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大腦如何存儲(chǔ)信息？

小知識(shí)科普工作記憶持續(xù)性神經(jīng)元瞬時(shí)性


大腦如何存儲(chǔ)信息？



說到工作記憶 ， 很多人搖搖頭 ， 表示陌生 。 但對(duì)于電影《夏洛特?zé)馈返倪@個(gè)片段 ， 想必許多人記憶猶新 。
夏洛：大爺 ， 樓上322是馬冬梅家嗎？
大爺：馬冬什么？
夏洛：馬冬梅 。
大爺：什么冬梅??？
夏洛：……行 ， 大爺 ， 您先涼快吧 。
事實(shí)上 ， 電影中這位一個(gè)名字聽了多遍仍記不住的“打岔”大爺 ， 就是工作記憶不好的一個(gè)典型 。
到底什么是工作記憶？用科學(xué)家們的表述 ， 即大腦在秒級(jí)尺度內(nèi)存儲(chǔ)和操縱信息的一種基本認(rèn)知功能 。 比如 ， 在腦中進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算、閱讀、思考、語言的學(xué)習(xí)等 。 這些我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用到的能力就是工作記憶 。
“工作記憶”的特點(diǎn)可以概括為：第一 ， 時(shí)間短 ， 存在的時(shí)間以秒級(jí)計(jì)；像電腦的緩存 ， 如果信息不被使用 ， 就會(huì)隨著時(shí)間自然衰減 。 第二 ， 容量有限 ， 科學(xué)家們認(rèn)為一般人的“工作記憶”長(zhǎng)度是5至9個(gè)記憶單元 。 第三 ， 抗干擾 ， 存在并行信息或者無關(guān)干擾時(shí) ， 依然可以維持原記憶信息 。
【大腦如何存儲(chǔ)信息？】但大腦是如何在工作記憶中存儲(chǔ)信息的呢？日前 ， 《神經(jīng)元》期刊在線發(fā)表的一篇研究論文給出了答案：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）李澄宇研究組發(fā)現(xiàn) ， 瞬時(shí)性神經(jīng)元 ， 而非持續(xù)性神經(jīng)元 ， 是負(fù)責(zé)在工作記憶的過程中存儲(chǔ)信息的關(guān)鍵組分 。 換句話說 ， 在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下 ， 大腦更傾向于通過瞬時(shí)性編碼的神經(jīng)機(jī)制在工作記憶中存儲(chǔ)信息 。
“此前 ， 經(jīng)過大約半個(gè)世紀(jì)的研究 ， 科學(xué)家認(rèn)為 ， 大腦在工作記憶中存儲(chǔ)信息存在兩種可能的神經(jīng)機(jī)制：一、持續(xù)性編碼；二、瞬時(shí)性編碼 。 ”中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心研究員李澄宇介紹 ， 前者認(rèn)為 ， 大腦只需要通過少量的神經(jīng)元持續(xù)性放電就可以存儲(chǔ)信息；而后者認(rèn)為 ， 大腦更傾向于調(diào)用大量的神經(jīng)元通過瞬時(shí)性放電來存儲(chǔ)信息 。
雖然 ， 前人基于電生理記錄的相關(guān)性研究表明 ， 這兩種信息編碼的方式均可能發(fā)揮作用 ， 但仍沒有研究直接比較這兩種信息編碼方式與工作記憶行為調(diào)控的對(duì)應(yīng)關(guān)系 。
向著未知的方向挺進(jìn) ， 李澄宇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)綜合應(yīng)用行為學(xué)、光遺傳、電生理等手段 ， 對(duì)這一問題展開了深入研究 。
初步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示 ， 瞬時(shí)性神經(jīng)元 ， 而非持續(xù)性神經(jīng)元 ， 與小鼠執(zhí)行工作記憶的行為表現(xiàn)水平有更緊密的關(guān)聯(lián) ， 即瞬時(shí)性編碼的神經(jīng)機(jī)制更有可能負(fù)責(zé)在工作記憶中存儲(chǔ)信息 。
事實(shí)果真如此嗎？為進(jìn)一步驗(yàn)證這一結(jié)論 ， 研究人員又設(shè)計(jì)了一組實(shí)驗(yàn) 。 這組實(shí)驗(yàn)的基本邏輯在于 ， 通過在工作記憶過程中人為加入不同的干擾性刺激 ， 并監(jiān)測(cè)瞬時(shí)性和持續(xù)性神經(jīng)元與小鼠抵抗外部干擾刺激能力的關(guān)聯(lián)性 ， 進(jìn)而推測(cè)是哪種神經(jīng)元類群負(fù)責(zé)在工作記憶中存儲(chǔ)信息 。
結(jié)果顯示 ， 當(dāng)小鼠成功抵抗較弱干擾時(shí) ， 瞬時(shí)性神經(jīng)元的比例顯著增加 。 相反 ， 如果沒能有效抵抗復(fù)雜的干擾性刺激時(shí) ， 瞬時(shí)性神經(jīng)元的比例也沒有出現(xiàn)相應(yīng)上升 。 而在兩組實(shí)驗(yàn)中 ， 持續(xù)性神經(jīng)元的比例都沒有發(fā)生任何顯著變化 。
“這一結(jié)果提示 ， 瞬時(shí)性神經(jīng)元可以用于抵抗外部干擾性刺激 ， 從而保證大腦能夠準(zhǔn)確存儲(chǔ)任務(wù)相關(guān)信息 ， 進(jìn)而成功地執(zhí)行任務(wù) 。 ”李澄宇表示 。

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