Neuronale mechanismen van menselijk episodisch geheugen

De snelle vorming van nieuwe herinneringen en het terugroepen van oude herinneringen om beslissingen te onderbouwen is essentieel voor menselijke cognitie, maar de onderliggende neurale mechanismen blijven slecht begrepen. Het langetermijndoel van dit onderzoek is inzicht op circuitniveau in het menselijk geheugen om de ontwikkeling van nieuwe behandelingen voor de verwoestende effecten van geheugenstoornissen mogelijk te maken. De studie-experimenten maken gebruik van de zeldzame mogelijkheid om gelijktijdig in-vivo van menselijke enkele neuronen op te nemen in meerdere hersengebieden bij patiënten die een behandeling ondergaan voor geneesmiddelresistente epilepsie. Het algemene doel is om een ​​multi-institutioneel (Cedars Sinai/Caltech, Johns Hopkins, U Toronto, Children's/Harvard, UC Denver, UCSB), geïntegreerd en multidisciplinair team voort te zetten en uit te breiden. Gezamenlijk hebben de onderzoekers de expertise en het patiëntenvolume om belangrijke voorspellingen op het neurale substraat van het menselijk geheugen te testen. De studie zal gebruik maken van een combinatie van (i) in-vivo opnames bij wakker gedragende mensen die de geheugensterkte beoordelen door middel van betrouwbaarheidsbeoordelingen, (ii) focale elektrische stimulatie om causaliteit te testen, en (iii) computationele analyse en modellering.

Deze technieken zullen worden toegepast om drie overkoepelende hypothesen over de mechanismen van episodisch geheugen te onderzoeken. Ten eerste, om de rol te bepalen van aanhoudende neuronale activiteit bij het vertalen van werkherinneringen in lange termijn declaratieve herinneringen (doel 1). Ten tweede, om te bepalen hoe declaratieve herinneringen worden vertaald in beslissingen (doel 2). Ten derde, om te onderzoeken hoe gebeurtenissegmentatie, temporele binding en herstel tijdens tijdelijk verlengde ervaring het episodisch geheugen vergemakkelijken.

De verwachte resultaten van dit werk zijn een ongekende karakterisering van hoe episodische herinneringen worden gevormd, opgehaald en gebruikt voor beslissingen, en hoe tijdelijk verlengde ervaringen worden gesegmenteerd om afzonderlijke maar gekoppelde afleveringen te vormen. Dit werk is belangrijk omdat het verder gaat dan een "onderdelenlijst" van neuronen en hersengebieden door op circuit gebaseerde hypothesen te testen door gelijktijdig afzonderlijke neuronen op te nemen van meerdere frontale corticale en subcorticale temporale kwabgebieden bij mensen die hun herinneringen vormen, verklaren en beschrijven. . Het voorgestelde werk is buitengewoon innovatief omdat het opnames van één neuron combineert op meerdere gebieden van het gedrag van mensen, nieuwe methoden ontwikkelt voor niet-invasieve lokalisatie van geïmplanteerde elektroden en elektrische stimulatie, en langdurige theoretische voorspellingen over de rol van bewijsaccumulatie in het geheugen rechtstreeks test. ophalen.

Een tweede belangrijke innovatie is het onderzoeksteam, dat het patiëntenvolume en de expertise van verschillende grote centra combineert om maximaal gebruik te maken van de zeldzame neurochirurgische mogelijkheden die beschikbaar zijn om het menselijk zenuwstelsel rechtstreeks te bestuderen. Deze innovatieve benadering maakt onderzoek mogelijk naar mechanismen van menselijk geheugen op circuitniveau die niet niet-invasief kunnen worden bestudeerd bij mensen of in diermodellen. Deze geïntegreerde multidisciplinaire combinatie van menselijke in-vivo single-neuron fysiologie, gedrag en modellering zal aanzienlijk bijdragen aan het begrip van de circuits en patronen van neurale activiteit die aanleiding geven tot het menselijk geheugen, wat een centraal doel is van de menselijke neurowetenschappen in algemeen en het BRAIN-initiatief in het bijzonder.