《Nature》英破解「工作記憶」維繫機制 特定皮質區神經交流為關鍵

日期2022-08-01
(圖片來源:網路)
7月27日,英國倫敦大學學院(UCL)的神經科學團隊,解開了一項動物維繫「工作記憶」(working memory)的機制。他們發現,小鼠會透過頂葉(parietal lobe)與運動前皮質(premotor cortex)兩皮質區的神經訊息交流,來維持工作記憶。該研究可說是首次清楚揭開這項短期記憶的形成與維繫之謎,論文刊登於頂尖期刊《Nature》。

工作記憶為一種短期記憶,是動物用以儲存暫時性記憶,且容量有限的記憶系統,對動物執行決策與行為有重要影響。

該論文第一作者,UCL研究員Ivan Voitov表示,工作記憶可分為許多類型,尤其涉及感覺的工作記憶,在研究上一直充滿挑戰,因為其通常伴隨著包括時間、動作準備和獎勵期望等多項變因,進行實驗並不容易。

為克服這項挑戰,該團隊試圖將「需仰賴工作記憶的任務」,與「不需仰賴工作記憶的任務」,直接進行比較。

他們先讓小鼠觀看以旋轉光柵製造的黑白紋圖像,該黑白紋的角度,會隨光柵旋轉而呈現不同角度,對小鼠來說可視為不同的圖像。

研究人員將該視覺刺激實驗,設計為「先觀看特定圖像,經一段時間延遲,再觀看第二次圖像」;並區分為「兩次圖像皆相同時,能得到獎勵」,以及「不論兩次圖像是否相同,都能得到獎勵」兩組,前者與工作記憶相關,後者則否。

兩組小鼠進行任務時,同時比較其神經訊號,可觀察到前者因為運用到工作記憶,而會有特定的神經活動。進一步分析後,他們發現工作記憶運作時,只有某些微小波動,圍繞著單一細胞平均放電。

研究人員接著以光遺傳學(optogenetic)技術,在兩次刺激間的延遲期間,選擇性讓大腦某些區域沈默(silence);結果發現,若讓小鼠頂葉(parietal lobe)或運動前皮層(premotor cortex)區域間,任一區域沉默,則會影響小鼠的工作記憶功能,表示在這段延遲期間中,頂葉與運動前皮層區具有關聯。

為驗證這項假設,研究團隊先破壞頂葉皮層或運動前皮層區,再同時記錄另一區傳回的訊息,發現當破壞頂葉皮層時,運動前皮層傳向頂葉的訊息並不會變化,但小鼠工作記憶仍會被影響;反之,除了工作記憶也會被影響外,還觀察到工作記憶特異性(memory-specific)的皮質交流,也會被干擾。

領導該研究的UCL教授Tom Mrsic-Flogel表示,這項研究顯示,大腦中相關的皮層區,會透過某些相互依賴、交流的神經訊息活動,來維繫工作記憶。

未來,該團隊將進一步了解這些腦區間神經活動模式為何,並研究更複雜的工作記憶,包括瞭解工作記憶中特定訊息,和訊息的強度。

參考資料:
1. 論文原文:https://www.nature.com/articles/s41586-022-05014-3
2. https://www.sciencedaily.com/releases/2022/07/220727110703.htm

(編譯/巫芝岳)