Neuronala mekanismer för mänskligt episodiskt minne

Den snabba bildandet av nya minnen och återkallandet av gamla minnen för att informera beslut är avgörande för mänsklig kognition, men de underliggande neurala mekanismerna är fortfarande dåligt förstådda. Det långsiktiga målet med denna forskning är en förståelse på kretsnivå av mänskligt minne för att möjliggöra utvecklingen av nya behandlingar för de förödande effekterna av minnesstörningar. Studieexperimenten utnyttjar den sällsynta möjligheten att spela in in vivo från mänskliga enstaka neuroner samtidigt i flera hjärnområden hos patienter som genomgår behandling för läkemedelsresistent epilepsi. Det övergripande målet är att fortsätta och utöka ett multiinstitutionellt (Cedars Sinai/Caltech, Johns Hopkins, U Toronto, Children's/Harvard, UC Denver, UCSB), integrerat och multidisciplinärt team. Tillsammans har utredarna expertis och patientvolym för att testa viktiga förutsägelser om det neurala substratet av mänskligt minne. Studien kommer att använda en kombination av (i) in vivo-inspelningar av vakna människor som bedömer minnesstyrka genom konfidensklassificeringar, (ii) fokal elektrisk stimulering för att testa kausalitet och (iii) beräkningsanalys och modellering.

Dessa tekniker kommer att användas för att undersöka tre övergripande hypoteser om mekanismerna för episodiskt minne. Först, att bestämma rollen av ihållande neuronal aktivitet för att översätta arbetsminnen till långsiktiga deklarativa minnen (Mål 1). För det andra att bestämma hur deklarativa minnen översätts till beslut (Mål 2). För det tredje, att undersöka hur händelsesegmentering, temporal bindning och återställning under tidsmässigt utökad upplevelse underlättar episodiskt minne.

De förväntade resultaten av detta arbete är en aldrig tidigare skådad karaktärisering av hur episodiska minnen bildas, hämtas och används för beslut, och hur tidsmässigt förlängda upplevelser segmenteras för att bilda distinkta men sammanlänkade episoder. Detta arbete är betydelsefullt eftersom det går bortom en "dellista" av neuroner och hjärnområden genom att testa kretsbaserade hypoteser genom att samtidigt registrera enstaka neuroner från flera frontala kortikala och subkortikala temporallobsområden hos människor som bildar, förklarar och beskriver sina minnen . Det föreslagna arbetet är ovanligt innovativt eftersom det kombinerar enstaka neuroninspelningar i flera områden i beteenden hos människor, utvecklar nya metoder för icke-invasiv lokalisering av implanterade elektroder och elektrisk stimulering och direkt testar långvariga teoretiska förutsägelser om betydelsen av bevisackumulering i minnet hämtning.

En andra betydande innovation är studieteamet, som kombinerar patientvolymen och expertis från flera stora centra för att maximalt utnyttja de sällsynta neurokirurgiska möjligheter som finns för att direkt studera det mänskliga nervsystemet. Detta innovativa tillvägagångssätt tillåter undersökning av mekanismer på kretsnivå för mänskligt minne som inte kan studeras icke-invasivt hos människor eller i djurmodeller. Denna integrerade multidisciplinära kombination av mänsklig in vivo singelneurons fysiologi, beteende och modellering kommer avsevärt att bidra till förståelsen av de kretsar och mönster av neural aktivitet som ger upphov till mänskligt minne, vilket är ett centralt mål för mänsklig neurovetenskap i allmänt och BRAIN-initiativet i synnerhet.