Neuronale Mechanismen des menschlichen episodischen Gedächtnisses

Die schnelle Bildung neuer Erinnerungen und das Abrufen alter Erinnerungen zur Information von Entscheidungen ist für die menschliche Kognition unerlässlich, aber die zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen sind noch wenig verstanden. Das langfristige Ziel dieser Forschung ist ein Verständnis des menschlichen Gedächtnisses auf Schaltkreisebene, um die Entwicklung neuer Behandlungen für die verheerenden Auswirkungen von Gedächtnisstörungen zu ermöglichen. Die Studienexperimente nutzen die seltene Gelegenheit, bei Patienten, die sich einer Behandlung gegen arzneimittelresistente Epilepsie unterziehen, gleichzeitig In-vivo-Aufzeichnungen menschlicher einzelner Neuronen in mehreren Gehirnbereichen durchzuführen. Das übergeordnete Ziel ist die Fortführung und Erweiterung eines multiinstitutionellen (Cedars Sinai/Caltech, Johns Hopkins, U Toronto, Children's/Harvard, UC Denver, UCSB), integrierten und multidisziplinären Teams. Gemeinsam verfügen die Forscher über das Fachwissen und das Patientenvolumen, um Schlüsselvorhersagen auf dem neuronalen Substrat des menschlichen Gedächtnisses zu testen. Die Studie wird eine Kombination aus (i) In-vivo-Aufzeichnungen bei wach verhaltenden Menschen verwenden, die die Gedächtnisstärke durch Konfidenzbewertungen bewerten, (ii) fokaler elektrischer Stimulation zum Testen der Kausalität und (iii) Computeranalyse und -modellierung.

Diese Techniken werden angewendet, um drei übergreifende Hypothesen zu den Mechanismen des episodischen Gedächtnisses zu untersuchen. Erstens, die Rolle persistenter neuronaler Aktivität bei der Übersetzung von Arbeitsgedächtnissen in deklarative Langzeitgedächtnisse zu bestimmen (Ziel 1). Zweitens, um festzustellen, wie deklarative Erinnerungen in Entscheidungen übersetzt werden (Ziel 2). Drittens, um zu untersuchen, wie Ereignissegmentierung, zeitliche Bindung und Wiederherstellung während zeitlich ausgedehnter Erfahrungen das episodische Gedächtnis erleichtern.

Die erwarteten Ergebnisse dieser Arbeit sind eine beispiellose Charakterisierung dessen, wie episodische Erinnerungen gebildet, abgerufen und für Entscheidungen verwendet werden und wie zeitlich ausgedehnte Erfahrungen segmentiert werden, um unterschiedliche, aber miteinander verbundene Episoden zu bilden. Diese Arbeit ist bedeutsam, weil sie über eine "Teileliste" von Neuronen und Gehirnbereichen hinausgeht, indem schaltungsbasierte Hypothesen getestet werden, indem gleichzeitig einzelne Neuronen aus mehreren frontalen kortikalen und subkortikalen Temporallappenbereichen bei Menschen aufgezeichnet werden, die ihre Erinnerungen bilden, deklarieren und beschreiben . Die vorgeschlagene Arbeit ist ungewöhnlich innovativ, da sie Einzelneuronenaufzeichnungen in mehreren Bereichen des Verhaltens von Menschen kombiniert, neue Methoden zur nicht-invasiven Lokalisierung implantierter Elektroden und elektrischer Stimulation entwickelt und langjährige theoretische Vorhersagen zur Rolle der Beweisakkumulation im Gedächtnis direkt testet Abruf.

Eine zweite bedeutende Innovation ist das Studienteam, das das Patientenvolumen und die Expertise mehrerer großer Zentren kombiniert, um die seltenen neurochirurgischen Möglichkeiten zur direkten Untersuchung des menschlichen Nervensystems maximal zu nutzen. Dieser innovative Ansatz ermöglicht die Untersuchung von Mechanismen des menschlichen Gedächtnisses auf Schaltkreisebene, die weder beim Menschen noch in Tiermodellen nicht-invasiv untersucht werden können. Diese integrierte multidisziplinäre Kombination aus Physiologie, Verhalten und Modellierung menschlicher In-vivo-Einzelneuronen wird wesentlich zum Verständnis der Schaltkreise und Muster neuronaler Aktivität beitragen, die das menschliche Gedächtnis hervorbringen, was ein zentrales Ziel der menschlichen Neurowissenschaften ist im Allgemeinen und die BRAIN-Initiative im Besonderen.