Het raadsel van het werkgeheugen: veranderende opvattingen, deel 1

Abstract

Het werkgeheugen is van groot belang vanwege het belang ervan in de cognitieve functie, de relatie ervan met het bewustzijn en de beperkingen ervan bij ziekte, maar de cellulaire mechanismen blijven ongrijpbaar en controversieel.

Cellulaire mechanismen zijn onlosmakelijk verbonden met het geheugen. Onderzoek toont aan dat de vorming en het behoud van geheugen verband houden met de activiteit van neuronen. Cellulaire mechanismen zijn de basiseenheden waaruit neuronen bestaan. Hun functie, structuur en regulatie hebben dus een belangrijke invloed op de vorming en het behoud van het geheugen. Het volgende zal het proces van geheugenvorming, behoud en vergeten introduceren vanuit het perspectief van cellulaire mechanismen.

De vorming van geheugen is voornamelijk afhankelijk van veranderingen in synapsen. Synapsen zijn belangrijke onderdelen van de communicatie tussen neuronen. Hun verbindingen bepalen niet alleen de vorming en functie van neuronale netwerken, maar zijn ook de belangrijkste plaats waar geheugen wordt gevormd. Uit onderzoek is gebleken dat de sterkte en het aantal synaptische verbindingen kunnen worden verbeterd door middel van training en leren, wat synaptische plasticiteit wordt genoemd. Synaptische plasticiteit omvat voornamelijk langetermijnpotentiatie (LTP) en langdurige depressie (LTD). LTP kan de prikkelbaarheid van neuronen verlengen, de neuronale activiteit verbeteren en geheugenvorming bevorderen. LTD daarentegen kan de neuronale activiteit verzwakken, wat kan leiden tot vergeetachtigheid en uitsterven. Synaptische plasticiteit is daarom de sleutel tot geheugenvorming en -behoud.

Cellulaire mechanismen spelen ook een belangrijke rol bij de vorming en het behoud van geheugen via neurotransmitters. Neurotransmitters zijn chemische signalen die communiceren tussen neuronen en de neuronale activiteit en synaptische plasticiteit reguleren. Uit eerder onderzoek is gebleken dat dopamine een belangrijke neurotransmitter is bij de vorming en het behoud van het geheugen. Dopamine kan de vorming van LTP bevorderen en het optreden van LTD voorkomen, waardoor de verbindingen tussen neuronen worden versterkt en de vorming en het behoud van geheugen worden bevorderd.

Bovendien beïnvloeden cellulaire mechanismen ook de vorming en het behoud van geheugen door middel van epigenetische regulatie. Epigenetica verwijst naar genetische verschijnselen die de genexpressie beïnvloeden, waaronder DNA-methylatie, histon-modificaties, enz. Deze modificaties kunnen de gentranscriptieniveaus, promotoractiviteit enz. veranderen, waardoor de neuronale activiteit en onderlinge verbindingen worden beïnvloed. Uit onderzoek is gebleken dat geheugenvorming en -behoud verband houden met regulerende mechanismen zoals histonmodificatie en DNA-methylatie.

Samenvattend spelen cellulaire mechanismen een cruciale rol bij de vorming en het behoud van het geheugen, niet alleen door synaptische plasticiteit, modulatie van neurotransmitters en epigenetische regulatie, maar ook door vele andere mechanismen. Daarom moeten we deze mechanismen zorgvuldig bestuderen en hun functies en werkingsmechanismen begrijpen, om deze mechanismen beter te kunnen gebruiken en de verbetering van ons geheugen te bevorderen. Het is duidelijk dat we ons geheugen moeten verbeteren. Cistanche deserticola kan het geheugen aanzienlijk verbeteren, omdat Cistanche deserticola ook de balans van neurotransmitters kan reguleren, zoals het verhogen van de niveaus van acetylcholine en groeifactoren. Deze stoffen zijn erg belangrijk voor het geheugen en het leren. Bovendien kan vlees ook de bloedstroom verbeteren en de zuurstoftoevoer bevorderen, wat ervoor kan zorgen dat de hersenen voldoende voedingsstoffen en energie krijgen, waardoor de vitaliteit en het uithoudingsvermogen van de hersenen worden verbeterd.

Klik op supplementen kennen om het geheugen te verbeteren

Een recent artikel van Barbosa en collega's vernietigt de conclusies van een invloedrijk onderzoek van Wolff en collega's, waarin werd geconcludeerd dat het werkgeheugen in een verborgen staat kan worden gehouden door de voorbijgaande plasticiteit van synaptische verbindingen die dynamische ensembles vormen van neuronen die tijdelijk informatie coderen. Een heranalyse van de gegevens laat zien dat er een blijvende elektrisch actieve signatuur in de EEG-opnamen aanwezig is die gedurende de hele duur van het werkgeheugen behouden blijft.

Deze heranalyse draagt ​​bij aan een grote hoeveelheid bewijsmateriaal dat erop wijst dat het werkgeheugen wordt gecodeerd door aanhoudende actiepotentialen.

Verschillende onderzoeken tonen echter aan dat onbewuste (onbeheerde) werkherinneringen kunnen worden opgeroepen, zelfs als er geen meetbare neurale activiteit is, wat erop wijst dat er mogelijk elektrisch stille mechanismen bij betrokken zijn. Het testen van deze hypothese is problematisch, aangezien er geen neuronaal vuur uit voortkomt dat gemakkelijk gemeten kan worden.

Trefwoorden

Werkgeheugen, aandacht, verborgen toestanden, subliminale perceptie, synaptische plasticiteit, EEG, fMRI en kortetermijngeheugen.

In tegenstelling tot andere vormen van geheugen die ervaringen uit het verleden vasthouden voor toekomstige herinnering, houdt het werkgeheugen informatie in realtime vast tijdens het uitvoeren van een taak. De cellulaire mechanismen van het werkgeheugen kunnen ook verschillen van andere vormen van geheugen, en dit is een kwestie van lopend onderzoek.

Het werkgeheugen heeft een zeer beperkte capaciteit en een korte duur (voor een overzicht, zie Linden 2007), maar dit vermogen is essentieel voor diverse cognitieve functies en gedragingen. Het is een belangrijk onderdeel van intelligentie, en het werkgeheugen wordt vaak verminderd door beperkingen als gevolg van veroudering, ziekte of dronkenschap.

Er zijn twee leidende theorieën over het mechanisme van het werkgeheugen; elk ervan wordt ondersteund door elektrofysiologische en functionele beeldvormingsgegevens van de hersenen. Een recent onderzoek (Barbosa en anderen 2021) vernietigt de conclusies van een baanbrekend onderzoek (Wolff en anderen 2017) dat de theorie ondersteunde dat het werkgeheugen afhankelijk is van activiteitsafhankelijke synaptische plasticiteit.

Dit werd niet bereikt door nieuwe experimenten uit te voeren, maar in plaats daarvan door de gegevens uit het eerdere artikel opnieuw te analyseren. Door gebruik te maken van nieuwe analytische benaderingen om de oorspronkelijke gegevens opnieuw te analyseren, vinden de auteurs bewijsmateriaal dat een alternatieve hypothese ondersteunt.

Twee theorieën over het werkgeheugen

Twee theorieën over het mechanisme van het werkgeheugen zijn 'activiteitsstille neurale netwerken' en 'aanhoudende activiteit'. De eerste stelt dat activiteitsafhankelijke synaptische plasticiteit neuronen functioneel koppelt tot transientneurale ensembles die de ervaring coderen (GoldmanRakic ​​1995). Volgens deze theorie zorgt de van spike-timing afhankelijke plasticiteit voor voorbijgaande biochemische veranderingen bij individuele synapsen die de neurotransmittersignalering vergroten of verkleinen om dynamische neurale netwerken te vormen die de ervaring vasthouden.

Intracellulaire calciumdynamiek die de synaptische transmissie beïnvloedt zou voldoende kunnen zijn om voorbijgaande neurale assemblages te vormen die dynamisch worden gemodificeerd door nieuwe informatie (Mongillo en anderen 2008). Deze snelle activiteitsafhankelijke veranderingen in synaptische kracht nemen snel af; de functionele koppeling van de neurale netwerken verdwijnt en het werkgeheugen gaat verloren.

De tijdelijke opslag van informatie in het werkgeheugen door korte veranderingen in de synaptische sterkte zou een snelle codering van informatie mogelijk maken die dynamisch kan worden bijgewerkt om nieuwe informatie in realtime in het geheugen vast te houden. Belangrijk is dat de synaptisch gekoppelde neurale netwerken elektrisch stil zijn. Dat wil zeggen dat informatie die in de neurale netwerken is gecodeerd, tijdens het terugroepen opnieuw wordt geactiveerd, net zoals korte- en langetermijnherinneringen worden opgeslagen en opgeroepen, en niet door het in stand houden van actiepotentiaal in deze circuits.

De alternatieve hypothese is dat het werkgeheugen in stand wordt gehouden door aanhoudende actiepotentialen. Het voortdurend afvuren van actiepotentialen zou een onwaarschijnlijke en energetisch inefficiënte manier zijn om informatie voor lange perioden op te slaan, maar aangezien het werkgeheugen in realtime werkt en slechts een paar seconden aanhoudt, zijn synaptische plasticiteitsmechanismen van informatieopslag en -herinnering die verantwoordelijk zijn voor de korte en lange termijn geheugen is misschien niet nodig.

In plaats daarvan zou aanhoudend actiepotentiaal in neurale netwerken die verantwoordelijk zijn voor perceptie en informatieverwerking informatie kunnen vasthouden met het directe doel een specifieke cognitieve taak uit te voeren. Als er sprake is van bewust bewustzijn van een gebeurtenis terwijl het gedrag wordt uitgevoerd, zou er een aanhoudend actiepotentiaal in de corticale circuits kunnen worden verwacht.

Er bestaat al lang bestaand bewijs voor het aanhoudend afvuren van actiepotentialen tijdens de vertragingsperiode vóór het oproepen in het werkgeheugen. De prefrontale cortex is het centrum van het werkgeheugen, omdat hier verschillende aspecten van de zintuiglijke ervaring worden gecombineerd om een ​​samenhangend schema te vormen. Baanbrekende studies bij niet-menselijke primaten hebben het belang van de prefrontale cortex in het werkgeheugen aangetoond (Butters en Pandya 1969), en elektrofysiologische opnames in de jaren zeventig onthulden neuronale stimulatie in de prefrontale cortex van apen die aanhield gedurende de duur van een werkgeheugentaak (Fuster en Alexander 1971).

Op vergelijkbare wijze is de toegenomen activiteit tijdens de vertragingsperiode bij werkgeheugentaken ook aangetoond door functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI; Courtney en anderen 1997) en elektro-encefalografie (EEG; Foster en anderen 2016) onderzoeken bij mensen. Sensorische cortex en andere hersengebieden kunnen soortgelijk gedrag.

Eén moeilijkheid is echter dat een dergelijke aanhoudende activiteit ondergeschikt kan zijn aan het fundamentele mechanisme van het werkgeheugen; Het zou bijvoorbeeld neurale activiteit kunnen weerspiegelen die verband houdt met aandacht (Lewis-Peacock en anderen 2012). Andere onderzoeken hebben zelfs aangetoond dat neurale activiteit kan toenemen en afnemen tijdens de vertragingsperiode vóór het terugroepen. Vaak daalt de neurale activiteit naar de basislijn en wordt deze weer sterker tegen het einde van een vertragingsperiode in afwachting van de herinnering die nodig is om een ​​repetitieve taak uit te voeren (Barak en anderen 2010).

Samen suggereren deze onderzoeken dat hoewel aanhoudend actiepotentiaalvuur het werkgeheugen kan aantasten, andere elektrisch stille mechanismen in sommige gevallen het werkgeheugen kunnen vasthouden. Eén spaarzame verklaring is dat bewaakte werkherinneringen (de herinneringen die in het bewuste bewustzijn worden vastgehouden) en onbeheerde (niet-bewuste) werkherinneringen via verschillende cellulaire mechanismen kunnen werken.

Bewaakt versus onbeheerd werkgeheugen

Het werkgeheugen kan zonder bewust bewustzijn in stand worden gehouden en vervolgens na een passend signaal worden opgeroepen, zoals wanneer iemand zijn of haar gedachtengang tijdens een gesprek vergeet, maar het zich vervolgens onmiddellijk weer herinnert wanneer hij wordt herinnerd aan wat er slechts enkele seconden eerder is gezegd.

Ter ondersteuning hiervan kan een enkele TMS-puls (transcraniële magnetische stimulatie) een verloren gegaan visueel werkgeheugen herstellen in onderzoeken bij mensen, en de niveaus van neurale activiteit verhogen die worden gedetecteerd door fMRI en EEG en die indicatief zijn voor het oproepen van het geheugen (Rose en anderen 2016). Dit ondersteunt de hypothese dat onbeheerde herinneringen worden opgeslagen door andere mechanismen dan het aanhoudend afvuren van actiepotentialen.

Bij deze experimenten krijgen de deelnemers tegelijkertijd twee objecten op een computerscherm te zien. Na een korte vertraging kregen ze te horen welke van de twee ze moesten onthouden. Het gecude beeld wordt dus het middelpunt van de aandacht en blijft in een bewaakte werkgeheugentoestand.

Er werd een verhoogde neurale respons geïdentificeerd, gedetecteerd door fMRI en EEG in afzonderlijke experimenten, die overeenkwam met het moment waarop het beeld werd herkend.

For more information:1950477648nn@gmail.com