Reactivatie van neuronale activiteitspatronen in de hippocampus bevordert het geheugen voor saillante ervaringen

Onze ervaringen worden niet allemaal even lang noch even helder opgeslagen. We voelen het intuitief aan en het is experimenteel aangetoond dat meer opvallende en relevante ervaringen bij voorkeur langer worden onthouden. De mechanismen die ten grondslag liggen aan het selectief opslaan van herinneringen worden echter nog steeds actief onderzocht. Cognitieve functies worden verondersteld ondersteund te worden door de gecoördineerde activiteit van neuronale populaties, verdeeld over verschillende hersengebieden. De vorming van een herinnering en de overdracht ervan naar een langdurige herinnering, bekend als geheugenconsolidatie, vereist de interactie tussen neuronale ensembles in de cortex en de hippocampus.

De spatio-temporele context van een ervaring wordt geassocieerd met een uniek patroon van neuronale activiteit in de populatie van hippocampale neuronen. Tijdens periodes van stille waakzaamheid of tijdens de slaap worden de activiteitspatronen, waargenomen tijdens een ervaring, gereactiveerd. Deze reactivaties vinden plaats op een snellere tijdschaal dan tijdens de ervaring en komen gelijktijdig voor met snelle oscillaties gemeten in de lokale veldpotentiaal, genaamd “sharp-wave ripples” (SWR's). Elke afzonderlijke reactivatie in de hippocampus heeft betrekking op de context van één specifieke ervaring uit het verleden en kan daardoor specifiek de consolidatie van de bijbehorende herinnering ondersteunen. Het is dus ook denkbaar dat relevante ervaringen bij voorkeur opnieuw worden afgespeeld tijdens de slaap, hetgeen leidt tot selectief versterken van de consolidatie van het bijbehorende geheugen.

Ratten die getraind waren om twee contextueel verschillende locaties te associëren met verschillende hoevedheid beloning, vertoonden een sterker geheugen voor de locatie geassocieerd met de hogere beloning 2 uur na het leren. Dit effect bleek het sterkst te zijn voor locaties die het hoogste niveau van ruimtelijke integratie vereisten. Een beter geheugen voor de hogere beloning ging gepaard met een verhoogde reactivatie van de sterk beloonde context. Dit effect kwam meer voor op locaties die een hogere ruimtelijke integratie vereisten, en het was specifiek gevoelig voor verstoring van alle reactivatie gebeurtenissen tijdens de pauze na het leren. Deze resultaten tonen een causaal verband aan tussen de toegenomen reactivatie tijdens de slaap en de selectieve verbetering van geheugenconsolidatie voor sterk beloonde ervaringen.

Een volledig begrip van de mechanismen die ten grondslag liggen aan de vorming en consolidatie van het geheugen vereist de gelijktijdige opname van de populatie van neuronen in de verschillende betrokken hersengebieden. De huidige technologieën die tegenwoordig worden gebruikt, draad-elektroden die zijn geladen op microdrivearrays en elektrode-dichte siliconprobes missen respectievelijk het aantal elektroden of hun flexibele en nauwkeurige positionering om dergelijke opnames uit te voeren.

Nieuw ontworpen flexibele siliconeprobes die met 16 geladen kunnen worden op een microdrive array en onafhankelijk bewegen, combineren de voordelen van de twee benaderingen. Het gebruik van het apparaat werd aangetoond door gelijktijdige, chronische opnamen uit te voeren van populaties van cellen in de cortex en de hippocampus. Dit prototype biedt een alternatieve oplossing voor metingen op grote schaal van spatiaal verspreidde neuronale ensembles.