Temporal precision of sparse highly reliable neurons anchors sequential activity underlying short-term memory encoding in posterior parietal cortex
这项研究表明，后顶叶皮层的短期记忆依赖于一种由一小部分高度可靠的神经元所锚定的稀疏时间编码，这些神经元的精确脉冲时序对于维持信息保真度以及引导超越单纯放电率所能提供的行为决策至关重要。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
为了在拨号时在大脑中记住一个电话号码几秒钟，你的大脑必须在没有任何外部帮助的情况下，让一段转瞬即逝的信息保持活跃。这种心理持有模式被称为短时记忆，它依赖于特定的脑区，包括后顶叶皮层——这是一个位于大脑后部，负责处理感觉信息并引导决策的区域。几十年来，科学家们一直认为这种记忆是由许多神经元共同放电产生的稳定、持续的电活动维持的，就像一个合唱团共同持有一个长音。然而，新的研究表明，记忆可能存储在一个快速、有序的放电序列中，不同的神经元按照精确的模式轮流激活。一个关键的问题仍然存在：这些轮流激活的精确时机重要吗？还是只要正确的神经元在正确的时间放电即可，而不论其先后顺序如何？
来自韩国脑科学研究院和大邱庆北科学技术院的研究团队通过观察小鼠执行记忆任务时的脑部活动，试图回答这个问题。小鼠被展示了一个向左或向右移动的视觉线索，并必须记住那个方向大约两秒钟，然后选择正确的侧边以获得水奖励。通过使用一种能够观察单个神经细胞活动的特制相机，科学家们记录了小鼠在等待期间后顶叶皮层的神经元行为。他们发现，关于均匀、稳定合唱的观点是错误的。相反，记忆是由一小群神经元锚定的，这部分神经元仅占总数的约百分之十，它们以极高的可靠性和精确的时机进行放电。研究人员将这些神经元称为“高可靠性神经元”。
虽然大脑中的大多数神经元表现出多变的定时，在不同实验中放电的时间略有不同，但这一小部分精英群体放电的稳定性却令人震惊。这些高可靠性神经元并没有聚集在记忆时期的开始或结束，而是散布在两秒钟的延迟期间，在不同的时刻出现，为记忆构成了一个稀疏的骨架。科学家发现，当小鼠未能正确记住方向时，这些神经元的序列顺序就会被破坏，活动会向代表错误选择的模式偏移。相比之下，在成功的实验中，放电顺序保持一致。这表明，记忆的稳定性高度依赖于这一小部分细胞的可靠性。
为了测试这些放电的精确时机是否确实对记忆运作至关重要，研究人员进行了一项数字实验。他们提取了记录的数据，并在延迟期间打乱了整个神经元群体的脉冲时序，在保持总信号数和强度完全相同的情况下，混淆了它们的放电顺序。当他们尝试使用这些打乱后的数据来预测小鼠的选择时，准确率显著下降。这证明了大脑不仅仅是在计数神经元放电了多少次，而是关键性地依赖于这些放电的精确序列和时机。即使整体活动水平保持不变，一旦时序被搅乱，信息也会丢失。
研究进一步揭示，这一小群高可靠性神经元足以承担整个记忆负荷。当研究人员仅使用前百分之十的这些精确神经元来解码小鼠的选择时，他们获得的成功率与使用全部记录细胞时几乎相同。这表明，其他那些放电精确度较低的神经元，很可能是在跟随这个稀疏且可靠的核心进行活动。研究人员提出，这些高可靠性神经元充当了一个稳定的锚点，防止更广泛的、精确度较低的细胞网络陷入混乱或错误。如果没有这个精确的时间骨架，记忆表征就会变得不稳定，从而导致错误。
研究结果表明，大脑中的短时记忆并非一种均匀、稳定的状态，而是一种由少数异常精确的细胞驱动的稀疏时间编码。研究人员还探讨了这在生物学上是如何发生的，指出这些可靠的神经元可能会接收来自其他脑区（如丘脑）的强有力直接信号，丘脑可以起到类似“时钟”的作用，以保持它们的定时紧凑。这种机制可以解释为什么在某些精神疾病中，由于脑区之间的连接减弱，会导致记忆失效。通过识别出这一小群关键的神经元，这项研究为大脑如何保持几秒钟的信息提供了一个更清晰的图景，展示了少数神经元的精确性是如何保障多数神经元的记忆。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。