Zusammenfassung: Rhythmische Gehirnaktivität spielt eine Schlüsselrolle bei der vorübergehenden Speicherung wichtiger Informationen im Gedächtnis. Durch die Koordination von Aktivitätsausbrüchen im Laufe der Zeit können überlappende Neuronenpopulationen verschiedene Informationen gleichzeitig speichern, was den Menschen möglicherweise hilft, beim Multitasking konzentriert zu bleiben.
Quelle: Universität Rochester
Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass rhythmische Gehirnaktivität der Schlüssel dazu ist, wichtige Informationen vorübergehend im Gedächtnis zu behalten.
Forscher des Del Monte Institute for Neuroscience an der University of Rochester veröffentlichten diese Ergebnisse heute in Aktuelle Biologie Diese gefundenen Gehirnrhythmen – oder Muster neuronaler Aktivität – organisieren die Aktivitätsausbrüche im Gehirn, die kurzfristige Verbindungen aufrechterhalten.
„Der Gedanke war, dass die vorübergehende Speicherung wichtiger Informationen mit Neuronen im Gehirn verbunden ist, die einfach losfeuern und diese Informationen speichern, bis sie nicht mehr benötigt werden.
„Jüngste Forschungen haben gezeigt, dass es möglicherweise nicht auf eine solche anhaltende Gehirnaktivität ankommt, die für die vorübergehende Speicherung von Informationen am wichtigsten ist, sondern auf eine kurzfristige Stärkung der Verbindungen zwischen Neuronen, die die Informationen repräsentieren.
„Unsere Forschung zeigt, dass Gehirnrhythmen diese vorübergehenden Ausbrüche im Laufe der Zeit organisieren“, sagte Ian Fiebelkorn, PhD, Assistenzprofessor für Neurowissenschaften und leitender Autor der Studie.
„Die rhythmische Koordination der Gehirnaktivität über die Zeit ist wichtig, weil sie es überlappenden Populationen von Neuronen ermöglicht, verschiedene Informationen gleichzeitig zu speichern.“
Fiebelkorns frühere Forschung darüber, wie das Gehirn externe Informationen verarbeitet – wie beim Navigieren auf dem Times Square in New York City – machte eine ähnliche Entdeckung. Er und andere Forscher fanden heraus, dass Gehirnrhythmen helfen, verschiedene Funktionen zu koordinieren, die entweder mit dem Abtasten aktuell wichtiger Informationen oder dem Wechsel zu einer anderen Informationsquelle verbunden sind. In diesem Zusammenhang helfen Gehirnrhythmen, die Konzentration auf die anstehende Aufgabe mit der Vorbereitung auf das Unerwartete in Einklang zu bringen.
In dieser neuen Forschung konzentrierten sich die Forscher auf das Abtasten von intern repräsentierten (oder erinnerten) Informationen. Unter Verwendung des EEG betrachteten die Teilnehmer Bilder mit vertikalen oder horizontalen Linien und wurden gebeten, sich sowohl die Linienrichtung 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. Eine solche Koordination der Gehirnaktivität im Laufe der Zeit ermöglicht es, dass sich die Rolle einiger Neuronen konfliktfrei überschneidet.
„Diese rhythmischen Gehirnprozesse könnten auch erklären, wie wir beim Multitasking konzentriert bleiben – etwa wenn wir versuchen, uns beim Autofahren eine Adresse zu merken“, sagt Fiebelkorn.
„Anstatt uns gleichzeitig auf diese Aufgaben zu konzentrieren, wechseln wir möglicherweise im Sekundentakt zwischen ihnen ab.“
Wie das Gehirn multitaskingfähig ist, 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 rhythmischer zeitlicher Koordination sehen? Daran arbeiten wir als nächstes. Je mehr wir darüber erfahren, wie diese Prozesse typischerweise funktionieren, desto besser verstehen wir, wie diese Dinge bei neurologischen Erkrankungen schief gehen.“
Weitere Autoren sind Miral Abdalaziz und Zach Redding, PhD, vom Del Monte Institute for Neuroscience 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: Kelsie Smith Hayduk
Quelle: Universität Rochester
Kontakt: Kelsie Smith Hayduk – Universität Rochester
Bild: Das Bild ist gemeinfrei
Ursprüngliche Forschung: Offener Zugang.
„Rhythmische zeitliche Koordination neuronaler Aktivität verhindert Repräsentationskonflikte während des Arbeitsgedächtnisses“ von Ian Fiebelkorn et al. Aktuelle Biologie
Abstrakt
Die rhythmische zeitliche Koordination der neuralen Aktivität verhindert Repräsentationskonflikte während des Arbeitsgedächtnisses
Höhepunkte
- Die Leistung des Arbeitsgedächtnisses ist mit frequenzspezifischer neuronaler Aktivität verknüpft
- Verschiedene zu erinnernde Elemente sind verschiedenen Betaphasen (25 Hz) zugeordnet
- Die Theta-Phase scheint die verhaltensrelevante Beta-Band-Aktivität zu koordinieren
- Eine rhythmische zeitliche Koordination hilft, Repräsentationskonflikte zu vermeiden
Zusammenfassung
Selektive Aufmerksamkeit ist durch abwechselnde Zustände gekennzeichnet, die entweder mit Aufmerksamkeitsabtastung oder Aufmerksamkeitsverschiebung verbunden sind und dabei helfen, funktionelle Konflikte zu verhindern, indem funktionsspezifische neuronale Aktivität rechtzeitig isoliert wird.
Wir stellten die Hypothese auf, dass eine solche rhythmische zeitliche Koordination auch dazu beitragen könnte, Repräsentationskonflikte während des Arbeitsgedächtnisses zu verhindern.
Mehrere Elemente können gleichzeitig im Arbeitsgedächtnis gehalten werden, und diese Elemente können durch überlappende neuronale Populationen dargestellt werden.
Traditionelle Theorien gehen davon aus, dass die kurzfristige Speicherung von zu erinnernden Elementen durch anhaltende neuronale Aktivität erfolgt, aber wenn Neuronen gleichzeitig mehrere Elemente darstellen, schafft anhaltende Aktivität ein Potenzial für Repräsentationskonflikte.
Im Vergleich dazu schlagen neuere, „aktivitätslose“ Theorien des Arbeitsgedächtnisses vor, dass synaptische Veränderungen auch zur kurzfristigen Speicherung von zu erinnernden Elementen beitragen.
Vorübergehende Ausbrüche in der neuralen Aktivität könnten statt anhaltender Aktivität dazu dienen, diese synaptischen Veränderungen gelegentlich aufzufrischen.
Hier haben wir EEG und Reaktionszeiten verwendet, um zu testen, ob rhythmische zeitliche Koordination hilft, neuronale Aktivität zu isolieren, die mit verschiedenen zu erinnernden Elementen verbunden ist, und dadurch hilft, Repräsentationskonflikte zu verhindern.
In Übereinstimmung mit dieser Hypothese berichten wir, dass sich die relative Stärke verschiedener Itemrepräsentationen im Laufe der Zeit als Funktion der frequenzspezifischen Phase ändert.
Obwohl RTs während einer Gedächtnisverzögerung mit Theta- (∼6 Hz) und Beta- (∼25 Hz) Phasen verknüpft waren, wechselte die relative Stärke der Item-Repräsentationen nur als Funktion der Beta-Phase.
Die vorliegenden Ergebnisse (1) stimmen damit überein, dass die rhythmische zeitliche Koordination ein allgemeiner Mechanismus zur Verhinderung funktionaler oder repräsentationaler Konflikte während kognitiver Prozesse ist, und (2) informieren Modelle, die die Rolle der oszillierenden Dynamik bei der Organisation des Arbeitsgedächtnisses beschreiben.