Att bilda och återkalla minnen är ett komplext system för synkronisering och desynkronisering i olika delar av hjärnan. decennium3- anatomi online / Shutterstock

Försök att komma ihåg den sista middagen du gick ut på. Du kanske kanske kommer ihåg smaken på den läckra pastan, ljuden från jazzpianisten i hörnet, eller det lustiga skrattet från den portly gentlemannen tre bord över. Vad du förmodligen inte kommer ihåg är att anstränga dig för att komma ihåg någon av dessa små detaljer.

På något sätt har din hjärna snabbt bearbetat upplevelsen och förvandlat den till ett robust, långvarigt minne utan någon allvarlig ansträngning från dig själv. Och när du reflekterar över den måltiden idag, har din hjärna genererat en högdefinitionsfilm av måltiden från minnet, för ditt mentala tittande nöje, inom några sekunder.

Utan tvekan är vår förmåga att skapa och hämta långsiktiga minnen en grundläggande del av den mänskliga upplevelsen - men vi har fortfarande mycket att lära oss om processen. Till exempel saknar vi en tydlig förståelse för hur olika hjärnregioner samverkar för att bilda och hämta minnen. Men vår senaste studie kastar nytt ljus på detta fenomen genom att visa hur nervaktivitet i två distinkta hjärnregioner samverkar under minnesåtervinning.

Hippocampus, en struktur belägen djupt i hjärnan, har länge sett som ett nav för minnet. Hippocampus hjälper till att "limma" delar av minnet tillsammans ("var" med "när") genom att säkerställa att neuroner skjuter ihop. Detta kallas ofta ”neuralsynkronisering”. När nervcellerna som kodar för ”där” synkroniseras med nervcellerna som kodar för ”när”, kopplas dessa detaljer till genom ett fenomen som kallas ”Hebreiska lärande".

Men hippocampus är helt enkelt för liten för att lagra varje liten detalj i ett minne. Detta har lett forskare att teoretisera att hippocampus uppmanar neocortex - en region som bearbetar komplexa sensoriska detaljer som ljud och syn - för att hjälpa till att fylla i detaljerna i ett minne.

Neocortex gör detta genom att göra exakt motsatsen till vad hippocampus gör - det säkerställer att neuroner inte skjuter ihop. Detta kallas ofta ”neural desynchronisation”. Föreställ dig att be en publik av 100 personer om deras namn. Om de synkroniserar sitt svar (det vill säga att de alla skriker ut samtidigt) kommer du förmodligen inte att förstå någonting. Men om de desynkroniserar sitt svar (det vill säga att de svänger sina namn) kommer du förmodligen att samla in mycket mer information från dem. Detsamma gäller för neokortiska neuroner - om de synkroniserar kämpar de för att få sitt budskap över, men om de desynkroniserar kommer informationen lätt över.

Vår forskning funnit att hippocampus och neocortex faktiskt fungerar tillsammans när man minns ett minne. Detta händer när hippocampus synkroniserar sin aktivitet för att limma delar av minnet tillsammans och senare hjälper till att återkalla minnet. Under tiden desynkroniserar neocortex sin aktivitet för att bearbeta information om händelsen och senare hjälpa till att bearbeta information om minnet.

Av katter och cyklar

Vi testade 12 epilepsipatienter mellan 24 och 53 års ålder. Alla hade elektroder placerade direkt i hjärnvävnaden i deras hippocampus och neocortex som en del av behandlingen för deras epilepsi. Under experimentet lärde patienterna samband mellan olika stimuli (som ord, ljud och videor) och återkallade senare dessa föreningar. Till exempel kan en patient visas ordet "katt" följt av en video av en cykel som cyklar ner en gata.

Patienten försökte sedan skapa en livlig länk mellan de två (kanske katten som cyklar) för att hjälpa dem att komma ihåg sambandet mellan de två föremålen. Senare skulle de presenteras för en av artiklarna och uppmanas att återkalla den andra. Forskarna undersökte sedan hur hippocampus interagerade med neocortex när patienterna lärde sig och återkallade dessa föreningar.

Under inlärningen desynkroniserades neuralaktivitet i neocortex och sedan, omkring 150 millisekunder senare, nervaktivitet i hippocampus. Tydligen behandlades information om stimulansens sensoriska detaljer först av neocortex, innan den överfördes till hippocampus för att limmas ihop.

Vi fann att hippocampus och neocortex fungerar nära varandra när vi bildar och hämtar minnen. Orawan Pattarawimonchai / Shutterstock

Fascinerande, detta mönster vändes under återhämtning - nervaktivitet i hippocampus synkroniserades först och sedan, omkring 250 millisekunder senare, neuronaktivitet i neocortex desynkroniserad. Den här gången verkade det som om hippocampus först återkallade en väsentlig del av minnet och sedan började fråga neocortex för detaljerna.

Våra resultat stöder en ny teori vilket antyder att en desynkroniserad neocortex och en synkroniserad hippocampus måste interagera för att bilda och återkalla minnen.

Även om hjärnstimulering har blivit en lovande metod för att öka våra kognitiva anläggningar, har det visat sig vara svårt att stimulera hippocampus för att förbättra långsiktigt minne. Det viktigaste problemet har varit att hippocampus är belägen djupt i hjärnan och är svår att nå med hjärnstimulering som appliceras från hårbotten. Men resultaten från denna studie ger en ny möjlighet. Genom att stimulera regionerna i neocortex som kommunicerar med hippocampus, kan kanske hippocampus indirekt pressas för att skapa nya minnen eller återkalla gamla.

Att förstå mer om hur hippocampus och neocortex arbetar tillsammans när man bildar och återkallar minnen kan vara viktigt för att vidareutveckla ny teknik som kan hjälpa till att förbättra minnet för dem som lider av kognitiva svårigheter såsom demens och för att öka minnet i befolkningen i stort.

Om författarna

Benjamin J. Griffiths, Doktorander, University of Birmingham och Simon Hanslmayr,, University of Birmingham

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

books_behavior