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研究揭示了工作记忆中涉及的意外机制

工作记忆:这是您制作出一份精神上的购物清单而又不忘记喝牛奶的方式,或者记住一个足够长的数字以写下来的方式。但是,工作记忆不仅仅是成功出差的先决条件-在我们的脑海中短暂存储信息的能力是我们所做的几乎每件事的核心。

而且,正如一项对健忘小鼠的新研究表明,这项技能背后的大脑过程比通常所理解的更为复杂。

在《细胞》杂志上的一篇论文中,研究人员提供了证据,表明工作记忆并不是整齐地局限于一个大脑区域,而是需要至少两个同步活动。这一发现挑战了人们长期以来一直认为工作记忆只是大脑一部分的假设,并有助于科学家查明其遗传和机制基础。

实际上,从早期研究中可以看出,多个大脑结构以某种方式参与了工作记忆。我们的新发现使我们对这些领域是什么以及它们如何发挥作用提供了更切实的见解。”

洛克菲勒大学神经科学家Priya Rajasethupathy

良好记忆的成分

70年代和80年代的开创性研究将工作记忆的神经基础追溯到大脑的前额叶皮层。在那里,神经元似乎可以通过集体触发数秒至数分钟来保存信息,这比单个神经元的毫秒级标准要长得多。但是,仅靠这种机制并不能解释工作记忆的更复杂方面,例如,包括我们如何记住一个以上的项目,或者面对干扰因素并仍然记住我们关心的事情。

乔纳森·纳尔逊(Jonathan M. Nelson)家庭助理教授Rajasethupathy说:“越来越重要的是,前额叶皮层的持续活动虽然很重要,但却不是全部。”

为了进一步对此进行研究,Rajasethupathy的研究小组与Praveen Sethupathy及其在康奈尔大学的实验室合作,探讨了特殊基因变异小鼠群体中工作记忆的功能。Sethupathy说:“与标准实验室小鼠不同,这些小鼠的遗传多样性水平与人类的水平相当,这意味着有些可能擅长工作记忆任务,有些则没有那么多,我们可以研究他们大脑中的信息生理学会引起这种变化。”

小鼠不能背诵购物清单来炫耀他们的记忆力。但是,当放置在迷宫中时,他们更喜欢每次访问都探索迷宫的新分支。因此,鼠标如何成功地在迷宫中找到新的领土是衡量其工作记忆的指标。

正如预期的那样,科学家们观察到了小鼠的行为发生了广泛的变化,随后的遗传分析强调了基因组中的一个位置,可以解释这种变异的相当一部分--17%。

研究人员在那里发现了一种对动物的工作记忆具有显着影响的基因。通过增强其表达,他们可以将一只鼠标从曾经以偶然的机会表现出来的一只老鼠变成80%的时候将它做到正确的一只老鼠,或者通过阻碍基因的表达来制造更多健忘的老鼠。

从基因到脑回路

然后,研究小组研究了该基因(也存在于其他哺乳动物和人类中)如何影响小鼠的大脑和行为。

该基因编码所谓的“孤儿受体” Gpr12,因为尚不清楚大脑中有什么分子会激活它。令他们惊讶的是,研究人员发现这些受体不是在前额叶皮层(即工作记忆的假定位置)中,而是在大脑丘脑更远的神经元中。

高效能小鼠的丘脑中这些受体的含量约为低效小鼠的2.5倍。脑活动记录显示,这些受体在工作记忆任务期间有助于在丘脑和前额叶皮层之间建立同步活动。

研究人员发现,这种同步性对于维持记忆力似乎至关重要。它越高,鼠标在迷宫中的叉子处做出准确的“左右”选择的可能性就越大。上次访问中获得的信息。

Rajasethupathy说:“我们证明了表现更好的小鼠,具有更多的这些受体,因此能够建立更多的同步性。”

这些发现揭示了额叶前额叶与丘脑之间对话的关键作用,从而扩展了经典模型,为研究人员思考工作记忆提供了新途径。Rajasethupathy和她的同事计划继续研究Gpr12受体所起的作用的细节-工作可能会导致潜在的治疗靶点,以治疗工作记忆障碍。

她说:“很难找到对复杂的认知功能(如工作记忆)有强烈影响的单个基因。” “但是在这种情况下它确实是正确的,这使我们找到了涉及工作记忆的意外机制。”

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