Motbevise stille hukommelse: hjernen behandler aktivt uoppmerksom informasjon

Å forstå hvordan den menneskelige hjernen lagrer informasjon og deretter bruker den til å utføre ulike oppgaver har lenge vært et hovedmål for forskning innen nevrovitenskap og psykologi. Forskere har tidligere identifisert ulike typer hukommelse, hver med sine egne egenskaper og funksjoner.

En slik type er arbeidsminne, som involverer korttidslagring og behandling av viktig informasjon, spesielt den som er nødvendig for å utføre logiske oppgaver eller ta avgjørelser i nær fremtid. Forskning viser at denne midlertidige lagringen av informasjon er knyttet til den konstante og vedvarende aktiviteten til visse nevroner i hjernen.

De fleste tidligere studier av arbeidshukommelse har brukt oppgaver der deltakerne ble bedt om å huske all informasjonen som ble presentert for dem.

Imidlertid har svært få studier forsøkt å forstå hvordan hjernen lagrer «uoppmerksom» informasjon – det vil si stimuli som ikke er i fokus for oppmerksomheten og ikke er direkte relevante for oppgaven.

Forskere fra Det polske vitenskapsakademiet, SUNY Upstate, militærsykehuset i Elk og det medisinske universitetet i Wroclaw bestemte seg for å teste gyldigheten av en teoretisk modell som antyder eksistensen av en «aktivitetsstille mekanisme» som er ansvarlig for å lagre uoppmerksom informasjon.

Resultatene deres, publisert i tidsskriftet Nature Human Behaviour, utfordrer denne teoretiske antagelsen og viser i stedet at lagring av uoppmerksomhetsinformasjon også er assosiert med nevral aktivitet.

«Vi vet at elementer i arbeidshukommelsen vår – tankene våre – er representert av aktiviteten til spesialiserte nevroner», fortalte seniorforfatter Jan Kaminski til Medical Xpress.
«Når vi trenger å huske noe, blir visse nevroner mer aktive. For eksempel, når vi memorerer et telefonnummer, blir visse nevroner midlertidig mer aktive og koder for den informasjonen.»
«Nyere forskning har imidlertid antydet at hvis et minneelement midlertidig er ute av fokus, går nevronenes aktivitet tilbake til bakgrunnsnivåer – for eksempel når vi trenger å huske et telefonnummer, men midlertidig bytter til en annen oppgave.»

Disse antagelsene var i stor grad basert på data innhentet ved hjelp av ikke-invasive metoder som EEG og fMRI. Disse metodene måler imidlertid den gjennomsnittlige aktiviteten til hundretusenvis av nevroner, noe som betyr at aktiviteten til en liten gruppe celler kan bli «svelget opp» av inaktiviteten til omkringliggende nevroner.

«Laboratoriet vårt spesialiserer seg på direkte registrering av nevral aktivitet under invasive kliniske prosedyrer, som å implantere elektroder i pasienters hjerner for å overvåke epilepsi», sier Kaminski.
«Dette gir en unik mulighet til å teste hypotesen om stille aktivitet direkte. I denne studien registrerte vi aktivitet fra nevroner i temporallappen, kjent for sin rolle i arbeidshukommelsen.»

Deltakerne ble vist to bilder og bedt om å huske begge, men å fokusere på bare ett i den første delen av eksperimentet. Senere måtte de enten fortsette å fokusere på det samme bildet eller bytte til det tidligere «ute av fokus».

«Dette eksperimentelle designet kalles dobbel retro-cue-paradigmet og har blitt brukt i tidligere studier», forklarer Katarzyna Paluch, førsteforfatter av artikkelen.
«For å registrere aktivitet brukte vi intrakraniell EEG, en klinisk prosedyre der elektroder plasseres kirurgisk direkte i pasientens hjerne, for eksempel for å diagnostisere epilepsi. Dette tillot oss å registrere aktiviteten til individuelle nevroner.»

Etter hvert som deltakerne flyttet oppmerksomheten fra ett bilde til et annet, registrerte forskerne aktiviteten til nevroner i temporallappen for å forstå hvordan hjernen lagrer «ikke-fokusert» informasjon.

«Til vår overraskelse fant vi ut at selv bildet som deltakeren ikke fokuserte på, fortsatte å bli aktivt representert gjennom nevral avfyring», sa Kaminski.
«Dette motsier hypotesen om stille lagring og viser at elementer som ikke er i fokus i arbeidsminnet også er representert av aktiv nevral aktivitet. Resultatene våre tyder på at en stor del av arbeidsminnet vårt – denne mentale «skissen» – opprettholdes av aktiv nevral avfyring.»

Dermed støttes tanker og annen informasjon som er utenfor oppmerksomhetsfokuset fortsatt av aktive nevroner, og ikke av en «stille» mekanisme, slik man tidligere antok.

I tillegg til deres grunnleggende betydning for å forstå hvordan hukommelsen fungerer, kan disse funnene også påvirke utviklingen av behandlinger for psykiske lidelser som involverer svekket arbeidshukommelse, som ADHD, OCD og schizofreni.

«For eksempel lar resultatene våre oss tenke på å lage nevrale implantater eller elektriske stimulatorer som kan bidra til å bevare spesifikk informasjon i arbeidsminnet, og dermed utvide mulighetene for terapi», la Kaminski til.
«Laboratoriet vårt fortsetter for tiden å studere arbeidsminnet og dets nevrale mekanismer ved hjelp av direkte opptak av hjerneaktivitet.
I fremtiden planlegger vi å studere hvordan hjernen veksler mellom å bevare aktuell informasjon og å huske ny informasjon, noe som er avgjørende for fleksibel kognitiv aktivitet.»