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探索工作记忆的神经机制取得进展

来源:光明日报 齐芳 访问:390 时间:2023-05-29
记者从中国科学院自动化研究所获悉,该所脑网络组研究中心蒋田仔团队与瑞士苏黎世大学医院合作,在探索工作记忆的神经机制上取得进展——运用颅内脑电信号和多种脑电分析方法以及机器学习模型,系统分析了人脑杏仁核-海马环路在工作记忆编码和维持阶段的功能分工和协同模式,为该环路在工作记忆中的作用提供了新的视角。这一成果日前在线发表在国际学术期刊《自然-通讯》上。

人类如何记住和回忆事物是脑科学的难题,工作记忆是人类临时保存和使用信息的系统,就像计算机的高速内存。它不仅是日常生活的必需,也是语言理解、学习和推理等高层次认知功能的基础。探索工作记忆的神经机制对于理解人脑高层次认知功能的原理有重要意义。

在这项研究中,科学家们收集了14名难治性癫痫患者在完成工作记忆任务时杏仁核和海马的颅内脑电信号,采用多种脑电分析方法和机器学习模型,从局部活动和信息交互层面系统分析了杏仁核和海马在工作记忆编码和维持阶段的神经表征模式和信息传递方向,并基于此解码了工作记忆的负载。

研究发现,人脑杏仁核-海马环路在工作记忆编码和维持阶段呈现出两个明显的功能特点。第一,各司其职:杏仁核在工作记忆编码阶段表征记忆内容,而海马在材料消失后的维持阶段保持了记忆信息的表征。杏仁核在编码阶段的表征和海马在维持阶段的表征可以更好地解码出工作记忆负载。第二,守望相助:杏仁核和海马在编码和维持阶段相互协作,相互传递信息,杏仁核在编码阶段发出的信息流以及海马在维持阶段发出的信息流可以更好地解码出工作记忆负载。

这一研究不仅为深入理解工作记忆的神经机制提供了新的依据,也为相关疾病,如表现出工作记忆缺陷的精神分裂症和阿尔兹海默症等的研究,提供了新的视角。此外,通过结合颅内脑电记录,多变量分析和机器学习的方法也为未来的脑-机接口研究和神经反馈治疗提供了新的研究框架。

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