Nature：科學家識別出一組能參與工作記憶的特殊腦細胞

在工作記憶中保留信息是一個要求非常高的過程，其依賴于對認知的控制來保障臨時記憶痕跡免受干擾，然而，目前研究人員并不清楚認知控制調(diào)節(jié)機體大腦工作記憶儲備背后的分子機制。

近日，一篇發(fā)表在國際雜志Nature上題為“Control of working memory by phase–amplitude coupling of human hippocampal neurons”的研究報告中，來自西達賽奈醫(yī)學中心等機構的科學家們通過研究揭示了負責工作記憶的腦細胞是如何協(xié)調(diào)有意識的注意力和短期信息存儲。工作記憶，正如記住一串較長電話號碼以便撥打那樣，是一種短暫的信息保持形式。

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

工作記憶僅需大腦在數(shù)秒內(nèi)暫存信息，這一過程極為脆弱，需持續(xù)的關注力維系，同時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障礙等疾病，患者的困難并非在于信息存儲本身，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。

研究者堅信，深入理解工作記憶的調(diào)控機制可能是研發(fā)針對此類以及其它神經(jīng)系統(tǒng)疾病創(chuàng)新療法的關鍵基石。為了探究工作記憶功能的具體運作方式，研究團隊記錄了36名接受手術并在大腦中植入電極的住院患者的大腦活動數(shù)據(jù)，這部分患者正在接受癲癇診斷。當患者執(zhí)行涉及工作記憶的任務時，研究者實時捕捉了單個腦細胞的活動情況以及腦電波變化。

科學家識別出一組能參與工作記憶的特殊腦細胞

實驗過程中，研究人員在電腦屏幕上向患者展示一張或多張包括人物、動物、物體或風景在內(nèi)的圖片，然后屏幕會在不足三秒的時間內(nèi)變?yōu)榭瞻?。此時，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，或是最初三張圖片之一。

當患者在運用工作記憶完成任務時表現(xiàn)得準確快速時，研究者觀察到兩類神經(jīng)元——類別神經(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，“類別神經(jīng)元”對照片中呈現(xiàn)的某一類別（例如動物）產(chǎn)生響應，而PAC神經(jīng)元雖然不攜帶具體內(nèi)容，但卻通過相位振幅耦合過程確保了類別神經(jīng)元對特定內(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）和γ波（與信息處理關聯(lián)）同步放電，從而可能協(xié)調(diào)類別神經(jīng)元的活動。類別神經(jīng)元進而適時地向大腦發(fā)射γ波，增強了患者回憶工作記憶中儲存信息的能力。

研究者Rutishauser形象地比喻道，設想一位患者看到一張狗的圖片，他大腦中的類別神經(jīng)元開始發(fā)出“狗、狗、狗”的信號，而PAC神經(jīng)元則仿佛發(fā)出“請注意/記住”這樣的指令。借助相位振幅耦合機制，這兩類神經(jīng)元共同創(chuàng)造了一種和諧的信息疊加效應，相當于“記住這只狗”，形成了整體效果大于各部分簡單相加的局面，就像一支交響樂團中，指揮者（此處指PAC神經(jīng)元）協(xié)調(diào)各個樂手和諧地奏出美妙的樂章。

PAC神經(jīng)元在海馬體中完成了這個關鍵過程，海馬體是大腦內(nèi)長期被認為是長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當著關鍵角色。（生物谷Bioon.com）