Nature:新聘“诺奖级泰斗”研究揭示大脑中执行不同认知功能环路之间的协同作用 2024-04-17 04:25:28 大脑的一个核心功能是创造和保留外部世界的内在表征并指导行为,记忆(Memory)一词指的就是这种 '保留'。传统来说,人们认为记忆包括三个主要过程:编码(Encoding)、存储(Storage)和索回(Retrieval)。编码是指大脑将感觉运动信息转化为广泛的神经表征的能力,涉及大脑中不同的感觉皮层、联合皮层和调控相关的脑区及结构。一旦信息编码完成,通过突触连接的变化而体现出的广泛分布的神经模式的状态就可以被储存起来,并在之后可能被重新检索出来。记忆可以是短暂而有限的,也可以是看似有无限容量的,分别被称为短期记忆和长期记忆。长期记忆包括范围较广,从像习惯化(Habituation)、敏化(Sensitization)的初级记忆(Elementary memory)和非联想型记忆(Non-associative memory),到较复杂的记忆如情景记忆(Episodic memory)和语义记忆(Semantic memory)都在其内。 情景记忆存储的是发生什么事(What)、在什么地方(Where)、在什么时间(When)类型的信息,而语义记忆则是指对事实、事件、思想和概念的了解,涵盖范围也很广,包括历史和科学事实的信息、词语的含义,甚至是复杂的句子,如数学公式等。情景记忆和语义记忆通常也被归为陈述性记忆(Declarative Memory),与程序性记忆(Procedural Memory)相对应,后者是我们发展长期技能的基础,如说话、走路、骑自行车或演奏乐器等。 陈述性记忆涉及的神经元群体包括端脑和边缘系统,如海马、杏仁核和隔核,而程序性记忆则由初级感觉皮层和运动区的神经元群体、联合皮层以及纹状体和小脑等结构组成。除了神经基础的差异外,陈述性记忆与程序性记忆的巩固也发生在不同的睡眠状态下,如快速眼动(REM)和非快速眼动(NREM)睡眠时期。长期以来,人们通过使用肌电图、心电图和电生理记录等多种记录手段来研究这些睡眠状态的显著性特征。快速眼动期在我们入睡后约90分钟开始,持续时间约10分钟,而其在最后睡眠阶段的持续时间逐渐达到整整一个小时。快速眼动期的特点是眼球运动、心率和呼吸频率增加以及做梦。而非快速眼动的发作则与更深的睡眠阶段有关,其中在最深的睡眠阶段,由于该时期大脑皮层缓慢的上下振荡(Up-down oscillation)因而被称为慢波睡眠(Slow-wave sleep),它与陈述性记忆的巩固有关。快速眼动和非快速眼动期具有完全不同的神经化学水平,并以不同的内在神经事件作为标志,如分别出现在脑桥的脑桥-膝状体-枕叶波(Pontine-Geniculate-Occipital waves , PGO波),以及出现在海马区域的尖波涟漪(Sharp-Wave Ripples , SWR)和θ波震荡(Theta-bouts,2-15Hz的短暂振荡)。海马长期以来一直被认为在睡眠过程中发生着可塑性变化,在编码和巩固长期记忆中起着重要作用,其中尖波涟漪被认为是海马和大脑皮层之间密集互动形成系统固化(System-consolidation)的表现。(相关阅读:Science连发3篇论文:记忆提取机制取得重大进展,关于海马尖波涟漪)然而,仅靠系统固化是无法创造持久性记忆的,因为海马与皮层间相互作用引起的皮层变化需要皮层下神经调节结构的精确稳态控制,以促进长时程增强作用(Long term potentiation)。一个很好的例子是脑桥的胆碱能活动可能通过PGO波介导。但是,尖波涟漪事件是否会与某种脑桥活动同时发生呢?在最近一期的《自然》杂志上发表的研究中,Logothetis教授实验室利用猕猴的多种神经活动记录手段,首次证明了脑干确实是通过PGO波短暂地调节了海马脑网络事件。两种在生理上不同类型的PGO波似乎依次发生,分别选择性地影响高频涟漪和低频θ波震荡事件。两种类型的PGO波与海马区域相反的动作电位场耦合相关,促使神经元群体在涟漪和θ波震荡时期出现高度神经发放同步行为。该实验结果随后也得到了神经事件触发的功能磁共振成像(Neural-event triggered functional MRI)中实验证据的支持,证明了多种学科的技术方法在系统神经科学研究中的价值。PGO波和涟漪之间这种令人惊讶的耦合支持了这样一个概念,即胆碱能脑桥瞬态对海马睡眠动态的全局协调机制可能会促进系统和突触记忆巩固以及突触稳态的形成。 Nikos LogothetisNikos Logothetis,德国科学院院士、国际著名的神经科学家、马克斯·普朗克研究所负责人之一。Logothetis教授已受聘为中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心-国际灵长类中心的联合主任。 Nikos Logothetis被认为是诺贝尔奖候选人,他是马克思·普朗克生物控制论研究所所长、德国科学院院士、斯坦福大学神经科学客座教授。他获得了雅典大学的数学学士学位、塞萨洛尼基大学的生物学学士学位、和慕尼黑路德维希·马克西米利安斯大学人类神经生物学专业博士学位。1985年,他移居到麻省理工学院的脑与认知科学系,在那里他最初是一名博士后研究员,后来成为研究科学家。1990年,他加入了贝勒医学院神经科学系。七年后,他移居至马克斯·普朗克生物控制论研究所,继续从事视觉感知和物体识别基础的生理机制的研究。Nikos Logothetis教授的Google Scholar主页Logothetis长期致力于发展电生理和神经影像等精细解析大脑功能的研究技术,他的一系列研究为人们理解大脑功能和状态,以及它们如何影响神经环路信息处理提供了新视角,例如他率先发现了BOLD响应与神经元活动的关系,为人们正确理解fMRI功能磁共振影像数据如何对应大脑活动提供了理论基础。 赞 (0) 相关推荐 Trends Cogn Sci: 长期研究发现睡眠在记忆形成中发挥重要作用,那最新有什么进展? 人类大脑是如何将新发生的经历转变为持续稳定存在的记忆呢? 过去的四十年里大量研究证实睡眠在记忆形成过程中发挥了重要作用,以往的研究认为睡眠振荡的同步化提供了支持记忆重现,传递和巩固过程的途径. 而从信 ... 情绪对学习与记忆的影响 情绪对认知过程有很大影响,包括感知.注意力.学习.记忆.推理和问题求解.情绪对注意力的影响尤其显著,特别是调节注意的选择以及刺激动作和行为.注意力和执行的控制与学习过程密切相关,因为有限的注意力能够使 ... 记忆与睡眠:睡眠认知如何让清醒的头脑变得更好 我们保留的记忆可以起到很多作用.它们指导我们未来的行动,形成构建自我的脚手架,并继续塑造自我和我们感知世界的方式.虽然我们每天获得的大部分记忆都会被遗忘,但那些整合在多个先前记忆结构中的记忆往往会持久 ... 记忆的神经生理机制 对一个事物可以从不同的角度和水平进行说明.例如,当谈起长城的时候,我们可以从历史的角度说明长城的修建过程,从功能的角度谈到长城所起的作用,也可以从建筑风格的角度讨论长城的结构,甚至可以从化学分析的角度 ... 最新研究表明,大脑记忆信号跟血糖水平有关 据外媒报道,一项在老鼠身上进行的新研究发现,一组已知有助于记忆形成的大脑信号可能也会影响血糖水平.来自纽约大学格罗斯曼医学院的研究人员发现,在大脑中被称为海马体的区域有一种特殊的信号模式. 过去的研究 ... Nature:揭示大脑中执行不同认知功能环路之间的协同作用 大脑的一个核心功能是创造和保留外部世界的内在表征并指导行为,记忆(Memory)一词指的就是这种 '保留'.传统来说,人们认为记忆包括三个主要过程:编码(Encoding).存储(Storage)和索 ... Science:控制饥饿!研究揭示大脑中关键“开关”的激活机制 本文来源于"中国生物技术网" 不仅新冠肺炎,肥胖也已成为全球流行病,而且已流行了好多年. 根据肥胖流行病学的最新数据显示,全球已有超过20亿人受到肥胖困扰.已知超重和肥胖是心血管疾 ... Nature子刊:新研究揭示大脑对语义和情景记忆的区分与处理机制 记忆是人类大脑储存信息和反馈信息的能力.人类之所以能够认识世界和改造世界,关键在于人类大脑有卓越的思维能力和记忆能力.Elon Musk所期望的有着记忆外挂存储功能的人类增强(超人类)能否实现?大脑的 ... 数学差、物理差、英语又烂的放牛娃,后来竟成了清华校长,还做出了诺奖级的研究成果! 前几天,估计大家都被老薛刷屏了吧,那今晚,小天就来讲讲老薛的奋斗史吧. 当然,此"老薛"非彼"老薛",此"老薛"就是中科院院士.清华大学副校 ... 神经科学界大地震!诺奖级泰斗将携团队移居中国,与蒲慕明院士强强联手 Nikos Logothetis,德国科学院院士.国际著名的神经科学家.马克斯·普朗克研究所负责人之一,日前宣布,他正在将他的研究计划移至中国,他的一些同事以及他们的家人也将加入其中. 根据Scien ... PNAS:研究揭示大脑与肠道之间的联系 在最近一项研究中,匹兹堡大学脑研究所的神经科学家已经找到了将大脑连接到胃的神经通路,从而提供了一种生物学机制来解释压力如何促进溃疡的发展. 研究结果于本周发表在<PNAS>杂志上,为大脑对 ... Nature子刊:复旦类脑院揭示大脑对语义和情景记忆的区分与处理机制 记忆是人类大脑储存信息和反馈信息的能力 人类之所以能够认识世界和改造世界,关键在于人类大脑有卓越的思维能力和记忆能力.Elon Musk所期望的有着记忆外挂存储功能的人类增强(超人类)能否实现?大脑的 ... Nature子刊 | 肠道菌群代谢组研究表明饮食中的丝氨酸会让大肠杆菌在炎症的肠道中更加具有竞争力 推荐:江舜尧 编译:小鹿同学 编辑:小菌菌 美国密歇根大学内科系消化内科Nobuhiko Kamada等人于2019年11月4日在微生物学顶级期刊Nature Microbiology发表题目为< ... 控制饥饿!打败肥胖!Science揭示大脑中关键“开关”的激活机制 中国生物技术网 中国生物技术信息网官方账号04-18 15:14 不仅新冠肺炎,肥胖也已成为全球流行病,而且已流行了好多年. 根据肥胖流行病学的最新数据显示,全球已有超过20亿人受到肥胖困扰.已知超重 ...