Các tế bào thần kinh cụ thể lập bản đồ ký ức hiện được xác định trong não người

Một khía cạnh quan trọng của bộ nhớ con người là khả năng chúng ta gợi ra những khoảnh khắc cụ thể từ vô số trải nghiệm đã xảy ra trong bất kỳ bối cảnh nào. Ví dụ: nếu được yêu cầu giới thiệu hành trình du lịch cho một thành phố bạn đã ghé thăm nhiều lần, bộ não của bạn bằng cách nào đó cho phép bạn nhớ lại có chọn lọc và phân biệt các ký ức cụ thể với các chuyến đi khác nhau của bạn để đưa ra câu trả lời.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng bộ nhớ khai báo – loại trí nhớ mà bạn có thể nhớ lại một cách có ý thức như địa chỉ nhà của bạn hoặc tên của mẹ bạn – dựa vào các cấu trúc thùy thái dương trung gian khỏe mạnh trong não, bao gồm cả đồi hải mã và vỏ não (EC). Những khu vực này cũng quan trọng đối với nhận thức không gian được chứng minh bởi khám phá đã giành giải thưởng Nobel về “tế bào vị trí” và “tế bào lưới” ở những khu vực này – tế bào thần kinh kích hoạt để thể hiện các vị trí cụ thể trong môi trường trong quá trình điều hướng (gần giống với GPS). Tuy nhiên, vẫn chưa rõ liệu “bản đồ không gian” này trong não có liên quan đến trí nhớ của một người về các sự kiện ở những địa điểm đó như thế nào và hoạt động của tế bào thần kinh ở những vùng này cho phép chúng ta nhắm mục tiêu vào một bộ nhớ cụ thể để tìm lại những trải nghiệm liên quan.

Một nhóm được lãnh đạo bởi các nhà thần kinh học tại Columbia Engineering đã tìm thấy bằng chứng đầu tiên cho thấy các tế bào thần kinh riêng lẻ trong não người nhắm vào các ký ức cụ thể trong quá trình thu hồi. Họ đã nghiên cứu các bản ghi âm ở bệnh nhân phẫu thuật thần kinh có điện cực được cấy vào não và xem xét tín hiệu não của bệnh nhân tương ứng với hành vi của họ như thế nào trong khi thực hiện nhiệm vụ ghi nhớ vị trí đối tượng thực tế ảo (VR). Các nhà nghiên cứu đã xác định “các tế bào theo dõi bộ nhớ” có hoạt động được điều chỉnh theo không gian đến vị trí mà các đối tượng nhớ gặp phải các vật thể cụ thể. Nghiên cứu được công bố ngày hôm nay trên tạp chí Nature Neuroscience .

Joshua Jacobs, phó giáo sư kỹ thuật y sinh, cho biết: “Chúng tôi tìm thấy những tế bào thần kinh theo dõi bộ nhớ này chủ yếu ở vỏ não (EC), một trong những vùng đầu tiên của não bị ảnh hưởng bởi sự khởi phát của bệnh Alzheimer. Bởi vì hoạt động của các tế bào thần kinh này liên quan mật thiết đến những gì một người đang cố nhớ nên có thể hoạt động của họ bị gián đoạn bởi các bệnh như Alzheimer dẫn đến thiếu hụt trí nhớ. Phát hiện của chúng tôi sẽ mở ra những nghiên cứu mới về cách hoạt động của thần kinh trong vỏ não và thùy thái dương trung gian giúp chúng ta nhắm mục tiêu các sự kiện trong quá khứ để nhớ lại, và nói chung là làm thế nào không gian và bộ nhớ chồng lên nhau trong não.”

Nhóm nghiên cứu đã có thể đo lường hoạt động của các nơ-ron đơn lẻ bằng cách tận dụng cơ hội hiếm có: ghi lại một cách xâm lấn từ não của 19 bệnh nhân phẫu thuật thần kinh tại một số bệnh viện, bao gồm Trung tâm Y tế Irving thuộc Đại học Columbia. Các bệnh nhân bị động kinh kháng thuốc và do đó đã ghi lại các điện cực được cấy vào não để điều trị lâm sàng. Các nhà nghiên cứu đã thiết kế các thí nghiệm như các trò chơi máy tính VR hấp dẫn và nhập vai và các bệnh nhân nằm liệt giường đã sử dụng máy tính xách tay và bộ điều khiển cầm tay để di chuyển qua các môi trường ảo. Khi thực hiện nhiệm vụ, trước tiên các đối tượng điều hướng qua môi trường để tìm hiểu vị trí của bốn đối tượng độc đáo. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã loại bỏ các vật thể và yêu cầu bệnh nhân di chuyển qua môi trường và đánh dấu vị trí của một vật thể cụ thể trên mỗi thử nghiệm.

Nhóm nghiên cứu đã đo hoạt động của các tế bào thần kinh khi các bệnh nhân di chuyển qua môi trường và đánh dấu các mục tiêu bộ nhớ của họ. Ban đầu, họ xác định các tế bào thần kinh được điều chỉnh hoàn toàn theo không gian tương tự như “tế bào vị trí” luôn được kích hoạt khi bệnh nhân di chuyển qua các vị trí cụ thể, bất kể mục tiêu bộ nhớ của đối tượng. Những tế bào thần kinh này dường như chỉ quan tâm đến vị trí không gian của người đó, giống như GPS thuần túy.

Nhưng các nhà nghiên cứu cũng nhận thấy rằng các tế bào thần kinh khác chỉ kích hoạt ở những vị trí liên quan đến bộ nhớ mà bệnh nhân đang nhớ lại trong thử nghiệm đó – bất cứ khi nào bệnh nhân được hướng dẫn nhắm vào một bộ nhớ khác để thu hồi, những tế bào thần kinh này đã thay đổi hoạt động của chúng để phù hợp với vị trí ghi nhớ của mục tiêu mới. Điều đặc biệt khiến Jacobs và Qasim phấn khích là họ thực sự có thể giải mã được bộ nhớ cụ thể mà một bệnh nhân nhắm đến dựa trên hoạt động của các tế bào thần kinh này.

Nghiên cứu của các nhà khoa học chứng minh rằng các tế bào thần kinh trong não người theo dõi những trải nghiệm mà chúng ta đang cố tình nhớ lại và có thể thay đổi mô hình hoạt động của chúng để phân biệt giữa các ký ức. Chúng giống như những chiếc ghim trên bản đồ Google của bạn đánh dấu các vị trí bạn nhớ cho các sự kiện quan trọng. Phát hiện này có thể cung cấp một cơ chế tiềm năng cho khả năng của chúng ta trong việc chọn lọc những trải nghiệm khác nhau từ quá khứ và nêu bật những ký ức này có thể ảnh hưởng đến bản đồ không gian của não chúng ta như thế nào.

Jacobs và Qasim lên kế hoạch tìm kiếm bằng chứng cho thấy những tế bào thần kinh này đại diện cho những ký ức trong bối cảnh phi không gian để mô tả rõ hơn vai trò của chúng trong chức năng bộ nhớ. Bây giờ chúng ta biết rằng các tế bào thần kinh quan tâm đến nơi ký ức của chúng ta xảy ra và bây giờ chúng ta muốn xem liệu các tế bào thần kinh này quan tâm đến các đặc điểm khác của những ký ức đó, như khi chúng xảy ra, những gì xảy ra, v.v.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Trường Đại học Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Columbia . Bản gốc được viết bởi Holly Evarts. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Đa phương tiện liên quan :

• Video YouTube: Ví dụ về các nhiệm vụ của bộ nhớ không gian

Tạp chí tham khảo :

1. Salman E. Qasim, Jonathan Miller, Cory S. Inman, Robert E. Gross, Jon T. Willie, Bradley Lega, Jui-Jui Lin, Ashwini Sharan, Chengyuan Wu, Michael R. Sperling, Sameer A. Sheth, Guy M. McKhann, Elliot H. Smith, Catherine Schevon, Joel M. Stein, Joshua Jacobs. Truy xuất bộ nhớ điều chỉnh điều chỉnh không gian của các tế bào thần kinh duy nhất trong vỏ não của con người . Khoa học thần kinh tự nhiên , 2019; DOI: 10.1038 / s41593-019-0523-z