Liten hjärnregion styr hur vi minns
Liten hjärnregion orkestrerar hur vi segmenterar och minns livets händelser
Livet må utvecklas som en kontinuerlig ström, men våra minnen berättar en annan historia.
Vi minns inte det förflutna som en enda lång, obruten text. Istället minns vi det som en serie meningsfulla händelser, som hur meningar är strukturerade med grammatik och interpunktion.
Precis som alla berättelser ger denna organisation våra upplevelser form och sammanhang, vilket hjälper oss att förstå vad och när saker händer.
Hjärnan måste ägna mycket kraft och utrymme åt denna herkuliska uppgift, eller hur?
Fel! Det visar sig att en liten med mäktig region i hjärnan drar mycket mer än sin vikt.
I en artikel publicerad i tidskriften Neuron kombinerade psykologer vid UCLA och Columbia University hjärnavbildning och pupillmätningar för att visa att en liten samling neuroner i hjärnstammen, känd som locus coeruleus, fungerar som en "minnesåterställningsknapp" under meningsfulla förändringar.
"Vår huvudfråga var: när en upplevelse utvecklas, hur 'vet' hjärnan när ett meningsfullt minne har slutat och nästa har börjat?" sa psykologiprofessorn och huvudförfattaren vid UCLA, David Clewett.
"Forskning har visat att om man stannar kvar i ett stabilt sammanhang, till exempel i samma rum, binds sekventiella upplevelser samman i minnet. Däremot driver en förändring i sammanhanget, eller händelsegränsen, minnena isär för att representera distinkta händelser. På så sätt fungerar sammanhanget som grammatiken i det mänskliga minnet.
"Vad vi fann är att locus coeruleus är mest aktivt vid händelsegränsen när minnen separeras. Således kan denna lilla region i kärnan av hjärnans upphetsningssystem tjäna till att punktera våra tankar och minnen."
Clewett och medförfattarna Ringo Huang vid UCLA och Lila Davachi vid Columbia rekryterade 32 volontärer som tittade på bilder av neutrala objekt medan de befann sig i en MR-skanner. För att manipulera om det omgivande sammanhanget var stabilt eller förändrades spelades enkla toner i antingen höget eller vänster öra.
Åtta rena toner upprepades i samma öra för att skapa en känsla av en sammanhängande händelse, sedan bytte tonen till det andra örat och ändrades i tonhöjd för att framkalla uppfattningen av en händelsegräns. Detta mönster av upprepning och växlingar fortsatte under resten av sekvensen, vilket skapade uppfattningen av fyra olika hörselhändelser.
Forskarna testade sedan hur dessa tonväxlingar påverkade minnet. De resonerade om att tiden ger ett fönster in i hur händelser bildas: när människor framgångsrikt rekonstruerar ordningen i en sekvens, tyder det på att dessa objekt är länkade inom ett enda minne.
Däremot är det svårare att komma ihåg det exakta händelseförloppet när det har lagrats i separata, distinkta minnen.
Som de förutspådde prognostiserade locus coeruleus-aktivering vid händelsegränser senare minnesseperation, vilket visas av sämre förmåga att komma ihåg ordningen på objektpar som spänner över gränser.
Forskarna jämförde också sina mätningar av locus coeruleus-aktivering med mätningar av pupillvidgning som gjordes samtidigt, eftersom pupiller är kända för att vidgas något både när nya händelser inträffar och när locus coeruleus är aktivt.
Dessa mätningar bekräftade att observationer under fMRI faktiskt fångade aktivering i detta lilla hjärnområde. Funktionell magnetisk resonsanstomografi, fMRI, mäter hjärnaktivitet genom att detektera förändringar i blodflödet medan en person befinner sig inuti skannern.
Konsekvenserna av denna neurala och signal från minnesåterställning var långtgående.
Starkare locus coeruleus-aktivering vid gränserna mellan händelser förutspådde större förändringar i aktiveringsmönster inom hippocampus, en hjärnregion som spårar kontextuella detaljer som plats och tid och är central för bildandet av nya minnen.
"En del av hippocampus uppgift är att kartlägga strukturen i våra upplevelser, så den har ett index i början, i mitten och i slutet av händelser." Vi fann att locus coeruleus kan ge den kritiska "start"-signalen till hippocampus som om man säger: "Hej, vi är i en ny händelse nu", sa Davachi.
"Tidigare arbete har visat att utbrott av locus coeruleus-aktivitet hjälper till att omkonfigurera hjärnnätverk för att rikta uppmärksamheten mot nya och viktiga upplevelser. Våra resultat tyder på att denna signal för uppdateringar är ännu mer utbredd och även når minnesrelaterade regioner som bär representationer av pågående händelser."
Forskarna undersökte också hur korta utbrott av locus coeruleus-aktivering påverkas av bakgrundsnivåer av locus coeruleus-aktivitet.
Detta är viktigt eftersom locus coeruleus-neuroner fungerar i två distinkta lägen: ett utbrottsliknande läge som flaggar viktiga händelser och bildar nya minnen, och ett bakgrundsläge som reglerar allmän vakenhet och stress.
"Locus coeruleus är som hjärnans interna larmsystem", sa Clewett. "Men under kronisk stress blir detta system överaktivt." "Resultatet är som att leva med ett brandlarm som aldrig slutar ringa, vilket gör det svårt att märka när en riktig brand bryter ut."
Även om det dynamiska samspelet mellan dessa avfyrningsmönster har studerats i samband med beslutsfattande, perception och lärande, har dess relevans för hur vi uppfattar och minns händelser hittills varit oklar.
Därför började författarna test om utbrott av locus coeruleus-aktivering vid händelsegränser, de neurala signaler som segmenterar minnen, kan försvagas eller förloras under förhållande med kronisk stress.
Denna fråga utgjorde en utmaning, eftersom fMRI ensamt inte kan mäta absoluta nivåer av stress eller locus coeruleus-aktiviering.
För att ta itu med detta använde de en avbildningsmetod som indirekt mäter neuromelanin, en pigmenterad neurokemisk substans som ackumuleras i locus coeruleus med upprepad aktivering över tid.
Som förutspått visade deltagare med högre neuromelaninrelaterad signal, som tros indikera kronisk stress, svagare responser i pupillutvidning på händelsegränser.
Starkare lågfrekventa fluktuationer i locus coeruelus-aktivering, en proxy för bakgrundsnivåer av aktivitet, förutspådde också svagare toppar i locus coeruleus-aktivering och pupillresponser på gränsen under uppgiften.
Tillsammans tyder dessa fynd på att kronisk hyperarousal kan minska en känslighet för förändringar och störa de signaler som förankrar och organiserar nya episoder i minnet.
Identifieringen av locus coeruleus som porten eller ledaren för minnesbildning kan leda till bättre sätt att behandla PTSD och andra minnesrelaterade sjukdomar, såsom Alzheimers sjukdom, där locus coeruleus ovanligt hyperaktiv.
Det finns potentiella sätt att tysta en överaktiv locus coeruleus, antingen farmakologiskt eller genom långsam andning eller till och med handpressade stressbollar.
Men bra långsiktiga lösningar kräver ytterligare forskning och kommer att ta tid att upptäcka och lansera. Att uppfatta händelser på "rätt" sätt är direkt kopplat till bättre minne, vilket tyder på att förbättring av locus coeruleus-funktionen är ett effektivt mål för att antingen skydda eller återställa minnesfunktionen.
Clewett sa att de sofistikerade verktyg som krävs för att undersöka hjärnan kräver den typ av finansiering som bara den federala regeringen kan tillhandahålla. Clewett sa att flera NIH-bidrag som finansierade denna forskning betalade för skanningen och de anläggningar de använde för att göra experimenten, till exempel.
Att bedriva grundvetenskap och klinisk forskning är avgörande för att öppna nya dörrar för behandling av funktionsnedsättande sjukdomar", sa Clewett.
"Nyligen genomförda lagstiftningsåtgärder hotar denna framtid, inte bara för vetenskaplig forskning utan för genombrott som kan förbättra patienters och deras familjers liv. Det är kanske ironiskt att det i en tid då lagstiftning lovar 'stor och vacker förändring' visar sig att en av hjärnans minsta aktörer kan ha störst inverkan på hur vi förstår och minns våra liv."
Kommentarer
Skicka en kommentar