The Enigma of Working Memory: Changing Views Del 1

Abstrakt

Arbeidsminne er av stor interesse på grunn av dets betydning for kognitiv funksjon, dets forhold til bevissthet og dets svekkelser i sykdom, men de cellulære mekanismene forblir unnvikende og kontroversielle.

Cellulære mekanismer er uatskillelige fra minnet. Forskning viser at dannelse og bevaring av hukommelse er relatert til aktiviteten til nevroner. Cellulære mekanismer er de grunnleggende enhetene som utgjør nevroner, så deres funksjon, struktur og regulering har en viktig innvirkning på dannelse og bevaring av minne. Det følgende vil introdusere prosessen med hukommelsesdannelse, bevaring og glemme fra perspektivet til cellulære mekanismer.

Dannelsen av minne er hovedsakelig avhengig av endringer i synapser. Synapser er viktige deler av kommunikasjon mellom nevroner. Forbindelsene deres bestemmer ikke bare dannelsen og funksjonen til nevronale nettverk, men er også hovedstedet hvor minnet dannes. Forskning har funnet at styrken og antallet synaptiske forbindelser kan forbedres gjennom trening og læring, som kalles synaptisk plastisitet. Synaptisk plastisitet inkluderer hovedsakelig langsiktig potensering (LTP) og langtidsdepresjon (LTD). LTP kan forlenge eksitabiliteten til nevroner, forbedre nevronal aktivitet og fremme minnedannelse. LTD, tvert imot, kan svekke neuronal aktivitet, noe som fører til glemsel og utryddelse. Synaptisk plastisitet er derfor nøkkelen til minnedannelse og bevaring.

Cellulære mekanismer spiller også en viktig rolle i dannelsen og bevaringen av minne gjennom nevrotransmittere. Nevrotransmittere er kjemiske signaler som kommuniserer mellom nevroner og regulerer nevronal aktivitet og synaptisk plastisitet. Tidligere forskning har vist at dopamin er en viktig nevrotransmitter i dannelse og bevaring av hukommelse. Dopamin kan fremme dannelsen av LTP og forhindre forekomsten av LTD, og dermed styrke forbindelsene mellom nevroner og fremme dannelsen og bevaringen av hukommelsen.

I tillegg påvirker cellulære mekanismer også dannelsen og bevaringen av minne gjennom epigenetisk regulering. Epigenetikk refererer til genetiske fenomener som påvirker genuttrykk, inkludert DNA-metylering, histonmodifikasjoner, etc. Disse modifikasjonene kan endre gentranskripsjonsnivåer, promoteraktivitet osv., og dermed påvirke nevronal aktivitet og gjensidige forbindelser. Forskning har funnet at minnedannelse og bevaring er relatert til reguleringsmekanismer som histonmodifikasjon og DNA-metylering.

Oppsummert spiller cellulære mekanismer en kritisk rolle i dannelsen og bevaringen av minne, ikke bare gjennom synaptisk plastisitet, nevrotransmittermodulasjon og epigenetisk regulering, men også gjennom mange andre mekanismer. Derfor bør vi studere disse mekanismene nøye og forstå deres funksjoner og virkemåter, for bedre å utnytte disse mekanismene og fremme forbedringen av hukommelsen vår. Det kan sees at vi trenger å forbedre hukommelsen vår. Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen betydelig, fordi Cistanche deserticola også kan regulere balansen av nevrotransmittere, som å øke nivåene av acetylkolin og vekstfaktorer. Disse stoffene er svært viktige for hukommelse og læring. I tillegg kan kjøtt også forbedre blodstrømmen og fremme oksygentilførsel, noe som kan sikre at hjernen får tilstrekkelig med næringsstoffer og energi, og dermed forbedre hjernens vitalitet og utholdenhet.

improve cognitive function

Klikk vet kosttilskudd for å forbedre hukommelsen

En fersk artikkel av Barbosand-kolleger omstøter konklusjonene fra en innflytelsesrik studie av Wolff og kolleger, som konkluderte med at arbeidsminnet kan opprettholdes i en skjult tilstand av den forbigående plastisiteten til synaptiske forbindelser som danner dynamiske ensembler av nevroner som koder informasjon midlertidig. En reanalyse av dataene avslører at det er en vedvarende elektrisk aktiv signatur i EEG-registreringene som opprettholdes så lenge arbeidsminnet varer.

Denne reanalysen legger til en stor mengde bevis som indikerer at arbeidsminnet er kodet av vedvarende handlingspotensialavfyring.

Imidlertid viser flere studier at ubevisste (uovervåket) arbeidsminner kan gjenkalles selv i fravær av målbar nevral aktivitet, noe som tyder på at elektrisk stille mekanismer kan være involvert. Å teste den hypotesen er problematisk, gitt at den ikke antyder noen nevronal avfyring som lett kan måles.

Nøkkelord

Arbeidsminne, oppmerksomhet, skjulte tilstander, subliminal persepsjon, synaptisk plastisitet, EEG, fMRI og korttidshukommelse.

I motsetning til andre former for hukommelse som beholder tidligere erfaringer for fremtidig tilbakekalling, opprettholder arbeidsminnet informasjon i sanntid mens du utfører en oppgave. De cellulære mekanismene til arbeidsminne kan også skille seg fra andre former for hukommelse, og dette er et spørsmål om pågående forskning.

Arbeidsminnet har svært begrenset kapasitet og kort varighet (for gjennomgang, se Linden 2007), men denne evnen er avgjørende for ulike kognitive funksjoner og atferd. Det er en viktig komponent av intelligens, og arbeidsminnet er ofte redusert av svekkelser fra aldring, sykdom eller rus.

Det er to ledende teorier for mekanismen for arbeidsminne; hver av dem støttes av elektrofysiologiske og funksjonelle hjerneavbildningsdata. En fersk studie (Barbosa og andre 2021) omstøter konklusjonene fra en banebrytende studie (Wolff og andre 2017) som støttet teorien om at arbeidsminne er avhengig av aktivitetsavhengig synaptisk plastisitet.

Dette ble ikke oppnådd ved å utføre nye eksperimenter, men i stedet ved å analysere dataene fra den tidligere artikkelen på nytt. Ved å bruke nye analytiske tilnærminger for å analysere originaldataene på nytt, finner forfatterne bevis som støtter en alternativ hypotese.

ways to improve your memory

To teorier for arbeidsminne

To teorier for mekanismen for arbeidsminne er "aktivitets-stille nevrale nettverk" og "vedvarende aktivitet." Den første foreslår at aktivitetsavhengig synaptisk plastisitet kobler nevroner funksjonelt til transientneurale ensembler som koder for opplevelsen (GoldmanRakic 1995). I følge denne teorien driver spike-timing-avhengig plastisitet forbigående biokjemiske endringer ved individuelle synapser som øker eller reduserer nevrotransmittersignalering for å danne dynamiske nevrale nettverk som beholder opplevelsen.

Intracellulær kalsiumdynamikk som påvirker synaptisk overføring kan være tilstrekkelig til å danne forbigående nevrale sammenstillinger som er dynamisk modifisert av ny informasjon (Mongillo og andre 2008). Disse raske aktivitetsavhengige endringene i synaptisk styrke avtar raskt; funksjonell kobling av nevrale nettverk løses opp, og arbeidsminnet går tapt.

Den midlertidige lagringen av informasjon i arbeidsminnet ved korte endringer i synaptisk styrke vil muliggjøre rask koding av informasjon som kan oppdateres dynamisk for å opprettholde ny informasjon i minnet i sanntid. Viktigere er at de synaptisk koblede nevrale nettverkene er elektrisk stillegående. Det vil si at informasjon som er kodet i nevrale nettverk, reaktiveres under tilbakekalling, omtrent på samme måte som korttids- og langtidsminner lagres og hentes frem, ikke ved opprettholdt aksjonspotensial i disse kretsene.

Den alternative hypotesen er at arbeidsminnet opprettholdes av vedvarende aksjonspotensiale. Kontinuerlig avfyring av aksjonspotensialer ville være en usannsynlig og energisk ineffektiv måte å lagre informasjon på i lange perioder, men siden arbeidsminnet fungerer i sanntid og vedvarer i bare noen få sekunder, vil synaptiske plastisitetsmekanismer for informasjonslagring og tilbakekalling som er ansvarlige for kortsiktig og langsiktig minne er kanskje ikke nødvendig.

I stedet kan vedvarende aksjonspotensialskyting i nevrale nettverk som er ansvarlige for persepsjon og informasjonsbehandling opprettholde informasjon med det umiddelbare formålet å utføre en spesifikk kognitiv oppgave. Faktisk, hvis det er bevissthet om en hendelse mens atferden utføres, vil det forventes vedvarende aksjonspotensial i kortikale kretsløp.

Det er langvarig bevis for vedvarende avfyring av handlingspotensialer i løpet av forsinkelsesperioden før tilbakekalling av arbeidsminne. Den prefrontale cortex er navet i arbeidsminnet fordi det er her ulike aspekter av sensorisk opplevelse kombineres for å danne et sammenhengende skjema. Banebrytende studier på ikke-menneskelige primater etablerte viktigheten av den prefrontale cortex i arbeidsminnet (Butters og Pandya 1969), og elektrofysiologiske registreringer på 1970-tallet avslørte nevronal avfyring i den prefrontale cortex av aper som ble opprettholdt under varigheten av en arbeidsminneoppgave (Fuster og Alexander 1971).

Tilsvarende har økt aktivitet opprettholdt i løpet av forsinkelsesperioden i arbeidsminneoppgaver også blitt vist ved funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI; Courtney og andre 1997) og elektroencefalografi (EEG; Foster og andre 2016) studier på mennesker. Sensorisk cortex og andre hjerneregioner kan vise seg lignende oppførsel.

improve brain

En vanskelighet er imidlertid at en slik vedvarende aktivitet kan være underordnet den grunnleggende mekanismen for arbeidsminne; for eksempel kan det reflektere nevralaktivitet relatert til oppmerksomhet (Lewis-Peacock og andre2012). Faktisk har andre studier vist at nevral aktivitet kan vokse og avta i løpet av forsinkelsesperioden før tilbakekallingen. Ofte faller nevral aktivitet til baseline og bygger seg opp i styrke mot slutten av en forsinkelsesperiode uten å forvente tilbakekalling som er nødvendig for å utføre en repeterende oppgave (Barak og andre 2010).

Sammen antyder disse studiene at selv om vedvarende aksjonspotensial kan føre til arbeidsminne, kan andre elektrisk stille mekanismer beholde arbeidsminnet i noen tilfeller. En sparsommelig forklaring er at tilstedeværende arbeidsminner (de som beholdes i bevisst bevissthet) og uovervåket (ikke-bevisste) arbeidsminner kan fungere gjennom forskjellige cellulære mekanismer.

Deltok versus Unattended Working Memory

Arbeidsminnet kan opprettholdes uten bevissthet, og deretter tilbakekalles etter en passende pekepinn, som når man glemmer tankerekka i en samtale, men så husker den umiddelbart når de blir minnet om det som ble sagt bare sekunder tidligere.

Til støtte for dette kan en enkelt TMS (transkraniell magnetisk stimulering)-puls gjenopprette et tapt visuelt arbeidsminne i studier på mennesker, og øke nivåene av nevral aktivitet oppdaget av MR og EEG som er en indikasjon på å gjenkalle minnet (Rose og andre 2016). Dette støtter hypotesen om at uovervåkede minner lagres av andre mekanismer enn vedvarende aksjonspotensial.

I disse eksperimentene blir deltakerne presentert samtidig med to objekter på en dataskjerm. Etter en kort forsinkelse fikk de beskjed om hvem av de to de skulle huske. Dermed blir det fremkomne bildet i fokus for oppmerksomhet og opprettholdes i en ivaretatt arbeidsminnetilstand.

improve memory