Cell:工作记忆需要大脑两个脑区同步活动
作者: mints 编译 / 265次阅读 时间: 2020年10月19日
标签: 工作记忆 记忆 前额叶皮层 丘脑 孤儿受体
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最新在发表在《细胞》杂志上的论文提供的证据表明,工作记忆并不是整齐地局限于一个大脑区域,而是需要至少两个同步活动。这一发现挑战了人们长期以来一直认为工作记忆只是大脑一部分的假设,并有助于科学家查明其遗传和机制基础。

洛克菲勒大学的神经科学家Priya Rajasethupathy说:“事实上,早期研究表明,大脑的某种结构与工作记忆有关。我们的新发现使我们对这些领域是什么,以及它们如何发挥作用提供了更切实的见解。”心理学空间网 psychspace.com

良好记忆的组成

70年代和80年代进行的开创性研究将工作记忆的神经基础追溯到了大脑的前额叶皮层。那里的大量神经元似乎可以通过同时激活数秒至数分钟的方式来保存信息,这比单个神经元的毫秒级标准要长得多。但是,只有这种机制并不能解释工作记忆的更复杂方面——包括诸如我们如何牢记一个以上的项目,或者面对干扰因素并仍然记住我们关心的事情。

论文作者,助教Rajasethupathy说:“越来越清楚的是,虽然前额叶皮层的持续活动很重要,但却不是工作记忆的全部。”

为了进一步对此进行研究,Rajasethupathy的研究小组与Praveen Sethupathy及其在康奈尔大学的实验室合作,探讨了特殊基因变异小鼠群体中工作记忆的功能。

Sethupathy说:“与标准实验室小鼠不同,这些小鼠的遗传多样性水平与人类的水平相当,这意味着有些小鼠可能更擅长工作记忆任务,有些则没有那么多,我们可以研究他们大脑中的信息生理技能导致这种变异的原因。”

为了测试小鼠的工作记忆能力,研究人员把它们放置在迷宫中,让他们探索迷宫中新的分支。因此,小鼠如何成功地在迷宫中找到新的区域是衡量其工作记忆的指标。

正如预期的那样,科学家们观察到小鼠的行为发生了广泛的变化,随后的遗传分析突显了基因组中的一个特定点位可以解释17%的这种变异。

研究人员在这个位置发现了一种对动物的工作记忆具有显着影响的基因。通过增强该基因的表达,可以将一只小鼠从过去偶然的水平变成能够达到80%正确表达,或者通过阻碍基因的表达来制造更多健忘的老鼠。

从基因到脑回路

研究小组随后对(也存在于其他哺乳动物和人类中的)该基因进行了研究,以了解该基因如何影响小鼠的大脑和行为。

该基因编码是Gpr12,被称为“孤儿受体” ,之所以称其为“孤儿受体”,是因为尚不清楚大脑中有什么分子会激活它。令他们惊讶的是,研究人员发现这些受体并不位于前额叶皮层(即工作记忆的假定位置),而是在大脑中更远的丘脑神经元中发现了该受体。

短时记忆模型显示,孤儿受体依赖于丘脑皮质活动。
Kuangfu Hsiao, Chelsea Noble(2020), A Thalamic Orphan Receptor Drives Variability in Short-Term Memory. Cell DOI: 10.1016/j.cell.2020.09.011

工作记忆水平较高的小鼠丘脑中的这些受体含量约为低效小鼠的2.5倍。脑活动记录显示,在工作记忆任务期间,这些受体有助于在丘脑和前额叶皮层之间建立同步活动。

研究人员发现,这种同步性对于维持记忆力似乎至关重要。它越高,老鼠在迷宫分叉处做出准确的“左右”选择的可能性就越大。这表明它已经记住了前一次访问中获得的信息。

Rajasethupathy说:“我们证明,表现更好的小鼠,拥有更多的这些受体,因此丘脑和前额叶皮层之间能够建立更多的同步性。”

这些发现揭示了前额叶与丘脑之间对话的关键作用,从而扩展了经典模型,为研究人员思考工作记忆提供了新途径。

Rajasethupathy和她的同事计划继续研究Gpr12受体起的作用的更多细节,这种工作可能会发现潜在的治疗靶向,以治疗工作记忆障碍。

她说:“很难找到一个单一的基因会对复杂的认知功能(如工作记忆)有强烈影响。但是在这种情况下它确实是正确的,这使我们找到了一种令人意外的和工作记忆有关的机制。”

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