Hoe het brein herinneringen aan plaatsen en gebeurtenissen verweeft

AmsterdamOnderzoekers van MIT hebben een nieuw model ontwikkeld dat uitleg biedt over hoe onze hersenen herinneringen aan gebeurtenissen en plaatsen opslaan. De studie richt zich op de hippocampus van de hersenen, die bekend staat om het bewaren van locatiegebonden herinneringen, en onderzoekt ook hoe het omgaat met episodische herinneringen, oftewel herinneringen aan gebeurtenissen. Dit model is geleid door MIT's Ila Fiete, Sarthak Chandra en Sugandha Sharma, samen met Rishidev Chaudhuri van UC Davis, en is gepubliceerd in Nature.

Het onderzoek onthult een doorbraak in hoe plaatscellen en gridcellen samenwerken. Plaatscellen in de hippocampus en gridcellen in de entorhinale cortex vormen een basis voor het koppelen van herinneringen. Dit stelt ons in staat om efficiënt herinneringen op te slaan en op te halen. Het onderzoek legt uit hoe:

• Plaatscellen slaan herinneringen op die verbonden zijn aan specifieke locaties.
• Ruitcellen, die een netwerkachtig patroon vormen, helpen bij het terughalen van plaatsen en gebeurtenissen.
• De wisselwerking tussen deze cellen creëert een 'steunstructuur' die herinneringen ordent.

Dit model bootst na hoe onze hersenen een grote hoeveelheid informatie opslaan en geleidelijk oudere herinneringen vergeten, terwijl er nog steeds nieuwe toegevoegd kunnen worden. Het biedt ook inzicht in hoe mensen technieken zoals 'geheugenpaleizen' gebruiken, waarbij nieuwe informatie wordt gekoppeld aan bekende locaties om het onthouden te verbeteren. Bij geheugenkampioenschappen gebruiken deelnemers deze locaties om grote hoeveelheden details, zoals een reeks kaarten, te onthouden. Het model laat zien hoe deze techniek gebruikmaakt van het natuurlijke vermogen van de hersenen om informatie te organiseren binnen zijn geheugenkader.

Dit onderzoek opent nieuwe mogelijkheden om te begrijpen hoe herinneringen aan gebeurtenissen, en niet alleen aan plaatsen, worden opgeslagen en opgeroepen. In de toekomst zou het zelfs invloed kunnen hebben op machine learning. Het project werd gefinancierd door onder andere het Amerikaanse Office of Naval Research en de National Science Foundation. De mogelijkheid om dergelijke breinachtige geheugensystemen op technologie toe te passen is enorm, wat een diepgaander begrip van het geheugen zelf biedt.

Inzichten in hersencircuits

Een recente studie werpt licht op de manier waarop onze hersenen specifieke netwerken gebruiken voor verschillende soorten herinneringen. De hippocampus en rastercellen werken samen om een sterk systeem te vormen dat zowel ruimtelijke als episodische herinneringen ondersteunt. Deze inzichten brengen verschillende gevolgen met zich mee.

• Het biedt ons een frisse kijk op hoe herinneringen worden gevormd.
• Het verklaart waarom sommige mensen een uitzonderlijk talent hebben om grote hoeveelheden informatie te onthouden.
• Het kan leiden tot verbeteringen in technologieën en behandelingen die met geheugen te maken hebben.

Het model stelt dat de hersenen een soort steiger gebruiken om herinneringen te ordenen en terug te halen, waarbij fragmenten efficiënt worden verbonden. Rastercellen vormen een kaart van punten of "putten" in de hersenen om deze verbindingen te organiseren. Deze structuur slaat de inhoud van de herinneringen niet op, maar fungeert als een gids die je naar de juiste stukken leid die elders in de hersenen zijn opgeslagen.

De hippocampus fungeert in dit systeem als een organisator. Wanneer het gedeeltelijke input of aanwijzingen ontvangt, verbindt het deze met de sensorische cortex, waar de feitelijke details worden opgeslagen. Dit mechanisme verklaart waarom technieken om te memoriseren, zoals het gebruik van een "geheugenpaleis," zo effectief zijn. Mensen gebruiken bekende locaties als structuren om meer informatie te onthouden, wat aansluit bij de natuurlijke werking van de geheugencircuits in onze hersenen.

Het onderzoek biedt ons ook inzicht in hoe oude herinneringen geleidelijk vervagen om plaats te maken voor nieuwe. Dit komt overeen met wat we in het dagelijks leven waarnemen: oudere herinneringen verliezen mettertijd aan detail. Het computationele model van de onderzoekers bootst deze processen nauwkeuriger na dan eerdere modellen en opent nieuwe wegen voor onderzoek in de neurowetenschap. Deze diepgaandere kennis over de structuur van herinneringen in de hersenen zou kunnen leiden tot doorbraken in zowel hersen-computerinterfaces als verbeterde leersystemen. Naarmate onderzoekers deze netwerken verder verkennen, variëren de potentiële toepassingen van onderwijs tot de behandeling van geheugenstoornissen.

Toekomstige onderzoeksrichtingen

Een recente studie onthult hoe onze hersenen herinneringen aan plaatsen en gebeurtenissen coderen door middel van interacties tussen plaats- en rastercellen in de hippocampus en de entorhinale cortex. Dit complexe systeem biedt verschillende interessante richtingen voor toekomstig onderzoek. Hier zijn enkele boeiende mogelijkheden.

• Inzicht krijgen in hoe episodische herinneringen zich omvormen tot langdurige feitelijke kennis.
• Onderzoeken hoe reeksen van gebeurtenissen zijn gestructureerd en opgeslagen in de hersenen.
• Hersengeïnspireerde geheugenmodellen toepassen om machine learning technieken te verbeteren.

Dit onderzoek biedt nieuwe inzichten in hoe geheugen wordt gevormd en vastgehouden. Het laat zien dat de mogelijkheid van het brein om enorme hoeveelheden informatie te onthouden met technieken zoals geheugenpaleizen, niet slechts een truc is, maar eerder een weerspiegeling van de natuurlijke strategieën van het brein om geheugen te organiseren. Door nieuwe herinneringen te verbinden met bestaande, creëert het brein een rijk netwerk dat helpt bij opslag en terugroepen.

Onderzoekers kunnen nu beter begrijpen hoe episodische herinneringen, die aan specifieke momenten en plaatsen zijn gekoppeld, zich geleidelijk ontwikkelen tot semantische herinneringen, waarbij de context niet meer van belang is. Bijvoorbeeld, je herinnert je wellicht dat Parijs de hoofdstad van Frankrijk is, zonder te weten waar je die kennis hebt opgepikt. Inzicht in deze overgang kan bijdragen aan effectievere onderwijsstrategieën en cognitieve therapieën.

Het model van de studie kan een revolutie teweegbrengen in kunstmatige intelligentie door een basis te bieden voor het ontwikkelen van AI die beter in staat is om informatie te onthouden en te organiseren. Door het geheugenstructuur van de hersenen na te bootsen, kunnen AI-systemen flexibeler en efficiënter worden.

Toekomstig onderzoek kan zich ook richten op hoe het episodische geheugencircuit het begin en het einde van een gebeurtenis herkent. Het verduidelijken van deze grenzen kan ons helpen om omstandigheden te begrijpen waarbij deze functies zijn aangetast, zoals bij Alzheimer of PTSS. Deze studie, gesteund door vooraanstaande instituten, belooft onze kennis van geheugen te verdiepen en deze principes om te zetten in praktische toepassingen ten behoeve van de samenleving.