Nieuw onderzoek toont aan dat het coderen van hersengeheugen AI, geheugentherapieën en leermiddelen kan verbeteren

Een nieuw onderzoeksartikel met de titel Menselijke hippocampus- en entorhinale neuronen coderen de tijdsstructuur van ervaringen onderzoekt hoe onze hersenen herinneringen organiseren door patronen in de tijd te identificeren, zelfs als we ons daar niet bewust van zijn. Het onderzoek richtte zich specifiek op neuronen in de hippocampus en entorhinale cortex, twee belangrijke hersengebieden die betrokken zijn bij geheugen en leren.

In dit onderzoek volgden onderzoekers de hersenactiviteit bij 17 patiënten met epilepsie bij wie intracraniële elektroden geïmplanteerd waren - kleine apparaatjes die in de hersenen geplaatst werden om de elektrische activiteit te controleren. Hierdoor konden wetenschappers rechtstreeks observeren hoe neuronen zich gedragen wanneer mensen worden blootgesteld aan patronen of opeenvolgingen van gebeurtenissen. Voor dit experiment kregen de patiënten ongeveer 120 afbeeldingen van mensen, dieren, voorwerpen en oriëntatiepunten te zien gedurende 40 minuten - en dat ook nog eens in een specifieke volgorde. Onderzoekers analyseerden hoe neuronen in de hippocampus (een deel van de hersenen dat helpt bij het opslaan en ophalen van herinneringen) en de entorhinale cortex (een gebied dat met de hippocampus communiceert om zowel tijd als ruimte te verwerken) op die beelden reageerden.

Een belangrijke bevinding was dat neuronen langzaam maar gestaag hun activiteit veranderden terwijl de patiënten aan deze beeldpatronen werden blootgesteld, ook al werd het patroon niet aan de deelnemers verteld. De neuronen codeerden wat de beelden waren ("wat"-informatie) en in welke volgorde ze verschenen ("wanneer"-informatie). Dit vormde een representatie van dezelfde reeks/patroon, een proces dat bekend staat als het coderen van temporele reeksen - in feite hoe de hersenen de volgorde van gebeurtenissen in de tijd bijhouden. Zelfs toen de beelden later in willekeurige volgorde werden gepresenteerd, herinnerden de neuronen zich nog steeds de oorspronkelijke volgorde.

Neuronale herhaling was een ander aspect van hetzelfde onderzoek, waarbij de neuronen dezelfde opeenvolging van gebeurtenissen tijdens pauzes snel herhaalden. Dit opnieuw afspelen, dat veel sneller gebeurt, wordt verondersteld de hersenen te helpen bij het consolideren, of integreren, van het geheugen van de reeks. De onderzoekers trokken parallellen tussen hoe de hersenen ruimte en tijd coderen, wat suggereert dat soortgelijke mechanismen aan het werk zijn, of men nu door de ruimte navigeert (bijv. door een doolhof of een afgesloten ruimte loopt) of de opeenvolging van gebeurtenissen in een tijdlijn volgt.

Wat zijn de implicaties van dit onderzoek? De hersenen zijn het meest complexe orgaan ter wereld, en dit onderzoek brengt ons dichter bij het begrijpen van het vermogen van de hersenen om ervaringen in voorspelbare patronen te organiseren. Zelfs zonder dat we ons er bewust van zijn, zijn onze neuronen bezig om de wereld te begrijpen en zowel ruimte als tijd te organiseren om ons te helpen herinneren en te anticiperen op toekomstige gebeurtenissen.

Toepassingen in de echte wereld op verschillende gebieden zijn onder andere onderwijs, waar deze bevindingen zouden kunnen leiden tot verbeterde leermethoden door materiaal te structureren op een manier die weerspiegelt hoe de hersenen van nature reeksen verwerken - kortom, beter geheugen vasthouden. In de gezondheidszorg zou het onderzoek kunnen leiden tot de ontwikkeling van therapieën voor geheugenstoornissen zoals Alzheimer. Kunstmatige intelligentie en machinaal leren systemen zouden baat kunnen hebben bij het nabootsen van het voorspellend vermogen van de hersenen, wat zou leiden tot slimmere en meer adaptieve technologieën.

Hersen-machine-interfaces, zoals de Neuralinkzouden gebruik kunnen maken van temporele codering om mensen met neurologische beperkingen te helpen. Hierdoor kunnen zij protheses of communicatieapparatuur beter kunnen bedienen. En last but not least zouden behandelingen voor de geestelijke gezondheid, met name voor aandoeningen zoals PTSS, kunnen worden verbeterd - simpelweg door ons te richten op de manier waarop traumatische herinneringen worden gecodeerd en opgeroepen, waardoor we nieuwe manieren krijgen om opdringerige gedachten te beheersen.