2024年8月22日，《Neuron》期刊在線發(fā)表題為《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)信息的靈活排序過程。該研究由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）王立平研究組和臨港實(shí)驗(yàn)室閔斌研究組合作完成。通過在清醒獼猴上進(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)反映了大腦對(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)路線的便利性先去景點(diǎn)c。在日常生活中我們經(jīng)常會(huì)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。大腦就像一臺(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（圖1）。

圖1：就像抓物機(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)?shù)呐帕?/span>。（繪圖：吳汶倩）

為探究大腦如何靈活地控制事件信息及其順序，研究人員訓(xùn)練獼猴進(jìn)行視覺空間位置序列的排序任務(wù)(圖2)。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)視覺空間位置的序列，并在不同實(shí)驗(yàn)組中分別以正向（Forward）或逆向（Backward）的方式調(diào)整信息的順序進(jìn)行匯報(bào)。

圖2：視覺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)的空間位置不會(huì)重復(fù)）會(huì)閃現(xiàn)在屏幕上。猴子需要記住呈現(xiàn)的序列，并且用正向（Forward）或者逆向（Backward）的方式匯報(bào)出來。

研究人員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)，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：一個(gè)感覺信息子空間和三個(gè)記憶子空間；外界刺激首先進(jìn)入公用的感覺子空間，其反映輸入的空間位置信息，之后通過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（圖3）。

明確了游玩的景點(diǎn)abc后,什么時(shí)候前往哪個(gè)景點(diǎn)該如何規(guī)劃？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)的記憶子空間進(jìn)行儲(chǔ)存。比如序列abc，a信息在正向任務(wù)中，在第一個(gè)刺激出現(xiàn)進(jìn)入感覺空間后即被分配到記憶子空間-1；而在逆向任務(wù)中，會(huì)被分配到記憶子空間-3中，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，還可以擴(kuò)展到其他長(zhǎng)度序列的條件（圖3）。

圖3：?信息在額葉皮層在空間上和時(shí)間受到靈活的控制。雖然輸入的信息都是同樣的(abc)，它們會(huì)先進(jìn)入一個(gè)共同的感覺子空間，然后根據(jù)不同的任務(wù)條件下在不同的時(shí)候被分配到不同的子空間。?

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為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)制是理解高級(jí)認(rèn)知功能的必要條件。?

該研究由博士研究生陳靜文，博士后張聰和研究助理胡沛烑在閔斌研究員和王立平研究員的指導(dǎo)下完成。該工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院和上海市的經(jīng)費(fèi)資助。