Hiljaisen muistin kumoaminen: aivot käsittelevät aktiivisesti huomaamatonta tietoa

Ihmisaivojen tiedontallennustavan ja sen hyödyntämisen ymmärtäminen erilaisten tehtävien suorittamisessa on jo pitkään ollut neurotieteen ja psykologian tutkimuksen tärkeä tavoite. Tutkijat ovat aiemmin tunnistaneet erityyppisiä muistityyppejä, joilla jokaisella on omat ominaisuutensa ja toimintonsa.

Yksi tällainen muistityyppi on työmuisti, johon liittyy tärkeän tiedon lyhytaikainen tallennus ja käsittely, erityisesti sellaisen tiedon, jota tarvitaan loogisten tehtävien suorittamiseen tai lähitulevaisuuden päätösten tekemiseen. Tutkimukset osoittavat, että tämä tiedon väliaikainen tallennus liittyy tiettyjen aivojen hermosolujen jatkuvaan ja pitkäkestoiseen toimintaan.

Useimmissa aiemmissa työmuistia koskevissa tutkimuksissa on käytetty tehtäviä, joissa osallistujia pyydettiin muistamaan kaikki heille esitetyt tiedot.

Hyvin harvat tutkimukset ovat kuitenkin yrittäneet ymmärtää, miten aivot tallentavat "tarkkaamattomuus"-informaatiota – eli ärsykkeitä, jotka eivät ole sillä hetkellä huomion kohteena eivätkä ole suoraan yhteydessä käsillä olevaan tehtävään.

Puolan tiedeakatemian, SUNY Upstaten, Elkin sotilassairaalan ja Wrocławin lääketieteellisen yliopiston tutkijat päättivät testata teoreettisen mallin pätevyyttä, joka viittaa "aktiivisuus-hiljainen mekanismi" -mekanismin olemassaoloon, joka vastaa tarkkaamattomasta tiedon tallentamisesta.

Heidän Nature Human Behaviour -lehdessä julkaistut tuloksensa kyseenalaistavat tämän teoreettisen oletuksen ja osoittavat sen sijaan, että tarkkaamattomuuden aiheuttaman tiedon tallentuminen liittyy myös hermoston toimintaan.

”Tiedämme, että työmuistimme osia – ajatuksiamme – edustaa erikoistuneiden neuronien aktiivisuus”, vanhempi tutkija Jan Kaminski kertoi Medical Xpressille.
”Kun meidän täytyy pitää jotain mielessämme, tietyt neuronit aktivoituvat. Esimerkiksi kun muistamme puhelinnumeron, tietyt neuronit aktivoituvat tilapäisesti ja koodaavat kyseistä tietoa.”
”Viimeaikaiset tutkimukset ovat kuitenkin viitanneet siihen, että jos muistielementti on tilapäisesti epätarkka, neuronien aktiivisuus palautuu taustatasolle – esimerkiksi kun meidän täytyy muistaa puhelinnumero, mutta vaihdamme tilapäisesti toiseen tehtävään.”

Nämä oletukset perustuivat suurelta osin ei-invasiivisilla menetelmillä, kuten EEG:llä ja fMRI:llä, saatuun dataan. Nämä menetelmät mittaavat kuitenkin satojentuhansien hermosolujen keskimääräistä aktiivisuutta, mikä tarkoittaa, että pienen soluryhmän aktiivisuus voi "nielaista" ympäröivien hermosolujen inaktiivisuuden.

”Laboratoriomme on erikoistunut hermoston toiminnan suoraan tallentamiseen invasiivisten kliinisten toimenpiteiden aikana, kuten epilepsian seurantaa varten potilaiden aivoihin istutettavien elektrodien aikana”, Kaminski sanoo.
”Tämä tarjoaa ainutlaatuisen tilaisuuden testata hiljaisen toiminnan hypoteesia suoraan. Tässä tutkimuksessa tallensimme toimintaa ohimolohkon hermosoluista, jotka tunnetaan roolistaan työmuistissa.”

Osallistujille näytettiin kaksi kuvaa ja heitä pyydettiin muistamaan molemmat, mutta keskittymään vain toiseen kokeen ensimmäisessä osassa. Myöhemmin heidän piti joko jatkaa keskittymistä samaan kuvaan tai vaihtaa aiemmin "epätarkkaan" kuvaan.

”Tätä kokeellista asetelmaa kutsutaan kaksoisretrovihjeparadigmaksi, ja sitä on käytetty aiemmissa tutkimuksissa”, selittää Katarzyna Paluch, artikkelin ensimmäinen kirjoittaja.
”Aktiivisuuden tallentamiseen käytimme kallonsisäistä EEG:tä, kliinistä toimenpidettä, jossa elektrodit asetetaan kirurgisesti suoraan potilaan aivoihin esimerkiksi epilepsian diagnosoimiseksi. Näin pystyimme tallentamaan yksittäisten hermosolujen aktiivisuuden.”

Kun osallistujat vaihtoivat huomionsa kuvasta toiseen, tutkijat tallensivat ohimolohkon hermosolujen aktiivisuutta ymmärtääkseen, miten aivot tallentavat "ei-tarkkaa" tietoa.

"Yllätykseksemme havaitsimme, että jopa kuva, johon osallistuja ei keskittynyt, pysyi aktiivisesti edustettuna hermosolujen kautta", Kaminski sanoi.
"Tämä on ristiriidassa hiljaisen tallennuksen hypoteesin kanssa ja osoittaa, että myös työmuistin epätarkat kohteet ilmenevät aktiivisena hermosolujen toimintaan. Tuloksemme viittaavat siihen, että suuri osa työmuististamme – tämä mentaalinen 'luonnos' – säilyy aktiivisen hermosolujen toiminnan kautta."

Näin ollen ajatukset ja muu huomion ulkopuolella oleva informaatio saavat edelleen tukea aktiivisilta neuroneilta, eivätkä joltain "hiljaiselta" mekanismilta, kuten aiemmin oletettiin.

Sen lisäksi, että näillä löydöksillä on perustavanlaatuinen merkitys muistin toiminnan ymmärtämisessä, ne voivat myös vaikuttaa hoitojen kehittämiseen mielenterveyshäiriöihin, joihin liittyy työmuistin heikkeneminen, kuten ADHD, pakko-oireinen häiriö ja skitsofrenia.

”Tuloksemme antavat meille mahdollisuuden esimerkiksi miettiä hermoimplanttien tai sähköisten stimulaattoreiden luomista, jotka voivat auttaa ylläpitämään tiettyä tietoa työmuistissa ja laajentamaan terapiamahdollisuuksia”, Kaminski lisäsi.
”Laboratoriomme jatkaa parhaillaan työmuistin ja sen hermostollisten mekanismien tutkimista aivotoiminnan suorien tallenteiden avulla.
Tulevaisuudessa aiomme tutkia, miten aivot siirtyvät nykyisen tiedon säilyttämisen ja uuden tiedon muistamisen välillä, mikä on ratkaisevan tärkeää joustavalle kognitiiviselle toiminnalle.”