Cum se concentrează creierul pentru a activa memoria de lucru?

Memoria de lucru, acea abilitate la îndemână de a reține și manipula în mod conștient noi informații în minte. În special, neuronii participanți din cortexul prefrontal trebuie să lucreze împreună în sincron pentru a ne concentra gândurile.

Un nou studiu realizat de cercetătorii de la Institutul Picower pentru învățare și memorie de la MIT arată cum apare această concentrare.

• Câte minute de somn pierdem din cauza substanțelor toxice din plastic?
• Somnul ajută creierul să se pregătească pentru viitor. Iată cum

Măsura cheie a studiului din Scientific Reports este variabilitatea activității neuronilor. Oamenii de știință sunt de acord în general că o activitate mai puțin variabilă înseamnă o concentrare mai mare asupra sarcinii. Măsurătorile acestei variabilități au arătat, într-adevăr, că aceasta scade atunci când oamenii și animalele se concentrează.

În mai multe studii efectuate între 2016 și 2018, autorul principal Mikael Lundqvist și co-autorul principal Earl K. Miller au arătat, prin măsurători directe a sute de neuroni și prin modelare riguroasă, că exploziile de ritm de frecvență gamma din cortexul prefrontal coordonează reprezentarea neuronală a informațiilor reținute în minte.

Ce este memoria de lucru?

Reprezentarea informației poate fi măsurată în spikingul sincronizat al populațiilor de neuroni individuali. Între timp, rafalele de ritmuri de frecvență beta pun în aplicare manipularea de către creier a acestor informații.

Teoria, pe care Miller a numit-o ,,Memoria de lucru 2.0„, a arătat că neuronii mențin informațiile din memoria de lucru printr-o activitate constantă și persistentă.

Susținătorii acelui model mai vechi, care a apărut în urma unor măsurători medii efectuate în relativ puțini neuroni, au folosit modelarea computerizată a activității cerebrale pentru a argumenta că variabilitatea redusă nu poate apărea din exploziile intermitente de activitate ritmică. Dar noul studiu arată că variabilitatea redusă, de fapt, apare.

,,Am folosit activitatea neuronală reală înregistrată din cortexul prefrontal pentru a arăta că rafalele ritmice își reduc variabilitatea pe măsură ce animalele se concentrează asupra unei sarcini”, a declarat Miller, profesor în cadrul Departamentului de Științe ale Creierului și Științe Cognitive al MIT.

Neuronii trebuie să lucreze împreună pentru a ne concentra

,,Totul devine mai concentrat atunci când animalele execută o sarcină de memorie de lucru și asta reduce în mod natural variabilitatea. Aceasta arată cum noi elemente ritmice ale memoriei de lucru sunt total compatibile cu faptul că creierul își concentrează activitatea asupra sarcinii în cauză”, a spus Miller.

În cadrul studiului, Lundqvist și echipa au măsurat rafalele gamma și spikingul neuronal individual în rândul a sute de neuroni în timp ce șase animale jucau trei jocuri diferite de memorie de lucru. Ei au analizat, de asemenea, cât de mult a variat acea activitate de la un proces la altul, folosind un calcul numit ,,factor Fano”.

Pe măsură ce animalele avansau în fiecare sarcină, rafalele gamma și ratele de spiking au arătat diferențe clare față de perioada de referință, în concordanță cu faptul că acestea sunt modulate de cerințele sarcinii.

De exemplu, în cadrul unei sarcini, acestea atingeau un vârf tranzitoriu atunci când era prezentat fiecare element de reținut și apoi din nou atunci când memoria animalelor urma să fie testată.

Cum își concentrează creierul atenția?

În timp ce activitatea a fost în mod clar modulată de sarcină, la fel a fost și variabilitatea de la un proces la altul. În fiecare sarcină, ei au constatat că variabilitatea a fost cea mai mare înainte de începerea sarcinilor – o condiție ,,de bază” în care animalele se puteau gândi la orice doreau.

Dar, odată ce animalele trebuiau să se concentreze din nou asupra sarcinii, exploziile lor gamma și spikingul neuronal au devenit mult mai asemănătoare cu ceea ce fusese ultima dată sau următoarea dată când au făcut sarcina. Mai mult, scăderile de variabilitate au urmărit, de asemenea, strâns cu momentele cheie ale sarcinii (de exemplu, prezentarea a ceva de reținut).

Reducerea variabilității nu a fost valabilă doar în timp, ci și în spațiu. Zonele din cortexul prefrontal în care exploziile gamma și spiking-ul reprezentau informații despre sarcină au prezentat scăderi mult mai mari ale variabilității decât zonele care nu reprezentau informații despre sarcină.

Simularea sugerează legătura de cauzalitate

În timp ce măsurătorile directe au arătat reduceri ale variabilității proporționale cu cerințele sarcinii de gândire concentrată, echipa a investigat, de asemenea, dacă reducerile variabilității vârfurilor au fost rezultatul reducerilor variabilității exploziilor gamma, scrie EurekAlert.

Folosind măsurătorile, ei s-au jucat cu simularea variațiilor în spiking, pentru a vedea dacă reducerile în variația spargerilor gamma au condus în mod necesar la reduceri în variația spikingului.

,,Am folosit un model simplu în care am dat neuronilor două rate de ardere distincte, în funcție de faptul că în prezent exista sau nu un eveniment de spargere gamma în curs de desfășurare”, a declarat Lundqvist. ,,Apoi, bazându-ne pur și simplu pe sincronizarea evenimentelor gamma înregistrate, am observat mii vârfuri. Acestea au avut schimbări foarte asemănătoare în variabilitate cu cele înregistrate inițial. Acest lucru sugerează că participarea la evenimentele de populație determină în mare măsură această reducere.”

În total, au spus oamenii de știință, au descoperit că variabilitatea scade odată cu solicitările sarcinii de memorie de lucru și că aceasta este ghidată de sincronizarea și plasarea exploziilor de ritmuri gamma.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Tot mai multe dovezi arată că LSD îmbunătățește învățarea și memoria

Muzica poate îmbunătăți memoria. Ce spun cercetătorii despre asta?

Dansul latino protejează și îmbunătățește memoria persoanelor în vârstă

Chiar și activitatea fizică moderată poate îmbunătăți imediat memoria