李澄宇小组揭示工作记忆新机制

2019-10-08 作者:科学研究   |   浏览(135)

“电”力不充足 记忆变模糊 李澄宇小组揭示工作记忆新机制

国际著名学术期刊《美国科学院院刊》在线发表了北京大学心理与认知科学学院和麦戈文脑科学研究所纳家勇治课题组的研究论文“Contributions of primate prefrontal cortex and medial temporal lobe to temporal-order memory”,论文报道了课题组采用清醒猴电生理技术研究时序记忆的神经机制。论文的第一和通讯作者是纳家勇治研究员。

本报讯中科院上海生科院神经科学研究所李澄宇研究组通过干预“延迟期间”小鼠大脑内侧前额叶的电活动影响了记忆任务的学习正确率,阐明了该脑区在记忆学习过程中放电模式变化的规律。近日,相关研究论文发表于《科学》杂志。

jin2055金沙网站,记忆是核心认知功能之一,使得人和动物能够根据经验改变自己的行为模式。记忆系统具有多样性,其中的陈述性记忆是我们的“日常语言记忆”,它使我们能够去描述我们所记得的事情。陈述性记忆包含情景记忆与语义记忆。情景记忆是指对亲身经历的事件的记忆,包括事件发生时特定的时空背景。而语义记忆则代表着一种从经历中得到的事实或者知识。内侧颞叶(medial temporal lobe),特别是海马区,在这两类记忆中起到重要的作用(图1)。纳家勇治研究组主要研究时间背景下的情景记忆。

审稿专家表示:“有趣的是,他们不仅发现了随着学习‘延迟期间’的电活动强度逐渐下降,而且阐明了神经元电活动与行为好坏之间的相关性。作者的试验与分析过程优雅而周密,值得祝贺。”

在大脑编码了一系列事件后,它们的时间顺序对于情景记忆非常重要(图2)。在以往的研究中,纳家勇治博士 (science,2011) 通过恒河猴的行为电生理实验,在单细胞水平上发现了内侧颞叶区的两种不同的时间表征方式。其中,海马区表征连续性的时间,而外嗅皮层(perirhinal cortex)则从海马区获取时间信号,再将其与特定事件进行整合,从而表征离散的时间点。从解剖结构上来看,外嗅皮层位于内侧颞叶区的入口处,这有助于它从联合皮质获取外部信息,再通过内嗅皮层(entorhinal cortex)输入到海马区。

“工作记忆”是一种重要的短时程记忆,它负责将“正在经历”的信息进行短暂的储存和运用。例如在打电话时,如果被告知一个陌生号码,则需要在记忆中把这个号码暂时存储下来,然后将电话拨出。

前额叶是灵长类尤为发达的脑区,它和内侧颞叶在时序记忆(时间顺序记忆)中的作用颇有争议。在本研究中,纳家勇治研究组对前额叶神经元在时序记忆任务中的活动模式进行了探究,并与内侧颞叶区神经元进行了比较。在实验任务中,猴需要记住两个依次呈现的物体的身份和时序信息(编码阶段),并在随后的测试中“告知”研究人员(回忆阶段)这些信息。研究发现,在编码阶段,前额叶表征了特定的物体身份和时序的组合,并且有显著的物体选择性延时活动。相对地,内侧颞叶表征了受时序信号和递增时间信号调制的物体信息。因此,虽然前额叶、内侧颞叶两个脑区的神经元都表征了物体的身份、时序或两者的组合信息,但是它们的编码策略迥异。前额叶的神经元表现出对物体身份和时序更为独立的选择性,提示其可能以非线性算法整合任务相关的变量,从而表征更高维的信息,为解决多样的任务提供计算优势。而内侧颞叶则稳定地表征物体及其搭载的时间信息,实时编码我们正在经历的场景,为后续的记忆提取做准备。

研究发现,大脑的前额叶(额头后面的大脑区域)神经元的电活动对于工作记忆非常重要。但是,前额叶在工作记忆中的具体贡献机制目前还是个未知问题。具体的核心困难有两个:工作记忆是“秒”级的记忆,而传统的实验手段操纵神经元会造成长时程甚至永久性的影响,不能实现“秒”级的干预;另外,很多研究中用到的行为学范式无法区分记忆的存储与抉择等其他脑功能。

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为此,研究人员训练小鼠学习一个工作记忆任务,其中记忆的存储与抉择行为在时间上相互分离。在这项任务中,小鼠先后闻到两个一样或者不一样的气味。如果气味不一样,小鼠可以舔水从而得到水作为奖励;如果气味一样,小鼠则需要抑制自己不去舔水。在闻到两次气味之间,有一段无气味的“延迟期”。

图1 恒河猴的记忆相关脑区

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