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空间计算使灵活的工作记忆成为可能

需要工作记忆的例行任务,如烘焙,涉及记住一些一般规则(例如从食谱中读取烤箱温度和时间,然后将它们放在烤箱上)和每个实例的一些特定内容(例如 350 度 45 分钟一条黑麦面包,但 325 度 8 分钟饼干)。一项新研究为大脑如何明确管理此类认知需求的一般和特定组成部分提供了新的解释。

由麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所、瑞典斯德哥尔摩 Karolinksa 研究所和 KTH 皇家理工学院的科学家领导的研究表明,大脑在大脑皮层中为每个一般规则创造了不同的空间,并通过大脑节律控制这些斑块,a作者称之为“空间计算”的概念。

该系统在该研究的动物实验中很明显,它解释了即使特定内容不断变化(例如面包与饼干的时间和温度),大脑如何能够轻松地保持对过程的一致理解。它还回答了神经科学家一直在努力解决的关于工作记忆背后的生理操作的几个问题。

“你的大脑可以立即概括。如果我教你遵循一些规则,比如记住 C、A 和 B 并将它们按字母顺序排列,然后我将内容切换为 F、D 和 E,你就不会错过任何一个节拍”麻省理工学院 Picower 学习与记忆研究所的 Picower 教授 Earl K. Miller 说,他也是Nature Communications研究的共同资深作者。“你的大脑可以做到这一点,因为它代表了不同物理尺度的规则和内容。一个可以插入另一个。”

工作记忆运作

Miller 实验室多年的研究表明,工作记忆任务受不同频率的大脑节律的相互作用控制,其中大部分研究由现在卡罗林斯卡大学的主要作者 Mikael Lundqvist 领导。较慢的 β 波携带有关任务规则的信息,并在需要执行操作(例如存储来自感官的信息或在需要回忆时读出信息)时选择性地屈服于较快的伽马波。

但是这些波在数百万个神经元的网络上运行,其中只有一小部分实际上存储了在任何特定时间相关的单个信息项。此外,携带特定物品信息的神经元随处可见。有些人会因为与其他人不同的任务规则而变得电兴奋或“尖峰”,并且即使他们的信息不相关,他们也往往至少会在某种程度上出现尖峰。

那么这些相当不精确的节律如何在正确的时间选择性地控制正确的神经元来做正确的事情呢?为什么尖峰信号与特定项目相关的神经元分散且多余?是什么让一个特定于“350 度”的神经元在必须存储该信息时活跃起来,而另一个具有该信息的神经元在需要回忆时活跃起来?

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