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

 

December 18, 2012

Una dintre caracteristicile unice ale minții umane este abilitatea sa de a-și prioritiza obiectivele și prioritățile pe măsură ce situațiile se schimbă și apar informații noi. Acest lucru se întâmplă atunci când anulați o croazieră planificată, deoarece aveți nevoie de bani pentru a repara mașina defăimată sau când vă întrerupeți jogul de dimineață, deoarece telefonul mobil vă 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 folosește informații noi pentru a ne modifica prioritățile existente.

Echipa de cercetători de la Princeton's Neuroscience Institute (PNI) a utilizat imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (IRMM) pentru a scana subiecții și a afla unde și modul în care creierul uman repriorizează obiectivele. Nu este surprinzător că 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 la nivel superior. Ei au observat, de asemenea, că puternicul neurotransmițător dopamină - cunoscut și sub numele de „substanța chimică de plăcere” - pare să joace un rol critic în acest proces.

Folosind un impuls magnetic inofensiv, oamenii de știință au întrerupt activitatea în cortexul prefrontal al participanților în timp ce aceștia jucau jocuri și au descoperit că nu sunt capabili să treacă la o sarcină diferită în joc.

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

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

Cercetările anterioare au demonstrat deja că atunci când creierul folosește informații noi pentru a-și modifica obiectivele sau comportamentele, aceste informații sunt trecute 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 luarea deciziilor de către PINPOINT

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

Cu toate acestea, într-o versiune anterioară a sarcinii, participanților li s-a solicitat pentru prima dată să apese butonul 1 când au văzut X, indiferent de literele precedente. Astfel, regula A și B, care a fost introdusă în a doua rundă, a servit drept „informațiile noi” pe care participantul trebuia să le utilizeze pentru a-și actualiza obiectivul pentru a decide ce buton să apese.

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

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

În studiul curent, 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. Bazându-se pe cronometrul pulsului pe studiul anterior, oamenii de știință au furnizat pulsul magnetic în momentul exact când au crezut că cortexul prefrontal potrivit ar trebui să actualizeze memoria. Ei au descoperit că dacă au transmis pulsul exact 0.15 secunde după ce participanții au văzut literele A sau B, nu au putut să apese butonul corect. Astfel au putut folosi pulsul magnetic pentru a perturba procesul de actualizare a memoriei.

„Am prezis că, dacă pulsul ar fi livrat părții cortexului prefrontal drept observat folosind RMN, și în momentul în care creierul își actualizează informațiile așa cum au fost dezvăluite de EEG, atunci subiectul nu ar păstra informațiile despre A și B, interferând cu performanțele sale în sarcina de apăsare a butonului ”, a explicat Cohen.

DOPAMINA CA GATEKEEPERE A MEMORIEI NOASTRE DE LUCRU

În ultima parte a experimentului, echipa lui Cohen a dorit să le testeze teoria potrivit căreia dopamina neurotransmițătorului este responsabilă pentru etichetarea de noi informații și importantă pentru actualizarea memoriei de lucru și a obiectivelor, deoarece intră în cortexul prefrontal. Dopamina este un produs chimic care se știe că joacă roluri cheie într-o serie de procese mentale precum cele care implică motivație și recompensă.

Pentru a face acest lucru, echipa a folosit din nou RMN-ul pentru a scana o regiune numită creierul mijlociu care este dens populat cu celule nervoase specializate - cunoscute sub numele de nuclee dopaminergice - care sunt responsabile de producerea majorității semnalelor de dopamină ale creierului. Cercetătorii au urmărit activitatea acestor celule nervoase care eliberează dopamina în timp ce participanții au efectuat 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 creierului lor în cortexul prefrontal”, a explicat Cohen.

„Această constelație de constatări oferă dovezi puternice că nucleele dopaminergice permit cortexului prefrontal să se țină de informații relevante pentru actualizarea comportamentului, dar nu de informații care nu sunt.”

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