Nature：科學(xué)家識(shí)別出一組能參與工作記憶的特殊腦細(xì)胞

在工作記憶中保留信息是一個(gè)要求非常高的過(guò)程，其依賴(lài)于對(duì)認(rèn)知的控制來(lái)保障臨時(shí)記憶痕跡免受干擾，然而，目前研究人員并不清楚認(rèn)知控制調(diào)節(jié)機(jī)體大腦工作記憶儲(chǔ)備背后的分子機(jī)制。

近日，一篇發(fā)表在國(guó)際雜志Nature上題為“Control of working memory by phase–amplitude coupling of human hippocampal neurons”的研究報(bào)告中，來(lái)自西達(dá)賽奈醫(yī)學(xué)中心等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過(guò)研究揭示了負(fù)責(zé)工作記憶的腦細(xì)胞是如何協(xié)調(diào)有意識(shí)的注意力和短期信息存儲(chǔ)。工作記憶，正如記住一串較長(zhǎng)電話(huà)號(hào)碼以便撥打那樣，是一種短暫的信息保持形式。

研究者Jonathan Daume博士表示，這項(xiàng)研究中我們首次識(shí)別出了一組特殊的神經(jīng)元，其受到了兩類(lèi)腦電波的影響，這種腦電波能協(xié)調(diào)工作記憶中的認(rèn)知控制和感覺(jué)信息的儲(chǔ)存，盡管這類(lèi)神經(jīng)元自身并不直接儲(chǔ)存信息，但在短期記憶保存過(guò)程中卻起到了至關(guān)重要的作用。

工作記憶僅需大腦在數(shù)秒內(nèi)暫存信息，這一過(guò)程極為脆弱，需持續(xù)的關(guān)注力維系，同時(shí)也易受各種疾病及狀態(tài)影響，如阿爾茨海默病和注意力缺陷多動(dòng)障礙等疾病，患者的困難并非在于信息存儲(chǔ)本身，而是集中在注意力的保持以及已形成的記憶能否有效維持。

研究者堅(jiān)信，深入理解工作記憶的調(diào)控機(jī)制可能是研發(fā)針對(duì)此類(lèi)以及其它神經(jīng)系統(tǒng)疾病創(chuàng)新療法的關(guān)鍵基石。為了探究工作記憶功能的具體運(yùn)作方式，研究團(tuán)隊(duì)記錄了36名接受手術(shù)并在大腦中植入電極的住院患者的大腦活動(dòng)數(shù)據(jù)，這部分患者正在接受癲癇診斷。當(dāng)患者執(zhí)行涉及工作記憶的任務(wù)時(shí)，研究者實(shí)時(shí)捕捉了單個(gè)腦細(xì)胞的活動(dòng)情況以及腦電波變化。

科學(xué)家識(shí)別出一組能參與工作記憶的特殊腦細(xì)胞

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研究人員在電腦屏幕上向患者展示一張或多張包括人物、動(dòng)物、物體或風(fēng)景在內(nèi)的圖片，然后屏幕會(huì)在不足三秒的時(shí)間內(nèi)變?yōu)榭瞻住４藭r(shí)，研究人員要求患者記住剛剛看到的圖片；接著展示另一張圖片，讓患者判斷該圖是否為先前所見(jiàn)，或是最初三張圖片之一。

當(dāng)患者在運(yùn)用工作記憶完成任務(wù)時(shí)表現(xiàn)得準(zhǔn)確快速時(shí)，研究者觀(guān)察到兩類(lèi)神經(jīng)元——類(lèi)別神經(jīng)元和相位振幅耦合神經(jīng)元（PAC神經(jīng)元）均有放電現(xiàn)象。其中，“類(lèi)別神經(jīng)元”對(duì)照片中呈現(xiàn)的某一類(lèi)別（例如動(dòng)物）產(chǎn)生響應(yīng)，而PAC神經(jīng)元雖然不攜帶具體內(nèi)容，但卻通過(guò)相位振幅耦合過(guò)程確保了類(lèi)別神經(jīng)元對(duì)特定內(nèi)容的聚焦和記憶固化。PAC神經(jīng)元能與大腦中的θ波（與注意力和控制相關(guān)）和γ波（與信息處理關(guān)聯(lián)）同步放電，從而可能協(xié)調(diào)類(lèi)別神經(jīng)元的活動(dòng)。類(lèi)別神經(jīng)元進(jìn)而適時(shí)地向大腦發(fā)射γ波，增強(qiáng)了患者回憶工作記憶中儲(chǔ)存信息的能力。

研究者Rutishauser形象地比喻道，設(shè)想一位患者看到一張狗的圖片，他大腦中的類(lèi)別神經(jīng)元開(kāi)始發(fā)出“狗、狗、狗”的信號(hào)，而PAC神經(jīng)元?jiǎng)t仿佛發(fā)出“請(qǐng)注意/記住”這樣的指令。借助相位振幅耦合機(jī)制，這兩類(lèi)神經(jīng)元共同創(chuàng)造了一種和諧的信息疊加效應(yīng)，相當(dāng)于“記住這只狗”，形成了整體效果大于各部分簡(jiǎn)單相加的局面，就像一支交響樂(lè)團(tuán)中，指揮者（此處指PAC神經(jīng)元）協(xié)調(diào)各個(gè)樂(lè)手和諧地奏出美妙的樂(lè)章。

PAC神經(jīng)元在海馬體中完成了這個(gè)關(guān)鍵過(guò)程，海馬體是大腦內(nèi)長(zhǎng)期被認(rèn)為是長(zhǎng)期記憶核心的重要區(qū)域。本研究首次揭示了海馬體可能在控制工作記憶方面同樣擔(dān)當(dāng)著關(guān)鍵角色。（生物谷Bioon.com）