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PNAS:北京大学纳家勇治研究组阐明时序记忆的神经机制

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摘要 : 2017年12月13日,国际著名学术期刊《美国科学院院刊》在线发表了北京大学心理与认知科学学院和麦戈文脑科学研究所纳家勇治课题组的研究论文“Contributions of primate prefrontal cortex and medial temporal lobe to temporal-order memory”,论文报道了课题组采用清醒猴电生理钱柜娱乐手机版网页研究时序记忆的神经机制。

2017年12月13日,国际著名学术期刊《美国科学院院刊》在线发表了北京大学心理与认知科学学院和麦戈文脑科学研究所纳家勇治课题组的研究论文“Contributions of primate prefrontal cortex and medial temporal lobe to temporal-order memory”,论文报道了课题组采用清醒猴电生理钱柜娱乐手机版网页研究时序记忆的神经机制。论文的第一和通讯作者是纳家勇治研究员。

记忆是核心认知功能之一,使得人和动物能够根据经验改变自己的行为模式。记忆系统具有多样性,其中的陈述性记忆是我们的“日常语言记忆”,它使我们能够去描述我们所记得的事情。陈述性记忆包含情景记忆与语义记忆。情景记忆是指对亲身经历的事件的记忆,包括事件发生时特定的时空背景。而语义记忆则代表着一种从经历中得到的事实或者知识。内侧颞叶(medial temporal lobe),特别是海马区,在这两类记忆中起到重要的作用(图1)。纳家勇治研究组主要研究时间背景下的情景记忆。

在大脑编码了一系列事件后,它们的时间顺序对于情景记忆非常重要(图2)。在以往的研究中,纳家勇治博士 (science,2011) 通过恒河猴的行为电生理实验,在单细胞水平上发现了内侧颞叶区的两种不同的时间表征方式。其中,海马区表征连续性的时间,而外嗅皮层(perirhinal cortex)则从海马区获取时间信号,再将其与特定事件进行整合,从而表征离散的时间点。从解剖结构上来看,外嗅皮层位于内侧颞叶区的入口处,这有助于它从联合皮质获取外部信息,再通过内嗅皮层(entorhinal cortex)输入到海马区。

前额叶是灵长类尤为发达的脑区,它和内侧颞叶在时序记忆(时间顺序记忆)中的作用颇有争议。在本研究中,纳家勇治研究组对前额叶神经元在时序记忆任务中的活动模式进行了探究,并与内侧颞叶区神经元进行了比较。在实验任务中,猴需要记住两个依次呈现的物体的身份和时序信息(编码阶段),并在随后的测试中“告知”研究人员(回忆阶段)这些信息。研究发现,在编码阶段,前额叶表征了特定的物体身份和时序的组合,并且有显著的物体选择性延时活动。相对地,内侧颞叶表征了受时序信号和递增时间信号调制的物体信息。因此,虽然前额叶、内侧颞叶两个脑区的神经元都表征了物体的身份、时序或两者的组合信息,但是它们的编码策略迥异。前额叶的神经元表现出对物体身份和时序更为独立的选择性,提示其可能以非线性算法整合任务相关的变量,从而表征更高维的信息,为解决多样的任务提供计算优势。而内侧颞叶则稳定地表征物体及其搭载的时间信息,实时编码我们正在经历的场景,为后续的记忆提取做准备。

PNAS:北京大学纳家勇治研究组阐明时序记忆的神经机制
图1 恒河猴的记忆相关脑区

PNAS:北京大学纳家勇治研究组阐明时序记忆的神经机制
图2 实验流程及神经电生理结果

原文链接:

Contributions of primate prefrontal cortex and medial temporal lobe to temporal-order memory

原文摘要:

Neuropsychological and neurophysiological studies have emphasized the role of the prefrontal cortex (PFC) in maintaining information about the temporal order of events or items for upcoming actions. However, the medial temporal lobe (MTL) has also been considered critical to bind individual events or items to their temporal context in episodic memory. Here we characterize the contributions of these brain areas by comparing single-unit activity in the dorsal and ventral regions of macaque lateral PFC (d-PFC and v-PFC) with activity in MTL areas including the hippocampus (HPC), entorhinal cortex, and perirhinal cortex (PRC) as well as in area TE during the encoding phase of a temporal-order memory task. The v-PFC Cells signaled specific items at particular time periods of the task. By contrast, MTL cortical cells signaled specific items across multiple time periods and discriminated the items between time periods by modulating their firing rates. Analysis of the temporal dynamics of these signals showed that the conjunctive signal of item and temporal-order information in PRC developed earlier than that seen in v-PFC. During the delay interval between the two cue stimuli, while v-PFC provided prominent stimulus-selective delay activity, MTL areas did not. Both regions of PFC and HPC exhibited an incremental timing signal that appeared to represent the continuous passage of time during the encoding phase. However, the incremental timing signal in HPC was more prominent than that observed in PFC. These results suggest that PFC and MTL contribute to the encoding of the integration of item and timing information in distinct ways.

doi:10.1073/pnas.1712711114

作者:纳家勇治 点击:

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