過目不忘不神秘—新聞—科學網

2020-12-22 科學網
過目不忘不神秘
科學家揭示大腦在工作記憶中存儲信息的神經機制

 

 (A1-A2) 一個生活中需要調用工作記憶功能的例子和相關的科學問題（A3）（B）存在爭論的兩種工作記憶信息存儲機制。（C）頭部固定的小鼠行為訓練裝置（D）一個基於嗅覺刺激的工作記憶行為範式

「過目不忘」是很多學霸具備的一種能力。中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室李澄宇研究團隊對這種能力背後的神經機制進行了研究，揭開了大腦存儲信息的神秘面紗。相關論文3月5日在線發表於《神經元》。

研究認為「工作記憶」，是一種用「秒」來衡量的短時記憶，就像電腦裡的「緩存」。工作記憶不僅是人們日常生活的基本需求，更是人類獨有的高級認知功能的基礎，比如閱讀，思考，語言的學習等等。

「過目不忘」是一種超強的記憶能力，在李澄宇看來，這是通過工作記憶，瞬間「緩存「，從而達到的長時程記憶效果。那麼，大腦是如何在工作記憶中存儲信息的呢？

以往研究認為存在兩種可能的神經機制，一種是持續性編碼，另一種是瞬時性編碼。前者認為大腦只需要通過少量的神經元持續性放電就可以存儲信息，而後者認為大腦更傾向於調用大量的神經元、在單個細胞水平通過瞬時性放電來存儲信息。但是，目前尚沒有研究直接比較這兩種信息編碼方式與工作記憶行為調控的對應關係。兩種工作記憶信息存儲機制誰是主導，尚存在爭論。

研究人員綜合應用行為學、光遺傳、電生理等手段對這一問題展開了深入研究。

首先，利用頭部固定的小鼠成功地開發了一個基於嗅覺刺激的工作記憶行為範式和一套高效穩定的行為訓練系統。隨後用反證法，通過下調或者上調小鼠的行為水平，進而監測瞬時性和持續性神經元發生變化的情況。實驗結果表明，與小鼠執行工作記憶的行為表現水平有更緊密的關聯的是瞬時性神經元，而非持續性神經元。「就是說，瞬時性編碼的神經機制更有可能負責在工作記憶中存儲信息。「

為了進一步驗證這一結論，研究人員在工作記憶的過程中，加入不同的幹擾性刺激，以監測瞬時性和持續性神經元與小鼠抵抗外部幹擾刺激能力的關聯性。結果顯示，瞬時性神經元可以用於抵抗外部幹擾性刺激，以保證大腦準確地存儲任務相關信息，進而成功執行任務。

研究論證了瞬時性神經元，而非持續性神經元，扮演了工作記憶的過程中存儲信息「關鍵「角色。即在當前實驗條件下，大腦更傾向於通過瞬時性編碼的神經機制在工作記憶中存儲信息。

研究表明，工作記憶通過訓練可以提高。「記憶是可以訓練的，不管是長時程還是工作記憶「。李澄宇說。

工作記憶出現缺陷，不僅影響學習，還影響日常生活。此項研究成果為阿爾茲海默病、中風等疾病治療提供理論依據，也為類腦智能提供研發的思路。在研究了與工作記憶相關大腦內側前額葉之後，李澄宇表示，「今後將深入研究島葉皮層的下遊腦區環路機制及島葉皮層內部不同類型神經元在工作記憶中的功能」。

相關論文信息：https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(19)31050-5

 

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