Het weerleggen van stille herinneringen: de hersenen verwerken actief onoplettende informatie

Begrijpen hoe het menselijk brein informatie opslaat en vervolgens gebruikt om verschillende taken uit te voeren, is al lang een belangrijk doel van onderzoek in de neurowetenschap en psychologie. Wetenschappers hebben eerder al verschillende typen geheugen geïdentificeerd, elk met zijn eigen kenmerken en functies.

Een voorbeeld hiervan is het werkgeheugen, dat de kortetermijnopslag en -verwerking van belangrijke informatie omvat, met name informatie die nodig is om logische taken uit te voeren of in de nabije toekomst beslissingen te nemen. Onderzoek toont aan dat deze tijdelijke opslag van informatie verband houdt met de constante en aanhoudende activiteit van bepaalde neuronen in de hersenen.

De meeste eerdere onderzoeken naar het werkgeheugen maakten gebruik van taken waarbij deelnemers alle informatie die aan hen werd gepresenteerd, moesten onthouden.

Er zijn echter maar weinig onderzoeken die hebben geprobeerd te begrijpen hoe de hersenen ‘onoplettende’ informatie opslaan – dat wil zeggen, stimuli die op dat moment niet in het middelpunt van de belangstelling staan en niet direct relevant zijn voor de taak die uitgevoerd moet worden.

Wetenschappers van de Poolse Academie van Wetenschappen, SUNY Upstate, het Militair Ziekenhuis in Elk en de Medische Universiteit van Wroclaw besloten de geldigheid te testen van een theoretisch model dat het bestaan suggereert van een 'activiteitsloos mechanisme' dat verantwoordelijk is voor het opslaan van onoplettende informatie.

Hun resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Human Behaviour, betwisten deze theoretische aanname en laten juist zien dat het opslaan van onoplettende informatie ook verband houdt met neurale activiteit.

"We weten dat elementen van ons werkgeheugen – onze gedachten – worden gerepresenteerd door de activiteit van gespecialiseerde neuronen", vertelde hoofdauteur Jan Kaminski aan Medical Xpress.
"Wanneer we iets in gedachten moeten houden, worden bepaalde neuronen actiever. Bijvoorbeeld, wanneer we een telefoonnummer onthouden, worden bepaalde neuronen tijdelijk actiever en coderen ze die informatie."
"Recent onderzoek suggereert echter dat als een geheugenelement tijdelijk onscherp is, de activiteit van de neuronen terugkeert naar het achtergrondniveau – bijvoorbeeld wanneer we een telefoonnummer moeten onthouden, maar tijdelijk overschakelen naar een andere taak."

Deze aannames waren grotendeels gebaseerd op gegevens verkregen met behulp van niet-invasieve methoden zoals EEG en fMRI. Deze methoden meten echter de gemiddelde activiteit van honderdduizenden neuronen, wat betekent dat de activiteit van een kleine groep cellen kan worden "opgeslokt" door de inactiviteit van omliggende neuronen.

"Ons lab is gespecialiseerd in het direct registreren van neuronale activiteit tijdens invasieve klinische procedures, zoals het implanteren van elektroden in de hersenen van patiënten om epilepsie te monitoren", aldus Kaminski.
"Dit biedt een unieke kans om de stille-activiteitshypothese direct te testen. In deze studie registreerden we de activiteit van neuronen in de temporaalkwab, bekend om hun rol in het werkgeheugen."

Deelnemers kregen twee afbeeldingen te zien en werd gevraagd beide te onthouden, maar zich in het eerste deel van het experiment slechts op één afbeelding te concentreren. Later moesten ze ofwel blijven focussen op dezelfde afbeelding, ofwel overschakelen naar de eerder "onscherpe" afbeelding.

"Dit experimentele ontwerp wordt het dubbele retro-cue-paradigma genoemd en is al in eerdere studies gebruikt", legt Katarzyna Paluch, de eerste auteur van het artikel, uit.
"Om activiteit te registreren, gebruikten we intracraniaal EEG, een klinische procedure waarbij elektroden chirurgisch rechtstreeks in de hersenen van de patiënt worden geplaatst, bijvoorbeeld om epilepsie te diagnosticeren. Hierdoor konden we de activiteit van individuele neuronen registreren."

Terwijl de deelnemers hun aandacht van de ene afbeelding naar de andere verplaatsten, registreerden de wetenschappers de activiteit van neuronen in de temporaalkwab om te begrijpen hoe de hersenen 'niet-gefocuste' informatie opslaan.

"Tot onze verbazing ontdekten we dat zelfs het beeld waarop de deelnemer zich niet concentreerde, actief gerepresenteerd bleef door neurale activiteit", aldus Kaminski.
"Dit spreekt de stille opslaghypothese tegen en toont aan dat onscherpe items in het werkgeheugen ook gerepresenteerd worden door actieve neurale activiteit. Onze resultaten suggereren dat een groot deel van ons werkgeheugen – deze mentale 'schets' – in stand wordt gehouden door actieve neurale activiteit."

Gedachten en andere informatie die buiten de focus van onze aandacht liggen, worden dus nog steeds ondersteund door actieve neuronen, en niet door een of ander ‘stil’ mechanisme, zoals eerder werd aangenomen.

Deze bevindingen zijn niet alleen van fundamenteel belang voor het begrijpen van hoe het geheugen werkt, maar ze kunnen ook van invloed zijn op de ontwikkeling van behandelingen voor psychische stoornissen waarbij het werkgeheugen is aangetast, zoals ADHD, OCD en schizofrenie.

"Onze resultaten stellen ons bijvoorbeeld in staat om na te denken over het creëren van neurale implantaten of elektrische stimulatoren die kunnen helpen bij het vasthouden van specifieke informatie in het werkgeheugen, waardoor de mogelijkheden voor therapie worden uitgebreid", voegde Kaminski eraan toe.
"Ons lab onderzoekt momenteel het werkgeheugen en de neurale mechanismen ervan met behulp van directe registraties van hersenactiviteit.
In de toekomst zijn we van plan te onderzoeken hoe de hersenen schakelen tussen het vasthouden van actuele informatie en het onthouden van nieuwe informatie, wat cruciaal is voor flexibele cognitieve activiteit."