Studiul arată că memoria de lucru este condusă de cortexul prefrontal și dopamina

 

December 18, 2012

Una dintre caracteristicile unice ale minții umane este capacitatea sa de a-și re-prioritiza obiectivele și prioritățile pe măsură ce situațiile se schimbă și apar noi informații. Acest lucru se întâmplă atunci când anulați o croazieră planificată pentru că aveți nevoie de bani pentru a vă repara mașina avariată sau când vă întrerupeți jogging-ul de dimineață pentru că telefonul mobil sună în buzunar.

Într-o nou studiu publicată în Proceedings al Academiei Nationale de Stiinte (PNAS), cercetătorii de la Universitatea Princeton spun că au descoperit mecanismele care controlează modul în care creierul nostru utilizează informații noi pentru a modifica prioritățile noastre existente.

Echipa de cercetători de la Institutul de Neuroscience din Princeton (PNI) au folosit imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (fMRI) pentru a scana subiecții și pentru a afla unde și cum creierul uman reorientează obiectivele. Deloc surprinzător, ei au descoperit că schimbarea obiectivelor are loc în cortexul prefrontal, o regiune a creierului despre care se știe că este asociată cu o varietate de comportamente de nivel superior. Ei au observat, de asemenea, că puternicul neurotransmițător dopamină – cunoscut și sub numele de „chimica plăcerii” – pare să joace un rol critic în acest proces.

Folosind un puls magnetic inofensiv, oamenii de știință au întrerupt activitatea în cortexul prefrontal al participanților în timp ce se jucau și au descoperit că nu au putut trece la o altă sarcină din joc.

„Am găsit un mecanism fundamental care contribuie la capacitatea creierului de a se concentra asupra unei sarcini și apoi de a trece flexibil la o altă sarcină”, a explicat. Jonathan Cohen, co-director al PNI și al universității Robert Bendheim și Lynn Bendheim Thoman profesor în neuroștiință.

„Deficiențele acestui sistem sunt esențiale pentru multe tulburări critice ale funcției cognitive, cum ar fi cele observate în schizofrenie și tulburarea obsesiv-compulsivă.”

Cercetările anterioare au demonstrat deja că atunci când creierul folosește informații noi pentru a-și modifica obiectivele sau comportamentele, aceste informații sunt stocate temporar în memoria de lucru a creierului, un tip de stocare a memoriei pe termen scurt. Până acum, însă, oamenii de știință nu au înțeles mecanismele care controlează modul în care aceste informații sunt actualizate.

UTILIZAREA JOCURILOR PENTRU A INDICA LUAREA DECIZIILOR

Împreună cu autorul principal al studiului Kimberlee D'Ardenne de la Virginia Tech, precum și colegii cercetători Neir Eshel, Joseph Luka, Agatha Lenartowicz și Leight Nystrom, Cohen și echipa sa au conceput un studiu care le-a permis să scaneze creierul subiecților lor în timp ce aceștia jucau un joc. Jocul a cerut participanților să apese anumite butoane în funcție de diferite indicații vizuale. Dacă li s-a arătat litera A înainte de litera X, li s-a cerut să apese un buton etichetat „1”. Cu toate acestea, dacă vedeau litera B înainte de X, atunci trebuiau să apese un buton etichetat „2”.

Într-o versiune anterioară a sarcinii, totuși, participanților li s-a cerut mai întâi să apese butonul 1 când vedeau X, indiferent de ce litere l-au precedat. Astfel, regula A și B care a fost introdusă în runda a doua a servit drept „informații noi” pe care participantul a trebuit să o folosească pentru a-și actualiza obiectivul de a decide ce buton să apese.

Examinând ulterior fMRI, cercetătorii au descoperit o activitate crescută în cortexul prefrontal drept atunci când participanții finalizau sarcina mai complexă care implica luarea unei decizii între două butoane bazate pe indicațiile vizuale A și B. Acesta nu a fost însă cazul pentru versiunea mai simplă a sarcinii.

Rezultatele lui Cohen coroborează concluziile propriului său proiect de cercetare anterior din 2010, care a folosit o metodă de scanare diferită pentru a măsura sincronizarea activității creierului.

În studiul actual, echipa de cercetare a transmis, de asemenea, impulsuri magnetice scurte cortexului prefrontal pentru a confirma că aceasta este de fapt regiunea creierului implicată în actualizarea memoriei de lucru. Bazând sincronizarea pulsului pe studiul anterior, oamenii de știință au furnizat pulsul magnetic exact în momentul în care credeau că cortexul prefrontal drept ar trebui să actualizeze memoria. Ei au descoperit că, dacă au furnizat pulsul exact la 0.15 secunde după ce participanții au văzut literele A sau B, nu au putut apăsa butonul corect. Astfel, ei au putut folosi pulsul magnetic pentru a perturba procesul de actualizare a memoriei.

„Am prezis că, dacă pulsul a fost livrat în partea cortexului prefrontal drept observată folosind fMRI și în momentul în care creierul își actualizează informațiile, așa cum este dezvăluit de EEG, atunci subiectul nu ar reține informațiile despre A și B, interferând cu performanța sa în sarcina de apăsare a butonului”, a explicat Cohen.

DOPAMINA CA PORTARUL MEMORIEI NOASTRE DE LUCRU

În ultima parte a experimentului, echipa lui Cohen a vrut să-și testeze teoria conform căreia neurotransmițătorul dopamina este responsabil pentru etichetarea noilor informații și este important pentru actualizarea memoriei de lucru și a obiectivelor pe măsură ce intră în cortexul prefrontal. Dopamina este o substanță chimică naturală despre care se știe că joacă roluri cheie într-o serie de procese mentale, cum ar fi cele care implică motivație și recompensă.

Pentru a face acest lucru, echipa a folosit din nou fMRI pentru a scana o regiune numită creierul mijlociu, care este dens populată cu celule nervoase specializate - cunoscute sub numele de nuclei dopaminergici - care sunt responsabile pentru producerea celor mai multe semnale de dopamină ale creierului. Cercetătorii au urmărit activitatea acestor celule nervoase care emit dopamină în timp ce participanții au îndeplinit sarcinile și au găsit o corelație semnificativă între activitatea creierului în aceste zone și în cortexul prefrontal drept.

„Partea remarcabilă a fost că semnalele de dopamină s-au corelat atât cu comportamentul voluntarilor noștri, cât și cu activitatea lor cerebrală în cortexul prefrontal”, a explicat Cohen.

„Această constelație de descoperiri oferă dovezi puternice că nucleii dopaminergici permit cortexului prefrontal să păstreze informații relevante pentru actualizarea comportamentului, dar nu informații care nu sunt.”

Profesorul David Badre de la Universitatea Brown, specialist în științe cognitive, lingvistice și psihologice, consideră că munca echipei lui Cohen reprezintă un mare pas înainte în încercarea științei de a înțelege modul în care creierul nostru își actualizează memoria de lucru.