Herhaaldelijk oefenen verbetert het werkgeheugen en verandert de hersenbanen

Uit een nieuw onderzoek van UCLA Health blijkt dat herhaaldelijk oefenen niet alleen helpt bij het verbeteren van vaardigheden, maar ook leidt tot aanzienlijke veranderingen in de geheugenbanen van de hersenen.

Het onderzoek, gepubliceerd in Nature en uitgevoerd in samenwerking met The Rockefeller University, probeerde te onthullen hoe het vermogen van de hersenen om informatie op te slaan en te verwerken, bekend als werkgeheugen, wordt verbeterd door training.

Om dit te testen lieten de onderzoekers muizen gedurende twee weken een reeks geuren identificeren en onthouden. De onderzoekers volgden de neurale activiteit bij de dieren terwijl ze de taak uitvoerden, met behulp van een nieuwe, op maat gemaakte microscoop om de cellulaire activiteit van maximaal 73.000 neuronen tegelijkertijd in de hersenschors in beeld te brengen.

De studie vond transformaties in werkgeheugencircuits in de secundaire motorcortex terwijl muizen de taak in de loop van de tijd herhaalden. Toen de muizen de taak voor het eerst begonnen te leren, waren de geheugenrepresentaties onstabiel. Na herhaaldelijk oefenen van de taak begonnen de geheugenpatronen zich echter te stabiliseren of te ‘kristalliseren’, zegt hoofdauteur van het onderzoek en UCLA Health-neuroloog dr. Payman Golshani.

Effect van optogenetische remming op de taakuitvoering van het werkgeheugen (WM).
A. Experimentele opstelling.
B. Proeftypen in de WM-taak met vertraagde associatie; Het likken werd beoordeeld gedurende een periode van drie seconden, waarbij vroege en late vertragingsperioden werden gemarkeerd.
C. Voortgang van het leren gedurende acht sessies, gemeten aan de hand van het percentage juiste antwoorden.
D. Voorbeeld van een trainingssessie, met gemarkeerde likjes.
e. Effect van foto-inhibitie op taakprestaties over verschillende tijdperken heen (vierde seconde van de vertragingsperiode, P = 0,009; vijfde seconde van de vertragingsperiode, P = 0,005; tweede geur, P = 0,0004; eerste seconde van de keuzeperiode, P = 0,0001). Statistische analyse werd uitgevoerd met behulp van gepaarde t-tests.
F. Foto-inhibitie van M2 in de laatste 2 seconden van de vertragingsperiode tijdens de eerste 7 dagen van de training verslechtert de taakuitvoering. N = 4 (muizen die stGtACR2 tot expressie brengen) en n = 4 (muizen die mCherry tot expressie brengen). P-waarden bepaald met behulp van t-tests met twee steekproeven voor sessies 1–10 waren als volgt: P1 = 0,8425, P2 = 0,4610, P3 = 0,6904, P4 = 0,0724, P5 = 0,0463, P6 = 0,0146, P7 = 0,0161, P8 = 0,7065, P9 = 0,6530 en P10 = 0,7955. Voor c, e en f worden gegevens weergegeven als gemiddelde ± s.e.m. NS, niet significant; *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,01, ***P ≤ 0,001, ****P ≤ 0,0001.
Bron: Natuur (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07425-w

“Als je je voorstelt dat elk neuron in de hersenen als een andere toon klonk, varieerde de melodie die de hersenen genereerden bij het uitvoeren van een taak van dag tot dag, maar werd vervolgens steeds verfijnder en vergelijkbaar naarmate de dieren de taak bleven oefenen ”, zei Golshani.

Deze veranderingen geven inzicht in waarom de prestaties na herhaaldelijk oefenen nauwkeuriger en automatischer worden.

"Deze ontdekking vergroot niet alleen ons begrip van leren en geheugen, maar heeft ook implicaties voor de aanpak van problemen die verband houden met geheugenstoornissen", aldus Golshani.

Het werk werd uitgevoerd door Dr. Arash Bellafard, een UCLA-projectwetenschapper, in nauwe samenwerking met de groep van Dr. Alipasha Vaziri aan de Rockefeller University.