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揭示冗余模块化网络组织支持正常的大脑通信

时间:2021-07-20 作者: 点击:0次

  回忆一个电话号码,或刚刚记住的路线,你的大脑将在许多区域之间积极沟通。人们认为,工作记忆(working memory)依赖于这些区域之间的互动,但这些大脑区域如何互动并正确表达记忆一直是个谜。

  在一项新的研究中,美国贝勒医学院神经科学助理教授Nuo Li博士和他的同事们调查了参与工作记忆的大脑区域之间的沟通性质,并发现有证据表明模块化网络组织(modular network organization)对于持久的神经活动至关重要。相关研究结果发表在2021年7月8日的Cell期刊上,论文标题为“Modularity and robustness of frontal cortical networks”。


  大脑区域如何沟通

  Li和他的同事们能够观察到,大脑的每个半球对一段记忆都有各自的表征。然而,这些半球在每时每刻都是紧密协调的,导致在工作记忆期间它们之间的信息高度一致。

  在这项研究中,这些作者让小鼠参与一种简单的要求它们储存特定信息的行为。它们接受的训练是针对指令的行动延迟几秒钟。这种时间延迟使得他们有机会观察记忆过程中的大脑活动。

  Li说,“我们观察到许多神经元同时从大脑皮层的两个半球以一种协调的方式放电。如果一个区域的活动上升,另一个区域也会紧随其后。我们假设大脑半球之间的相互作用是负责这些记忆的。”

  Li和他的同事们记录了每个半球的活动,表明在记忆过程中每个半球都对信息进行了自己的复制。那么,这两个半球是如何进行交流的呢?

  Li解释说,通过使用光遗传学,他们能够破坏单个半球的信息,这在记忆期间影响成千上万个神经元。他们的发现是出乎意料的。

  Li说,“当我们破坏一个半球时,另一个区域关闭了通信,基本上防止了这种破坏的扩散和影响其他区域的活动。这类似于现代网络,如电网。它们被连接起来,允许电力流动,但也会监测故障,在必要时关闭连接,以便整个电网不会瘫痪。”

  在与斯坦福大学Shaul Druckmann博士和博士生Byungwoo Kang的合作下,Li和他的同事们对这一过程进行了理论分析和网络模拟,表明大脑中的这种模块化组织对于持续的神经活动的稳健性至关重要。这种稳健性可能是大脑能够承受某些伤害的原因,保护认知功能不受干扰。

  Li说,“了解大脑的冗余模块化组织对于设计与大脑自然处理信息相适应的神经调节和修复策略将非常重要。”

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