Afvise tavs hukommelse: hjernen bearbejder aktivt uopmærksom information

At forstå, hvordan den menneskelige hjerne lagrer information og derefter bruger den til at udføre forskellige opgaver, har længe været et vigtigt mål for forskning inden for neurovidenskab og psykologi. Forskere har tidligere identificeret forskellige typer hukommelse, hver med sine egne karakteristika og funktioner.

En sådan type er arbejdshukommelse, som involverer korttidslagring og bearbejdning af vigtig information, især den information, der er nødvendig for at udføre logiske opgaver eller træffe beslutninger i den nærmeste fremtid. Forskning viser, at denne midlertidige lagring af information er forbundet med den konstante og vedvarende aktivitet af visse neuroner i hjernen.

De fleste tidligere studier af arbejdshukommelse har brugt opgaver, hvor deltagerne blev bedt om at huske al den information, de fik præsenteret.

Imidlertid har meget få studier forsøgt at forstå, hvordan hjernen lagrer "uopmærksom" information – det vil sige stimuli, der ikke i øjeblikket er i fokus for opmærksomheden, og som ikke er direkte relevante for den aktuelle opgave.

Forskere fra det polske videnskabsakademi, SUNY Upstate, militærhospitalet i Elk og det medicinske universitet i Wroclaw besluttede at teste gyldigheden af en teoretisk model, der antyder eksistensen af en "aktivitets-tavs mekanisme", der er ansvarlig for at lagre uopmærksom information.

Deres resultater, der er offentliggjort i tidsskriftet Nature Human Behaviour, udfordrer denne teoretiske antagelse og viser i stedet, at lagring af uopmærksom information også er forbundet med neural aktivitet.

"Vi ved, at elementer af vores arbejdshukommelse – vores tanker – er repræsenteret af aktiviteten fra specialiserede neuroner," fortalte seniorforfatter Jan Kaminski til Medical Xpress.
"Når vi har brug for at huske noget, bliver visse neuroner mere aktive. For eksempel, når vi husker et telefonnummer, bliver visse neuroner midlertidigt mere aktive og koder denne information."
"Nyere forskning har dog antydet, at hvis et hukommelseselement midlertidigt er ude af fokus, vender neuronernes aktivitet tilbage til baggrundsniveauet – for eksempel når vi har brug for at huske et telefonnummer, men midlertidigt skifter til en anden opgave."

Disse antagelser var i vid udstrækning baseret på data opnået ved hjælp af ikke-invasive metoder som EEG og fMRI. Disse metoder måler dog den gennemsnitlige aktivitet af hundredtusindvis af neuroner, hvilket betyder, at aktiviteten af en lille gruppe celler kan "opsluges" af inaktiviteten af omgivende neuroner.

"Vores laboratorium specialiserer sig i direkte registrering af neural aktivitet under invasive kliniske procedurer, såsom implantation af elektroder i patienters hjerner for at overvåge epilepsi," siger Kaminski.
"Dette giver en unik mulighed for at teste hypotesen om tavs aktivitet direkte. I dette studie registrerede vi aktivitet fra neuroner i temporallappen, der er kendt for deres rolle i arbejdshukommelsen."

Deltagerne fik vist to billeder og blev bedt om at huske begge, men kun fokusere på ét i den første del af eksperimentet. Senere skulle de enten fortsætte med at fokusere på det samme billede eller skifte til det tidligere "ude af fokus".

"Dette eksperimentelle design kaldes dobbelt retro-cue-paradigmet og er blevet brugt i tidligere studier," forklarer Katarzyna Paluch, artiklens førsteforfatter.
"For at registrere aktivitet brugte vi intrakraniel EEG, en klinisk procedure, hvor elektroder kirurgisk placeres direkte i patientens hjerne, for eksempel for at diagnosticere epilepsi. Dette gjorde det muligt for os at registrere aktiviteten af individuelle neuroner."

Da deltagerne skiftede deres opmærksomhed fra ét billede til et andet, registrerede forskerne aktiviteten af neuroner i temporallappen for at forstå, hvordan hjernen lagrer "ikke-fokuseret" information.

"Til vores overraskelse fandt vi, at selv det billede, som deltageren ikke fokuserede på, fortsatte med at blive aktivt repræsenteret gennem neural affyring," sagde Kaminski.
"Dette modsiger hypotesen om tavs lagring og viser, at elementer i arbejdshukommelsen, der ikke er i fokus, også repræsenteres af aktiv neural aktivitet. Vores resultater tyder på, at en stor del af vores arbejdshukommelse - denne mentale 'skitse' - vedligeholdes af aktiv neural affyring."

Således understøttes tanker og anden information, der er uden for opmærksomhedens fokus, stadig af aktive neuroner og ikke af en "tavs" mekanisme, som tidligere antaget.

Ud over deres fundamentale betydning for forståelsen af, hvordan hukommelsen fungerer, kan disse fund også påvirke udviklingen af behandlinger for psykiske lidelser, der involverer nedsat arbejdshukommelse, såsom ADHD, OCD og skizofreni.

"For eksempel giver vores resultater os mulighed for at overveje at skabe neurale implantater eller elektriske stimulatorer, der kan hjælpe med at bevare specifik information i arbejdshukommelsen og dermed udvide mulighederne for terapi," tilføjede Kaminski.
"Vores laboratorium fortsætter i øjeblikket med at studere arbejdshukommelsen og dens neurale mekanismer ved hjælp af direkte optagelser af hjerneaktivitet.
I fremtiden planlægger vi at studere, hvordan hjernen skifter mellem at bevare aktuel information og at huske ny information, hvilket er afgørende for fleksibel kognitiv aktivitet."