Gedächtnissynchronisation: Wie rhythmische Gehirnaktivität das kurzfristige Erinnern unterstützt

Zusammenfassung: Rhythmische Gehirnaktivität spielt eine wichtige Rolle bei der Speicherung wichtiger Informationen im Gedächtnis. Durch die Koordination von Aktivitätsausbrüchen im Laufe der Zeit können überlappende Gruppen von Neuronen verschiedene Informationen gleichzeitig speichern, was den Menschen helfen kann, beim Multitasking konzentriert zu bleiben.

Quelle: Universität Rochester

Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass rhythmische Gehirnaktivität der Schlüssel zum vorübergehenden Erhalt wichtiger Informationen im Gedächtnis ist.

Forscher des Del Monte Neuroscience Institute an der University of Rochester veröffentlichten diese Ergebnisse heute in der Zeitschrift Neurosciences Aktuelle Biologie Diese gefundenen Gehirnrhythmen – oder Muster neuronaler Aktivität – regulieren die Aktivitätsausbrüche im Gehirn, die kurzfristige Verbindungen aufrechterhalten.

„Es wurde angenommen, dass die vorübergehende Speicherung wichtiger Informationen damit zusammenhängt, dass Neuronen im Gehirn losfeuern und diese Informationen speichern, bis sie nicht mehr benötigt werden.

Neuere Forschungen haben gezeigt, dass möglicherweise nicht diese kontinuierliche Gehirnaktivität für die vorübergehende Speicherung von Informationen am wichtigsten ist, sondern die kurzfristige Verstärkung von Verbindungen zwischen Neuronen, die Informationen darstellen.

„Unsere Forschung zeigt, dass Gehirnrhythmen diese flüchtigen Ausbrüche im Laufe der Zeit regulieren“, sagte Ian Fibelkorn, PhD, Assistenzprofessor für Neurowissenschaften und leitender Autor der Studie.

„Die rhythmische Koordination der Gehirnaktivität über die Zeit ist wichtig, weil sie es überlappenden Gruppen von Neuronen ermöglicht, gleichzeitig verschiedene Informationen zu speichern.“

Fiebelkorns frühere Forschung darüber, wie das Gehirn externe Informationen verarbeitet – wie das Navigieren auf dem New Yorker Times Square – machte eine ähnliche Entdeckung. Er und seine Kollegen haben herausgefunden, dass Gehirnrhythmen dabei helfen, verschiedene Funktionen zu koordinieren, die entweder mit dem Sammeln von Informationen von Interesse im Moment oder mit dem Wechsel zu einer anderen Informationsquelle verbunden sind. In diesem Zusammenhang helfen Gehirnrhythmen dabei, sich auf die anstehende Aufgabe zu konzentrieren und sich auf das Unerwartete vorzubereiten.

In dieser neuen Forschung konzentrierten sich die Forscher auf das interne Abtasten (oder Erinnern) von Informationen. Unter Verwendung eines EEG betrachteten die Teilnehmer Bilder mit vertikalen oder horizontalen Linien und wurden gebeten, sich sowohl die Richtung der Linie als auch die Position des Bildes zu merken.

Die Forscher fanden heraus, dass sich die Stärke der internen Repräsentationen dieser verschiedenen Bilder im Laufe der Zeit auf einer Zeitskala von weniger als einer Sekunde mit rhythmischen Schwankungen der Gehirnaktivität abwechselte. Diese Koordination der Gehirnaktivität im Laufe der Zeit ermöglicht es, dass sich die Rolle bestimmter Neuronen konfliktfrei überschneidet.

„Diese zirkadianen Gehirnprozesse könnten auch erklären, wie wir beim Multitasking konzentriert bleiben können – wie beim Versuch, uns beim Autofahren an eine Adresse zu erinnern“, sagte Fibelkorn.

„Anstatt uns gleichzeitig auf diese Aufgaben zu konzentrieren, könnten wir im Sekundentakt zwischen ihnen wechseln.“

How the Brain Multitask ist der nächste Schritt für das Fiebelkorn-Labor. „Was passiert, wenn das Gehirn gleichzeitig externes und internes Sampling durchführen muss, werden wir die gleiche Art von zeitlich-rhythmischer Koordination sehen? Dinge bei neurologischen Störungen.“

Weitere Autoren sind Miral Abdelaziz und Zack Redding, PhD, vom Del Monte Neuroscience Institute an der University of Rochester.

Finanzierung: Diese Forschung wurde von der National Science Foundation und dem Searle Scholars Program unterstützt.

Über diese Nachrichten aus der Gedächtnisforschung

Autor: Kelsey Smith Haiduk
Quelle: Universität Rochester
Kommunikation: Kelsey Smith Haydock – Universität von Rochester
Bild: Das Bild ist gemeinfrei

Ursprüngliche Suche: offener Zugang.
„Die rhythmische zeitliche Koordination der neuralen Aktivität verhindert Repräsentationskonflikte während des ArbeitsgedächtnissesVon Ian Fibelkorn et al. Aktuelle Biologie

eine Zusammenfassung

Die rhythmische zeitliche Koordination der neuralen Aktivität verhindert Repräsentationskonflikte während des Arbeitsgedächtnisses

Höhepunkte

• Die Leistung des Arbeitsgedächtnisses hängt mit der frequenzspezifischen neuronalen Aktivität zusammen
• Unterschiedliche Merkpunkte sind mit unterschiedlichen Beta-Phasen verbunden (25 Hz)
• Die Theta-Phase scheint die verhaltensrelevante Aktivität der Beta-Domäne zu koordinieren
• Rhythmische zeitliche Koordination hilft Repräsentationskonflikten vorzubeugen

Zusammenfassung

Selektive Aufmerksamkeit ist durch abwechselnde Zustände gekennzeichnet, die mit absichtlichem Abtasten oder absichtlichem Verschieben verbunden sind, was dazu beiträgt, funktionelle Konflikte zu verhindern, indem funktionsspezifische neuronale Aktivität zum richtigen Zeitpunkt isoliert wird.

Wir stellten die Hypothese auf, dass eine solche zeitlich-rhythmische Koordination auch dazu beitragen könnte, Repräsentationskonflikte während des Arbeitsgedächtnisses zu verhindern.

Mehrere Items können gleichzeitig im Arbeitsgedächtnis gehalten werden, und diese Items können durch überlappende neuronale Gruppen repräsentiert werden.

Traditionelle Theorien legen nahe, dass die kurzfristige Speicherung von zu erinnernden Elementen durch kontinuierliche neuronale Aktivität erfolgt, aber wenn Neuronen mehrere Elemente gleichzeitig darstellen, schafft die kontinuierliche Aktivität das Potenzial für Repräsentationskonflikte.

Im Vergleich dazu legen Theorien der „stillen Aktivität“ des Arbeitsgedächtnisses nahe, dass synaptische Veränderungen auch zur kurzfristigen Speicherung von Elementen beitragen, die erinnert werden müssen.

Flüchtige Ausbrüche neuraler Aktivität statt anhaltender Aktivität könnten gelegentlich diese synaptischen Veränderungen auffrischen.

Hier haben wir EEGs und Reaktionszeiten verwendet, um zu testen, ob die zeitlich-rhythmische Koordination dabei hilft, die neuronale Aktivität zu isolieren, die mit verschiedenen zu erinnernden Elementen verbunden ist, und so dazu beiträgt, Repräsentationsdiskrepanzen zu verhindern.

In Übereinstimmung mit dieser Hypothese berichten wir, dass sich die relativen Stärken verschiedener Elementdarstellungen im Laufe der Zeit als Funktion der Phase mit der Frequenz ändern.

Obwohl RTs mit Theta- (6 Hz) und Beta-Phasen (25 Hz) während der Gedächtnisverzögerung assoziiert waren, wechselte die relative Stärke der Item-Repräsentationen nur als Funktion der Beta-Phase.

Die vorliegenden Ergebnisse stehen (1) im Einklang mit der zeitlich-rhythmischen Koordination als allgemeinem Mechanismus zur Verhinderung funktionaler oder repräsentationaler Konflikte während kognitiver Prozesse und (2) informieren Modelle, die die Rolle der Schwingungsdynamik bei der Regulation des Arbeitsgedächtnisses beschreiben.