa hypotesen om tyst aktivitet direkt. I den här studien registrerade vi aktivitet från neuroner i tinningloben, kända för sin roll i arbetsminnet.”

Deltagarna fick se två bilder och ombads att komma ihåg båda, men att bara fokusera på en i den första delen av experimentet. Senare var de tvungna att antingen fortsätta fokusera på samma bild eller byta till den tidigare "ofokuserade".

”Denna experimentella design kallas dubbel retro-cue-paradigm och har använts i tidigare studier”, förklarar Katarzyna Paluch, artikelns första författare.
”För att registrera aktivitet använde vi intrakraniell EEG, en klinisk procedur där elektroder placeras kirurgiskt direkt i patientens hjärna, till exempel för att diagnostisera epilepsi. Detta gjorde det möjligt för oss att registrera aktiviteten hos enskilda neuroner.”

När deltagarna skiftade sin uppmärksamhet från en bild till en annan, registrerade forskarna aktiviteten hos neuroner i tinningloben för att förstå hur hjärnan lagrar "icke-fokuserad" information.

"Till vår förvåning fann vi att även den bild som deltagaren inte fokuserade på fortsatte att representeras aktivt genom neural avfyrning", sa Kaminski.
"Detta motsäger hypotesen om tyst lagring och visar att objekt som inte är i fokus i arbetsminnet också representeras av aktiv neural aktivitet. Våra resultat tyder på att en stor del av vårt arbetsminne – denna mentala 'skiss' – upprätthålls genom aktiv neural avfyrning."

Således stöds tankar och annan information som ligger utanför uppmärksamhetens fokus fortfarande av aktiva neuroner, och inte av någon "tyst" mekanism, som man tidigare antagit.

Förutom deras grundläggande betydelse för att förstå hur minnet fungerar, kan dessa fynd också påverka utvecklingen av behandlingar för psykiska störningar som involverar nedsatt arbetsminne, såsom ADHD, OCD och schizofreni.

”Till exempel låter våra resultat oss fundera på att skapa neurala implantat eller elektriska stimulatorer som kan hjälpa till att behålla specifik information i arbetsminnet, vilket utökar möjligheterna till terapi”, tillade Kaminski.
”Vårt laboratorium fortsätter för närvarande att studera arbetsminnet och dess neurala mekanismer med hjälp av direkta inspelningar av hjärnaktivitet.
I framtiden planerar vi att studera hur hjärnan växlar mellan att behålla aktuell information och att komma ihåg ny information, vilket är avgörande för flexibel kognitiv aktivitet.”