携手健康网携手健康网

索尔克科学家开发出计算模型显示大脑如何维持短期记忆

如果您仅在几秒钟后就忘记了某些东西,例如您打算在餐厅点菜的菜名,那么您就会知道工作记忆的重要性。这种短期召回方式是人们如何在几秒钟或几分钟内保留信息以解决问题或执行任务,就像一系列说明中的下一步一样。但是,尽管这对于我们的日常生活至关重要,但大脑如何管理工作记忆却一直是个谜。

现在,Salk科学家开发了一种新的计算模型,该模型显示了大脑如何使用特定类型的神经元在短期内维持信息。他们的发现发表在2020年12月7日的《自然神经科学》上,可以帮助阐明为什么在包括精神分裂症在内的多种神经精神疾病以及正常衰老中会损害工作记忆。

关于工作记忆的大多数研究都集中在皮层中的兴奋性神经元上,这些神经元数量众多且广泛地相连,而不是抑制性神经元,它们在局部上是相互联系的并且更加多样化。但是,我们教过的执行执行工作记忆任务的递归神经网络模型,通过使用抑制性神经元在延迟后做出正确的决定,使我们感到惊讶。”

在新论文中,Salk和加州大学圣地亚哥分校的医学博士Sejnowski和Robert Kim开发了前额叶皮层的计算机模型,前额叶皮层是已知的管理工作记忆的区域。研究人员使用学习算法来教他们的模型进行通常用于评估灵长类动物工作记忆的测试-动物必须确定屏幕上彩色正方形的图案是否与几秒钟前看到的图案相匹配。

Sejnowski和Kim分析了他们的模型如何能够高精度地执行此任务,然后将其与猴子执行任务时看到的大脑活动模式的现有数据进行了比较。在这两个测试中,参与工作记忆的真实和模拟神经元的运行时间均比其他神经元慢。

Kim和Sejnowski发现,良好的工作记忆既需要长期使用的神经元,又需要抑制大脑活动的抑制性神经元之间的联系牢固。当他们改变模型中这些抑制性神经元之间的连接强度时,研究人员可以改变模型在工作记忆测试中的表现以及相关神经元的时间尺度。

研究人员说,新发现指出抑制性神经元的重要性,并可能激发有关这些细胞在工作记忆中作用的未来研究。他们还可以为一些精神分裂症和自闭症等神经精神疾病患者在工作记忆方面挣扎的研究提供信息。

“工作记忆障碍在神经精神疾病中很常见,包括精神分裂症和自闭症谱系障碍,” Kim说。“如果我们能阐明工作记忆的机制,那就是朝着了解在这些疾病中工作记忆缺陷如何产生的方向迈出了一步。”

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。