要想提高工作记忆，必须依赖整个大脑相互作用

在今天发表在《Nature》杂志上的一项新研究中，伦敦大学学院塞恩斯伯里威康中心的神经科学家们调查了小鼠大脑中两个代表视觉工作记忆区域之间的相互作用。研究小组发现，工作记忆的两个区域，顶叶皮层和前运动皮层之间的交流，是在瞬时时间尺度上相互依赖的。

　　

   

   

SWC研究示意图，比较小鼠工作记忆依赖任务和较简单的工作记忆独立任务。    

在拨号之前，大脑是如何记住电话号码的?工作记忆是认知的一个重要组成部分，它允许大脑暂时记住信息，并使用它来指导未来的行为。虽然之前的许多研究已经揭示了几个大脑区域的参与，但到目前为止，我们还不清楚这些多个区域如何相互作用，以表示和保持工作记忆。

在今天发表的一项新研究中，伦敦大学学院塞恩斯伯里·威康中心的神经科学家们研究了小鼠大脑中代表视觉工作记忆的两个区域之间的相互作用。研究小组发现，工作记忆的两个区域，顶叶皮层和前运动皮层之间的交流，是在瞬时时间尺度上相互依赖的。

“工作记忆有很多不同的类型，在过去的40年里，科学家们一直试图弄清楚这些记忆在大脑中是如何表现的。感觉工作记忆的研究尤其具有挑战性，因为在标准的实验室任务中，许多其他过程同时发生，如计时、运动准备和奖励预期，”该论文的第一作者Ivan Voitov博士说。

为了克服这一挑战，SWC的研究人员比较了工作记忆依赖任务和更简单的工作记忆独立任务。在工作记忆任务中，给小鼠一个感官刺激，然后延迟，然后他们必须将下一个刺激与延迟前的刺激匹配。这意味着，在延迟期间，小鼠需要在工作记忆中再现第一个刺激，才能成功完成任务并获得奖励。相反，在与工作记忆无关的任务中，小鼠对第二次刺激做出的决定与第一次刺激无关。

通过对比这两个任务，研究人员能够观察到依赖于工作记忆的那部分神经活动，而不是只与任务环境有关的自然活动。他们发现，大多数神经活动与工作记忆无关，相反，工作记忆表征被嵌入到“高维”活动模式中，这意味着只有单个细胞平均放电周围的小波动一起承载着工作记忆信息。

为了了解这些表征是如何在大脑中保持的，神经科学家们使用了一种名为光遗传学的技术，在延迟期间选择性地使大脑的某些部分沉默，并观察小鼠记忆的中断。有趣的是，他们发现，在顶叶或运动前皮层区域沉默工作记忆表征，会导致小鼠记忆之前刺激的能力出现类似的缺陷，这意味着在延迟期间，这些表征瞬间相互依赖。

为了验证这一假设，研究人员破坏了一个区域，同时记录下另一个区域发回的活动。当他们破坏顶叶皮层时，运动前皮层与顶叶皮层之间的交流活动在平均活动方面基本没有变化。然而，工作记忆活动的表征被破坏了。在反向实验中也是如此，当他们破坏前运动皮层，观察顶叶皮层时，也观察到工作记忆特异性的皮层-皮层通信中断。

“通过记录和操作大脑皮层的远程回路，我们发现工作记忆存在于相互关联的皮层区域的相互依赖的活动模式中，从而通过即时的相互交流保持工作记忆，”塞恩斯伯里维康中心主任、论文的合著者Tom Mrsic-Flogel教授说。

研究人员的下一步是寻找这些区域之间共享的活动模式。他们还计划研究更复杂的工作记忆任务，这些任务可以调节工作记忆中存储的特定信息以及工作记忆的强度。为此，神经科学家们将使用包含感官信息的交错干扰物，使小鼠对下一个目标产生偏见。这样的实验将使他们对工作记忆表征有更细致的理解。

Cortical feedback loops bind distributed representations of working memory