Science:科学家揭示记忆长期储存新机制
2017/11/01
利用一项新型的“NeuroGrid”技术,科学家们发现,睡眠促进了两个大脑区域之间的交流,这些区域的联系对记忆的形成至关重要。这一研究发表于近日的Science期刊上。


众所周知,人类的大脑中存在一个与记忆相关的脑区——海马体。在我们睡觉时,海马体将新信息转化为永久记忆。

这项新研究的资深作者、纽约大学教授György Buzsáki博士在之前的工作发现,在睡眠过程中,大脑海马体神经元会释放的高频脉冲信号——涟漪(ripples),并猜测它们在记忆存储中扮演着重要作用。这项新研究证实了睡眠过程中海马体内的ripples,并在联合皮质内(大脑表面处理复杂感觉信息有关的区域)的某些部位也发现了ripples。

研究人员利用他们发明的前沿NeuroGrid系统,将电极植入大脑深处,在非快速眼动睡眠(NREM)时间研究了大鼠大脑的几个部位的活动。

NeuroGrid由一系列微小的电极组成(如同一条毯子的线),研究人员将其放置在大脑的一个区域,这样每个电极就可以连续监测不同神经元的活动。“这个特殊的装置让我们可以同时观察大脑的多个区域。” 该研究的第一作者,医学博士Jennifer Gelinas说。

研究小组惊讶地发现,ripples在联合皮质和海马体中同时发生,这意味着这两个脑区在大鼠睡觉时相互交流。因为大脑联合皮质被认为是记忆的存储位置,于是推测这种神经交流可以帮助大脑保留信息。

为了验证这一观点,他们在两组大鼠NREM睡眠过程中研究了大脑活动,一组大鼠被训练在迷宫中寻找奖励,另一组大鼠以随机方式探索迷宫。在后一组中,海马体和大脑皮层的波动并不同步。而在训练有素的大鼠中,学习任务增加了这些区域之间的交流,第二轮训练则使其进一步增强,这再次表明这种交流对于记忆的创造和储存十分重要。

该小组希望在接受脑部手术的人身上使用NeuroGrid,以确定在人类大脑中是否出现了同样的“涟漪”。研究人员还计划研究在动物身上操控神经放电是否可以提高或抑制记忆的形成,以进一步确认ripples对这一过程的重要性。

“识别与记忆形成相关的特定神经模式为更好地理解记忆,甚至解决记忆障碍提供了一种可能的方法。”Gelinas博士说。

参考资料:

Learning-enhanced coupling between ripple oscillations in association cortices and hippocampus

Study shows how memories ripple through the brain

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  • Learning-enhanced coupling between ripple oscillations in association cortices and hippocampus

    Consolidation of declarative memories requires hippocampal-neocortical communication. Although experimental evidence supports the role of sharp-wave ripples in transferring hippocampal information to the neocortex, the exact cortical destinations and the physiological mechanisms of such transfer are not known. We used a conducting polymer-based conformable microelectrode array (NeuroGrid) to record local field potentials and neural spiking across the dorsal cortical surface of the rat brain, combined with silicon probe recordings in the hippocampus, to identify candidate physiological patterns. Parietal, midline, and prefrontal, but not primary cortical areas, displayed localized ripple (100 to 150 hertz) oscillations during sleep, concurrent with hippocampal ripples. Coupling between hippocampal and neocortical ripples was strengthened during sleep following learning. These findings suggest that ripple-ripple coupling supports hippocampal-association cortical transfer of memory traces.

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