Het vormen en oproepen van herinneringen is een complex systeem van synchronisatie en desynchronisatie in verschillende delen van de hersenen. decade3s- anatomie online / Shutterstock

Probeer je dat laatste diner te herinneren waar je voor uitging. Misschien herinner je je de smaak van die heerlijke pasta, de geluiden van de jazzpianist in de hoek, of die luidruchtige lach van de eenvoudige heer drie tafels voorbij. Wat u zich waarschijnlijk niet kunt herinneren, is moeite doen om deze kleine details te onthouden.

Op de een of andere manier hebben je hersenen de ervaring snel verwerkt en veranderd in een robuust, langdurig geheugen zonder serieuze inspanningen van jezelf. En, zoals je vandaag over die maaltijd nadenkt, hebben je hersenen in een kwestie van seconden een high-definition film van de maaltijd uit het geheugen gegenereerd, voor je mentale kijkplezier.

Ongetwijfeld is ons vermogen om langetermijnherinneringen te creëren en op te halen een fundamenteel onderdeel van de menselijke ervaring - maar we moeten nog veel leren over het proces. We missen bijvoorbeeld een duidelijk begrip van hoe verschillende hersengebieden op elkaar inwerken om herinneringen te vormen en op te halen. Maar onze recente studie werpt een nieuw licht op dit fenomeen door te laten zien hoe neurale activiteit in twee verschillende hersengebieden op elkaar inwerken tijdens het ophalen van het geheugen.

De hippocampus, een structuur diep in de hersenen, wordt al lang gezien als een hub voor geheugen. De hippocampus helpt delen van het geheugen aan elkaar te "lijmen" (het "waar" met het "wanneer") door ervoor te zorgen dat neuronen samen vuren. Dit wordt vaak "neurale synchronisatie" genoemd. Wanneer de neuronen die coderen voor het "waar" synchroniseren met de neuronen die coderen voor het "wanneer", worden deze details geassocieerd met een fenomeen dat bekend staat als "Hebbisch leren'.

Maar de hippocampus is gewoon te klein om elk klein detail van een herinnering op te slaan. Dit heeft onderzoekers ertoe gebracht te veronderstellen dat de hippocampus roept de neocortex op - een regio die complexe sensorische details zoals geluid en zicht verwerkt - om de details van een herinnering te helpen invullen.

De neocortex doet dit door precies het tegenovergestelde te doen van wat de hippocampus doet - het zorgt ervoor dat neuronen niet samen vuren. Dit wordt vaak "neurale desynchronisatie" genoemd. Stel je voor dat je een publiek van 100-mensen om hun namen vraagt. Als ze hun reactie synchroniseren (dat wil zeggen dat ze allemaal tegelijkertijd schreeuwen), zul je waarschijnlijk niets begrijpen. Maar als ze hun reactie desynchroniseren (dat wil zeggen dat ze om de beurt hun naam uitspreken), zul je waarschijnlijk veel meer informatie van hen verzamelen. Hetzelfde geldt voor neocorticale neuronen - als ze synchroniseren, hebben ze moeite om hun boodschap over te brengen, maar als ze desynchroniseren, komt de informatie gemakkelijk over.

Ons onderzoek gevonden dat de hippocampus en de neocortex inderdaad samenwerken bij het oproepen van een herinnering. Dit gebeurt wanneer de hippocampus zijn activiteit synchroniseert om delen van het geheugen aan elkaar te lijmen en later helpt om het geheugen terug te halen. Ondertussen desynchroniseert de neocortex zijn activiteit om informatie over de gebeurtenis te helpen verwerken en later om informatie over het geheugen te helpen verwerken.

Van katten en fietsen

We testten 12-epilepsiepatiënten tussen 24 en 53 jaar oud. Alle hadden elektroden direct in het hersenweefsel van hun hippocampus en neocortex als onderdeel van de behandeling voor hun epilepsie. Tijdens het experiment leerden patiënten associaties tussen verschillende stimuli (zoals woorden, geluiden en video's), en later herinnerden ze zich deze associaties. Een patiënt kan bijvoorbeeld het woord 'kat' krijgen, gevolgd door een video van een fiets die door een straat fietst.

De patiënt zou dan proberen een levendige link tussen de twee (misschien de kat op de fiets) te creëren om hen te helpen de associatie tussen de twee items te onthouden. Later zouden ze een van de items gepresenteerd krijgen en gevraagd worden om de andere terug te roepen. De onderzoekers onderzochten vervolgens hoe de hippocampus in wisselwerking stond met de neocortex toen de patiënten deze associaties aan het leren waren.

Tijdens het leren werd de neurale activiteit in de neocortex gedesynchroniseerd en vervolgens, ongeveer 150 milliseconden later, werd de neurale activiteit in de hippocampus gesynchroniseerd. Het lijkt erop dat informatie over de zintuiglijke details van de stimuli eerst door de neocortex werd verwerkt voordat deze aan de hippocampus werd doorgegeven om aan elkaar te worden gelijmd.

We ontdekten dat de hippocampus en de neocortex nauw samenwerken bij het vormen en ophalen van herinneringen. Orawan Pattarawimonchai / Shutterstock

Fascinerend is dit patroon omgekeerd tijdens het ophalen - neurale activiteit in de hippocampus eerst gesynchroniseerd en vervolgens, ongeveer 250 milliseconden later, neurale activiteit in de neocortex gedesynchroniseerd. Deze keer leek het erop dat de hippocampus eerst een herinnering uit het geheugen opriep en vervolgens de neocortex om de bijzonderheden begon te vragen.

Onze bevindingen ondersteunen een recente theorie wat suggereert dat een gedesynchroniseerde neocortex en gesynchroniseerde hippocampus moeten samenwerken om herinneringen te vormen en op te roepen.

Hoewel hersenstimulatie een veelbelovende methode is geworden voor het stimuleren van onze cognitieve voorzieningen, is het moeilijk gebleken om de hippocampus te stimuleren om het langetermijngeheugen te verbeteren. Het belangrijkste probleem is dat de hippocampus zich diep in de hersenen bevindt en moeilijk te bereiken is met hersenstimulatie die wordt toegepast vanaf de hoofdhuid. Maar de bevindingen uit deze studie bieden een nieuwe mogelijkheid. Door de regio's in de neocortex te stimuleren die communiceren met de hippocampus, kan de hippocampus misschien indirect worden gestuwd om nieuwe herinneringen te creëren of oude herinneringen op te roepen.

Meer inzicht in de manier waarop de hippocampus en de neocortex samenwerken bij het vormen en oproepen van herinneringen, kan belangrijk zijn voor het verder ontwikkelen van nieuwe technologieën die kunnen helpen het geheugen te verbeteren voor mensen met cognitieve beperkingen zoals dementie, en voor het stimuleren van het geheugen in de bevolking als geheel.

Over de auteurs

Benjamin J. Griffiths, Doctoraal onderzoeker, Universiteit van Birmingham en Simon Hanslmayr,, Universiteit van Birmingham

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

books_behavior