北京大學(xué)納家勇治研究組闡明時(shí)序記憶的神經(jīng)機(jī)制

國際**學(xué)術(shù)期刊《美國科學(xué)院院刊》在線發(fā)表了北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院和麥戈文腦科學(xué)研究所納家勇治課題組的研究論文“Contributions of primate prefrontal cortex and medial temporal lobe to temporal-order memory”，論文報(bào)道了課題組采用清醒猴電生理技術(shù)研究時(shí)序記憶的神經(jīng)機(jī)制。論文的**和通訊作者是納家勇治研究員。

記憶是核心認(rèn)知功能之一，使得人和動物能夠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)改變自己的行為模式。記憶系統(tǒng)具有多樣性，其中的陳述性記憶是我們的“日常語言記憶”，它使我們能夠去描述我們所記得的事情。陳述性記憶包含情景記憶與語義記憶。情景記憶是指對親身經(jīng)歷的事件的記憶，包括事件發(fā)生時(shí)特定的時(shí)空背景。而語義記憶則代表著一種從經(jīng)歷中得到的事實(shí)或者知識。內(nèi)側(cè)顳葉(medial temporal lobe)，特別是海馬區(qū)，在這兩類記憶中起到重要的作用(圖1)。納家勇治研究組主要研究時(shí)間背景下的情景記憶。

在大腦編碼了一系列事件后，它們的時(shí)間順序?qū)τ谇榫坝洃浄浅Ｖ匾?圖2)。在以往的研究中，納家勇治博士 (science，2011) 通過恒河猴的行為電生理實(shí)驗(yàn)，在單細(xì)胞水平上發(fā)現(xiàn)了內(nèi)側(cè)顳葉區(qū)的兩種不同的時(shí)間表征方式。其中，海馬區(qū)表征連續(xù)性的時(shí)間，而外嗅皮層(perirhinal cortex)則從海馬區(qū)獲取時(shí)間信號，再將其與特定事件進(jìn)行整合，從而表征離散的時(shí)間點(diǎn)。從解剖結(jié)構(gòu)上來看，外嗅皮層位于內(nèi)側(cè)顳葉區(qū)的入口處，這有助于它從聯(lián)合皮質(zhì)獲取外部信息，再通過內(nèi)嗅皮層(entorhinal cortex)輸入到海馬區(qū)。

前額葉是靈長類尤為發(fā)達(dá)的腦區(qū)，它和內(nèi)側(cè)顳葉在時(shí)序記憶(時(shí)間順序記憶)中的作用頗有爭議。在本研究中，納家勇治研究組對前額葉神經(jīng)元在時(shí)序記憶任務(wù)中的活動模式進(jìn)行了探究，并與內(nèi)側(cè)顳葉區(qū)神經(jīng)元進(jìn)行了比較。在實(shí)驗(yàn)任務(wù)中，猴需要記住兩個(gè)依次呈現(xiàn)的物體的身份和時(shí)序信息(編碼階段)，并在隨后的測試中“告知”研究人員(回憶階段)這些信息。研究發(fā)現(xiàn)，在編碼階段，前額葉表征了特定的物體身份和時(shí)序的組合，并且有顯著的物體選擇性延時(shí)活動。相對地，內(nèi)側(cè)顳葉表征了受時(shí)序信號和遞增時(shí)間信號調(diào)制的物體信息。因此，雖然前額葉、內(nèi)側(cè)顳葉兩個(gè)腦區(qū)的神經(jīng)元都表征了物體的身份、時(shí)序或兩者的組合信息，但是它們的編碼策略迥異。前額葉的神經(jīng)元表現(xiàn)出對物體身份和時(shí)序更為獨(dú)立的選擇性，提示其可能以非線性算法整合任務(wù)相關(guān)的變量，從而表征更高維的信息，為解決多樣的任務(wù)提供計(jì)算優(yōu)勢。而內(nèi)側(cè)顳葉則穩(wěn)定地表征物體及其搭載的時(shí)間信息，實(shí)時(shí)編碼我們正在經(jīng)歷的場景，為后續(xù)的記憶提取做準(zhǔn)備。