人類皮層的一個基本謎團是它的160億個神經(jīng)元如何將它們編碼的許多不同種類的信息整合或結合成一個連貫的統(tǒng)一體驗或記憶。
科學家們假設這種結合涉及促進神經(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，加州大學圣地亞哥分校醫(yī)學院的研究人員提供了一些初步的經(jīng)驗證據(jù)，證明這種漣漪確實發(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、動作和聲音，以及你自己的反應情緒和行動。它們都結合在一個連貫的整體中，”資深作者EricHalgren說，博士，加州大學圣地亞哥分校醫(yī)學院放射學教授。
“體驗的這些不同方面被編碼在分布在大腦皮層表面的位置中，而這種體驗又被它們的時空放電模式所服務。謎團在于這些不同位置的活動是如何聯(lián)系起來的。”
以前的研究，主要是在嚙齒動物中，發(fā)現(xiàn)不同結構海馬體中的漣漪在睡眠期間組織這些時空模式的重放，這對于使記憶永久化至關重要。
由Halgren領導的加州大學圣地亞哥分校團隊發(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個周期的一致窄頻率。作者計算出，一個典型的短暫漣漪事件可能涉及大約5,000個小模塊同時激活，分布在皮層表面。
這項工作是第一作者CharlesW.Dickey的神經(jīng)科學博士論文的一部分。
“值得注意的是，漣漪在所有肺葉和兩個半球之間同時發(fā)生并同步，即使是在很遠的距離，”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了可能構成特定體驗記憶的不同元素的整合。”
研究人員發(fā)現(xiàn)，皮質漣漪通常與海馬漣漪相結合，并嵌入較慢的振蕩(每秒1和12個周期)中。這些較慢的節(jié)律由控制皮層活動水平的中央結構丘腦協(xié)調(diào)，并調(diào)節(jié)記憶鞏固所需的神經(jīng)元放電。
“由于我們的體驗是按時間分級組織的，因此組織我們創(chuàng)造這種體驗的皮層活動的節(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)測患者的大腦內(nèi)部進行的為期一周的錄音，以定位他們癲癇發(fā)作的起源。Halgren實驗室正在進行的工作表明，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測性，而共同漣漪與將字母綁定成單詞和意義與行動有關。
“就像任何其他增加我們對世界如何運作的理解的基礎研究一樣，不可能知道它的實際意義是什么，”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，其特點是精神分裂。我們和其他人的研究結果表明，一種特定類型的抑制性中間神經(jīng)元對于漣漪的產(chǎn)生至關重要，并且已知這些細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方面的機制。
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