2024年8月22日，《Neuron》期刊在線發(fā)表題為《獼猴額葉皮層對序列工作記憶的靈活控制》的研究論文，揭示了額葉皮層對信息的靈活排序過程。該研究由中國科學院腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學研究所）王立平研究組和臨港實驗室閔斌研究組合作完成。通過在清醒獼猴上進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)元的動態(tài)活動反映了大腦對序列工作記憶的靈活控制。

你是否曾在旅游時為如何安排一天的行程而糾結(jié)？想去玩的景點有abc,先去必看的景點a，然后再去b和c，還是根據(jù)路線的便利性先去景點c。在日常生活中我們經(jīng)常會遇到需要像規(guī)劃旅行一樣靈活地對事件進行排序的情況。大腦就像一臺精密的機器，能夠靈活且精細的控制著記憶中的不同信息（圖1）。

圖1：就像抓物機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)需要控制各個元素進行恰當?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，研究人員訓練獼猴進行視覺空間位置序列的排序任務(圖2)。在每個試次中，獼猴需要記住屏幕上閃現(xiàn)的1至3個視覺空間位置的序列，并在不同實驗組中分別以正向（Forward）或逆向（Backward）的方式調(diào)整信息的順序進行匯報。

圖2：視覺空間位置序列排序任務。在每個試次中，一個包含1,2或者3個空間位置的序列（序列內(nèi)的空間位置不會重復）會閃現(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，進行神經(jīng)元群體分析發(fā)現(xiàn)，在額葉皮層中，存在可拆分的四個子空間：一個感覺信息子空間和三個記憶子空間；外界刺激首先進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，用于存儲不同次序的空間位置信息（圖3）。

明確了游玩的景點abc后,什么時候前往哪個景點該如何規(guī)劃？結(jié)合各個景點的天氣狀況，靈活地調(diào)整旅行計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依據(jù)不同的任務條件，適時地將各個信息分配到相應的記憶子空間進行儲存。比如序列abc，a信息在正向任務中，在第一個刺激出現(xiàn)進入感覺空間后即被分配到記憶子空間-1；而在逆向任務中，會被分配到記憶子空間-3中，由于序列長度的不確定性導致分配進子空間的時間產(chǎn)生延遲。同時，這種信息分配和排列的機制不僅適用于處理長度為3的序列，還可以擴展到其他長度序列的條件（圖3）。

圖3：?信息在額葉皮層在空間上和時間受到靈活的控制。雖然輸入的信息都是同樣的(abc)，它們會先進入一個共同的感覺子空間，然后根據(jù)不同的任務條件下在不同的時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的神經(jīng)動態(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制。闡明額葉皮層對復雜認知的組合分解原理和其動態(tài)精確控制計算機制是理解高級認知功能的必要條件。?

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下完成。該工作獲得國家自然科學基金委、中國科學院和上海市的經(jīng)費資助。