人類皮層的一個(gè)基本謎團(tuán)是它的160億個(gè)神經(jīng)元如何將它們編碼的許多不同種類的信息整合或結(jié)合成一個(gè)連貫的統(tǒng)一體驗(yàn)或記憶。
科學(xué)家們假設(shè)這種結(jié)合涉及促進(jìn)神經(jīng)相互作用的高頻振蕩或“漣漪”，就像音樂或舞蹈中的節(jié)奏一樣。在2022年7月7日在PNAS上發(fā)表的一篇論文中，加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院的研究人員提供了一些初步的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)，證明這種漣漪確實(shí)發(fā)生在人類身上。
“想想撫摸你的貓的經(jīng)歷：它的形狀、位置、環(huán)境、顏色、感覺、動(dòng)作和聲音，以及你自己的反應(yīng)情緒和行動(dòng)。它們都結(jié)合在一個(gè)連貫的整體中，”資深作者EricHalgren說，博士，加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院放射學(xué)教授。
“體驗(yàn)的這些不同方面被編碼在分布在大腦皮層表面的位置中，而這種體驗(yàn)又被它們的時(shí)空放電模式所服務(wù)。謎團(tuán)在于這些不同位置的活動(dòng)是如何聯(lián)系起來的。”
以前的研究，主要是在嚙齒動(dòng)物中，發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)海馬體中的漣漪在睡眠期間組織這些時(shí)空模式的重放，這對(duì)于使記憶永久化至關(guān)重要。
由Halgren領(lǐng)導(dǎo)的加州大學(xué)圣地亞哥分校團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在人類皮層的所有區(qū)域，無論是清醒的還是睡眠的，都會(huì)出現(xiàn)漣漪。漣漪很短暫，持續(xù)大約十分之一秒，并且具有接近每秒90個(gè)周期的一致窄頻率。作者計(jì)算出，一個(gè)典型的短暫漣漪事件可能涉及大約5,000個(gè)小模塊同時(shí)激活，分布在皮層表面。
這項(xiàng)工作是第一作者CharlesW.Dickey的神經(jīng)科學(xué)博士論文的一部分。
“值得注意的是，漣漪在所有肺葉和兩個(gè)半球之間同時(shí)發(fā)生并同步，即使是在很遠(yuǎn)的距離，”迪基說。“皮層神經(jīng)元在漣漪期間以漣漪節(jié)奏增加放電，可能支持遠(yuǎn)距離位置之間的相互作用。
“在成功的記憶回憶之前有更多的共同發(fā)生。所有這些都表明，分布式的皮層共同漣漪促進(jìn)了可能構(gòu)成特定體驗(yàn)記憶的不同元素的整合。”
研究人員發(fā)現(xiàn)，皮質(zhì)漣漪通常與海馬漣漪相結(jié)合，并嵌入較慢的振蕩(每秒1和12個(gè)周期)中。這些較慢的節(jié)律由控制皮層活動(dòng)水平的中央結(jié)構(gòu)丘腦協(xié)調(diào)，并調(diào)節(jié)記憶鞏固所需的神經(jīng)元放電。
“由于我們的體驗(yàn)是按時(shí)間分級(jí)組織的，因此組織我們創(chuàng)造這種體驗(yàn)的皮層活動(dòng)的節(jié)奏也是如此，”哈格倫說。
該研究包括分析直接從18名被監(jiān)測(cè)患者的大腦內(nèi)部進(jìn)行的為期一周的錄音，以定位他們癲癇發(fā)作的起源。Halgren實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行的工作表明，皮層不同部位的神經(jīng)元放電模式在共同漣漪期間更具相互預(yù)測(cè)性，而共同漣漪與將字母綁定成單詞和意義與行動(dòng)有關(guān)。
“就像任何其他增加我們對(duì)世界如何運(yùn)作的理解的基礎(chǔ)研究一樣，不可能知道它的實(shí)際意義是什么，”哈格倫說。“但我要指出，精神分裂癥是一種常見且無法治愈的疾病，其特點(diǎn)是精神分裂。我們和其他人的研究結(jié)果表明，一種特定類型的抑制性中間神經(jīng)元對(duì)于漣漪的產(chǎn)生至關(guān)重要，并且已知這些細(xì)胞具有選擇性受精神分裂癥的影響，高頻振蕩也是如此。也許我們更接近于找到這種悲慘疾病的一個(gè)方面的機(jī)制。
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