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揭示人类海马体精细亚区处理工作记忆的神经动力学机制

2021-12-07 16:46:27  来源: 自动化研究所

工作记忆是一种对信息进行暂时加工和贮存的容量有限的记忆系统,作为知觉、长时记忆和动作之间的接口,是思维过程的基础支撑结构。海马体则被认为是执行工作记忆认知功能的重要脑区,人类电生理研究一致发现,海马体单个神经元在工作记忆加工中持续放电。然而,海马体由不同的精细亚区组成,是一个复杂的异质结构,各精细亚区如何参与并协同完成工作记忆认知活动仍然未知。

  近日,中国科学院自动化研究所脑网络组研究中心联合瑞士苏黎世大学医院结合脑网络组图谱和颅内脑电信号高时空分辨率的特点,揭示了人类海马体前后亚区执行工作记忆的神经振荡特征及相互作用的动力学过程,证明了海马体前后亚区通过3-12Hz频段的同步振荡活动以后海马向前海马的信息传递支持工作记忆加工。

  研究者招募了14名在海马体植入深部电极的难治性癫痫患者完成经典的工作记忆认知任务(这些患者因抗癫痫药物治疗无效,需要接受手术治疗。术前临床医生会在患者脑内植入多根深部电极采集场电位信号以精确评估致痫灶的位置)。 研究发现,在工作记忆维持期间海马体前后亚区低频神经振荡活动显著升高,说明海马体前后亚区均参与了工作记忆认知过程。在3-12Hz频段,海马体前后亚区之间相位同步活动增加,并且后海马驱动前海马完成神经信息传递,后海马在该频段的相位与前海马的高频幅值存在显著耦合的关系,而这些现象在错误加工工作记忆时则消失。上述结果说明,海马体前后亚区通过特定的神经信息传递方向支持正确的工作记忆加工。

  综上,研究证明,人类海马体前后亚区通过3-12Hz频段的同步振荡活动以后海马向前海马的信息传递支持工作记忆加工,揭示了海马体精细亚区在工作记忆认知活动中的神经动力学机制。

  包括阿尔兹海默症在内,许多神经退行性疾病的核心认知功能症状涉及工作记忆缺陷。因此,了解工作记忆潜在的神经机制十分重要。该研究不仅为验证脑网络组图谱海马精细结构加工工作记忆的神经机制提供了科学依据,也有助于此类神经疾病新型生物标志物的开发,为今后特异性脑认知检测与神经调控的研究提供了重要基础。

  相关研究成果在线发表在Journal of Neuroscience上。

图1.实验范式,电极位置和海马体前后亚区神经振荡模式

图2.人类海马体前后亚区之间相互作用及特定的神经信息传递方向支持正确的工作记忆加工

本文摘自自动化研究所,如有侵权请联系小编删除。

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