前额叶皮层工作记忆维持神经元与选择神经元的协同机制解析

为解决前额叶皮层(PFC)中工作记忆(WM)相关神经元的分类及功能机制问题，研究人员通过延迟匹配样本任务比较了WM维持神经元(WM-sustained)与WM选择神经元(WM-selective)的放电变异性(Fano factor)和尖峰相位锁定(SPL)特征。发现两类神经元均表现出高于非活跃神经元的α/β频段同步性，且错误试验中变异性降低，揭示了非刺激特异性神经元对工作记忆任务的潜在贡献。该研究为理解PFC神经网络动态提供了新视角。

　　

工作记忆是人类执行复杂认知任务的"心智黑板"，而前额叶皮层(PFC)则是这块黑板的神经基础。尽管过去研究已发现PFC神经元在刺激消失后仍保持持续放电（称为"延迟活动"），但这些神经元如何分工协作仍是未解之谜。传统研究多聚焦于对刺激特征敏感的选择性神经元(WM-selective)，却忽视了另一类虽无空间选择性但持续活跃的维持神经元(WM-sustained)。这两类神经元如何共同支撑工作记忆？它们的活动模式与任务成败有何关联？来自Wake Forest University的Mohammad Aliramezani团队通过精巧的猕猴实验揭开了这一谜团。

研究团队采用延迟匹配样本任务训练两只猕猴，记录其PFC三个亚区（后背侧、中背侧和后腹侧）850个神经元的电活动。关键技术包括：1）多电极阵列同步记录尖峰信号和局部场电位(LFP)；2）基于Wilcoxon检验和ANOVA区分WM-sustained与WM-selective神经元；3）Fano因子分析量化放电变异性；4）小波变换计算尖峰-LFP相位锁定值(SPL)，采用20个尖峰的固定窗口控制数据量影响。

更高Fano因子揭示工作记忆神经元的动态特性
通过分析第一延迟期（1500ms）的神经活动，发现WM-sustained神经元(233个)数量显著多于WM-selective神经元(120个)，且26%神经元兼具两种特性。两类神经元均表现出比非活跃神经元更高的Fano因子（方差/均值），这种差异在错误试验中减弱，表明放电变异性与任务正确率相关。值得注意的是，即便排除两类神经元的重叠部分，这种差异依然存在，证实了变异性增强是活跃神经元的本质特征。

α/β频段同步性作为任务成功的神经标记
SPL分析显示，两类活跃神经元在α(8-16Hz)和β(16-32Hz)频段表现出更强的尖峰-LFP相位耦合。第一延迟期记录的神经元SPL值更高（WM-sustained在α频段p=1.9E-3，WM-selective在β频段p=7.5E-3），而错误试验中这种耦合显著减弱。特别在14-22Hz范围内，SPL强度可明确区分正确与错误决策，提示低频节律协调对工作记忆精度至关重要。

讨论与意义
该研究首次系统比较了PFC中WM-sustained与WM-selective神经元的功能差异。虽然WM-sustained神经元不编码特定空间信息，但其高放电变异性和α/β同步性特征表明，这类神经元可能通过维持任务相关的一般性信息来支持认知控制。Fano因子在错误试验中的降低，暗示神经灵活性丧失可能导致工作记忆失败。而α/β节律的相位耦合减弱，则可能反映了top-down控制信号的崩溃。这些发现为理解精神分裂症等工作记忆障碍疾病提供了新靶点——增强α/β频段神经同步性或成为潜在干预策略。研究发表于《Communications Biology》，通过融合单神经元与群体活动分析，重新定义了工作记忆神经机制的双重编码模型。