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通過人類海馬神經(jīng)元的相位-振幅耦合來控制工作記憶

瀏覽次數(shù):615 發(fā)布日期:2024-12-24  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)

在工作記憶中保留信息是一個(gè)要求很高的過程,它依賴于認(rèn)知控制來保護(hù)特定于備忘錄的持續(xù)活動(dòng)免受干擾。然而,認(rèn)知控制如何調(diào)節(jié)工作記憶的存儲(chǔ)尚不清楚。

本文通過使用Neuroport在體多通道神經(jīng)信號采集系統(tǒng)(Blackrock Mircosystems)在人類內(nèi)側(cè)顳葉和額葉中記錄神經(jīng)元的活動(dòng),并且使患者進(jìn)行多項(xiàng)關(guān)于工作記憶的項(xiàng)目,發(fā)現(xiàn)額葉控制和海馬持續(xù)活動(dòng)的相互作用是通過 θ-γ 相位-振幅耦合(TG-PAC)協(xié)調(diào)的。

圖 1:任務(wù)、記錄位點(diǎn)和行為。

為了確定 WM 維護(hù)期間 LFP 中是否存在 PAC,研究員們把PAC 作為低頻(2-14 Hz)相位和高頻(30-150 Hz)功率的函數(shù)。
圖 2:TG-PAC。

接下來,研究了細(xì)胞在 WM 維持期間是否保持持續(xù)活性,如果是,它們的活性是否與 PAC 有關(guān)。他們首先選擇了神經(jīng)元類別,這些神經(jīng)元是放電率(FR)與編碼過程中顯示的刺激的視覺類別相關(guān)的細(xì)胞。

圖 3:MTL 中類別神經(jīng)元的 FRs 和 SFC。

接下來研究員們選擇了活動(dòng)受 PAC 調(diào)節(jié)的 MTL 神經(jīng)元,并確定它們是否與持續(xù)活躍的類別神經(jīng)元顯著重疊。他們將 PAC 神經(jīng)元定義為 FR 是 θ 期和 γ 振幅之間相互作用的函數(shù)的神經(jīng)元。

圖 4:PAC 神經(jīng)元選擇和局部活動(dòng)。

鑒于上面顯示的 PAC 神經(jīng)元的特性,研究員們假設(shè) PAC 神經(jīng)元可能參與 WM 的認(rèn)知控制。因此,他們接下來研究了 PAC 神經(jīng)元的活動(dòng)是否與額葉活動(dòng)有關(guān)。為此,他們計(jì)算了 MTL 中 PAC 神經(jīng)元的尖峰活動(dòng)與 pre-SMA、dACC 和 vmPFC 中記錄的 LFP 之間的跨區(qū)域 SFC。

圖 5:MTL 中的 PAC 神經(jīng)元與額葉 θ LFP 的遠(yuǎn)程連接。

如果細(xì)胞的活性與其他細(xì)胞相關(guān),則其 FR 中本身不攜帶信息的細(xì)胞可以影響變量在種群水平上的表示。研究員們假設(shè) PAC 神經(jīng)元在 WM 維護(hù)期間可能具有這種作用。

圖 6:海馬體中 PAC 神經(jīng)元的噪聲相關(guān)性。

在海馬體中,TG-PAC 指示工作記憶負(fù)荷和質(zhì)量。本文鑒定了在 θ 期和 γ 振幅的非線性相互作用期間選擇性加標(biāo)的細(xì)胞。當(dāng)認(rèn)知控制需求較高時(shí),這些 PAC 神經(jīng)元的尖峰時(shí)間與額葉 θ 活動(dòng)相協(xié)調(diào)。通過引入與海馬體中持續(xù)活躍的神經(jīng)元的噪聲相關(guān)性,PAC 神經(jīng)元塑造了群體密碼的幾何形狀。

綜上所述,本文的結(jié)果支持工作內(nèi)存的多組件架構(gòu),通過額頭控制管理存儲(chǔ)相關(guān)區(qū)域中工作記憶內(nèi)容的維護(hù)。在這個(gè)框架內(nèi),海馬 TG-PAC 整合了跨大腦區(qū)域的認(rèn)知控制和工作記憶存儲(chǔ),從而提出了一種對感覺驅(qū)動(dòng)過程進(jìn)行自上而下控制的潛在機(jī)制。

原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41586-024-07309-z

來源:北京科圣科技有限公司
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