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8月22日，中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心王立平研究組和臨港實(shí)驗(yàn)室閔斌研究組合作，在《神經(jīng)元》（Neuron）上在線(xiàn)發(fā)表題為了《獼猴額葉皮層對(duì)序列工作記憶的靈活控制》的研究論文，揭示了額葉皮層對(duì)信息的靈活排序過(guò)程。該研究通過(guò)在清醒獼猴上進(jìn)行高通量電生理記錄發(fā)現(xiàn)，在獼猴額葉皮層內(nèi)存在對(duì)感覺(jué)信息和序列工作記憶信息可分離的群體編碼，在不同群體神經(jīng)元的動(dòng)態(tài)活動(dòng)可反映大腦對(duì)序列工作記憶的靈活控制。

你是否曾在旅游時(shí)為如何安排一天的行程而糾結(jié)？想去玩的景點(diǎn)有abc，先去必看的景點(diǎn)a，然后再去b和c，還是根據(jù)路線(xiàn)的便利性先去景點(diǎn)c。日常生活中，我們經(jīng)常遇到需要像規(guī)劃旅行一樣靈活地對(duì)事件進(jìn)行排序的情況。大腦猶如一臺(tái)精密的機(jī)器，能夠靈活且精細(xì)的控制著記憶中的不同信息。

為探討大腦如何靈活地控制事件信息及順序，科研人員訓(xùn)練獼猴進(jìn)行視覺(jué)空間位置序列的排序任務(wù)。在每個(gè)試次中，獼猴需要記住屏幕上閃現(xiàn)的1至3個(gè)視覺(jué)空間位置的序列，并在不同實(shí)驗(yàn)組中分別以正向或逆向的方式調(diào)整信息的順序進(jìn)行匯報(bào)。

該研究利用高通量電極陣列在獼猴額葉皮層記錄大量的神經(jīng)元活動(dòng)并進(jìn)行神經(jīng)元群體分析發(fā)現(xiàn)，在額葉皮層中，存在可拆分的四個(gè)子空間即一個(gè)感覺(jué)信息子空間和三個(gè)記憶子空間。外界刺激首先進(jìn)入公用的感覺(jué)子空間，其反映輸入的空間位置信息，之后通過(guò)額葉的控制分別分配到不同記憶子空間，用于存儲(chǔ)不同次序的空間位置信息。

明確游玩景點(diǎn)abc后，便要規(guī)劃何時(shí)前往哪個(gè)景點(diǎn)。結(jié)合各個(gè)景點(diǎn)的天氣狀況，靈活地調(diào)整旅行計(jì)劃可以幫我們盡情地享受旅行的樂(lè)趣。同樣，大腦額葉皮層也會(huì)依據(jù)不同的任務(wù)條件，適時(shí)地將各個(gè)信息分配到相應(yīng)的記憶子空間以進(jìn)行儲(chǔ)存。例如，序列abc，a信息在正向任務(wù)中，在第一個(gè)刺激出現(xiàn)進(jìn)入感覺(jué)空間后即被分配到記憶子空間-1；而在逆向任務(wù)中，a信息會(huì)被分配到記憶子空間-3中，且由于序列長(zhǎng)度的不確定性導(dǎo)致分配進(jìn)子空間的時(shí)間產(chǎn)生延遲。同時(shí)，這種信息分配和排列的機(jī)制不僅適用于處理長(zhǎng)度為3的序列，而且可以擴(kuò)展到其他長(zhǎng)度序列的條件。

這一研究揭示了額葉群體神經(jīng)元在編碼序列工作記憶中精細(xì)的神經(jīng)動(dòng)態(tài)，反映出額葉皮層在序列工作記憶方面潛在的更普遍和抽象的控制機(jī)制。闡明額葉皮層對(duì)復(fù)雜認(rèn)知的組合分解原理和其動(dòng)態(tài)精確控制計(jì)算機(jī)制，是剖析高級(jí)認(rèn)知功能的必要條件。?

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院和上海市的支持。

論文鏈接

如同抓物機(jī)從眾多元素中選擇所需的元素并將其放置在正確的位置一樣，大腦額葉皮層也能夠根據(jù)需要控制各個(gè)元素進(jìn)行恰當(dāng)排列。

視覺(jué)空間位置序列排序任務(wù)。在每個(gè)試次中，一個(gè)包含1、2或者3個(gè)空間位置的序列（序列內(nèi)的空間位置不重復(fù)）會(huì)閃現(xiàn)在屏幕上。猴子需要記住呈現(xiàn)的序列，并用正向或者逆向的方式匯報(bào)出來(lái)。