Meccanismi neuronali della memoria episodica umana

La rapida formazione di nuovi ricordi e il richiamo di vecchi ricordi per informare le decisioni è essenziale per la cognizione umana, ma i meccanismi neurali sottostanti rimangono poco conosciuti. L'obiettivo a lungo termine di questa ricerca è una comprensione a livello di circuito della memoria umana per consentire lo sviluppo di nuovi trattamenti per gli effetti devastanti dei disturbi della memoria. Gli esperimenti di studio utilizzano la rara opportunità di registrare simultaneamente in vivo da singoli neuroni umani in più aree cerebrali in pazienti sottoposti a trattamento per l'epilessia resistente ai farmaci. L'obiettivo generale è continuare ed espandere un team multi-istituzionale (Cedars Sinai/Caltech, Johns Hopkins, U Toronto, Children's/Harvard, UC Denver, UCSB), integrato e multidisciplinare. Insieme, i ricercatori hanno l'esperienza e il volume di pazienti per testare le previsioni chiave sul substrato neurale della memoria umana. Lo studio utilizzerà una combinazione di (i) registrazioni in vivo in esseri umani che si comportano da svegli valutando la forza della memoria attraverso valutazioni di confidenza, (ii) stimolazione elettrica focale per testare la causalità e (iii) analisi computazionale e modellazione.

Queste tecniche saranno applicate per indagare tre ipotesi generali sui meccanismi della memoria episodica. In primo luogo, determinare il ruolo dell'attività neuronale persistente nel tradurre le memorie di lavoro in memorie dichiarative a lungo termine (Obiettivo 1). In secondo luogo, determinare come i ricordi dichiarativi vengono tradotti in decisioni (Obiettivo 2). In terzo luogo, indagare su come la segmentazione degli eventi, il legame temporale e il ripristino durante l'esperienza temporalmente estesa facilitano la memoria episodica.

I risultati attesi di questo lavoro sono una caratterizzazione senza precedenti di come i ricordi episodici vengono formati, recuperati e utilizzati per le decisioni e di come le esperienze temporalmente estese vengono segmentate per formare episodi distinti ma collegati. Questo lavoro è significativo perché va oltre un "elenco di parti" di neuroni e aree cerebrali testando ipotesi basate su circuiti registrando simultaneamente singoli neuroni da più aree del lobo temporale frontale corticale e subcorticale negli esseri umani che stanno formando, dichiarando e descrivendo i loro ricordi . Il lavoro proposto è insolitamente innovativo perché combina registrazioni di singoli neuroni in più aree del comportamento umano, sviluppa nuovi metodi per la localizzazione non invasiva di elettrodi impiantati e stimolazione elettrica e testa direttamente previsioni teoriche di vecchia data sul ruolo dell'accumulo di prove nella memoria recupero.

Una seconda innovazione significativa è il gruppo di studio, che combina il volume dei pazienti e l'esperienza di diversi centri importanti per utilizzare al massimo le rare opportunità neurochirurgiche disponibili per studiare direttamente il sistema nervoso umano. Questo approccio innovativo consente di studiare i meccanismi a livello di circuito della memoria umana che non possono essere studiati in modo non invasivo negli esseri umani né nei modelli animali. Questa combinazione multidisciplinare integrata di fisiologia, comportamento e modellazione del singolo neurone umano in vivo contribuirà in modo significativo alla comprensione dei circuiti e dei modelli di attività neurale che danno origine alla memoria umana, che è un obiettivo centrale delle neuroscienze umane in generale e l'iniziativa BRAIN in particolare.