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通過人類海馬神經元的相位-振幅耦合來控制工作記憶

瀏覽次數:683 發布日期:2024-12-24  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負

在工作記憶中保留信息是一個要求很高的過程,它依賴于認知控制來保護特定于備忘錄的持續活動免受干擾。然而,認知控制如何調節工作記憶的存儲尚不清楚。

本文通過使用Neuroport在體多通道神經信號采集系統(Blackrock Mircosystems)在人類內側顳葉和額葉中記錄神經元的活動,并且使患者進行多項關于工作記憶的項目,發現額葉控制和海馬持續活動的相互作用是通過 θ-γ 相位-振幅耦合(TG-PAC)協調的。

圖 1:任務、記錄位點和行為。

為了確定 WM 維護期間 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。
圖 2:TG-PAC。

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

圖 3:MTL 中類別神經元的 FRs 和 SFC。

接下來研究員們選擇了活動受 PAC 調節的 MTL 神經元,并確定它們是否與持續活躍的類別神經元顯著重疊。他們將 PAC 神經元定義為 FR 是 θ 期和 γ 振幅之間相互作用的函數的神經元。

圖 4:PAC 神經元選擇和局部活動。

鑒于上面顯示的 PAC 神經元的特性,研究員們假設 PAC 神經元可能參與 WM 的認知控制。因此,他們接下來研究了 PAC 神經元的活動是否與額葉活動有關。為此,他們計算了 MTL 中 PAC 神經元的尖峰活動與 pre-SMA、dACC 和 vmPFC 中記錄的 LFP 之間的跨區域 SFC。

圖 5:MTL 中的 PAC 神經元與額葉 θ LFP 的遠程連接。

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

圖 6:海馬體中 PAC 神經元的噪聲相關性。

在海馬體中,TG-PAC 指示工作記憶負荷和質量。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的細胞。當認知控制需求較高時,這些 PAC 神經元的尖峰時間與額葉 θ 活動相協調。通過引入與海馬體中持續活躍的神經元的噪聲相關性,PAC 神經元塑造了群體密碼的幾何形狀。

綜上所述,本文的結果支持工作內存的多組件架構,通過額頭控制管理存儲相關區域中工作記憶內容的維護。在這個框架內,海馬 TG-PAC 整合了跨大腦區域的認知控制和工作記憶存儲,從而提出了一種對感覺驅動過程進行自上而下控制的潛在機制。

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

發布者:北京科圣科技有限公司
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