记忆如何变得更精确？大脑对物体表征感知觉噪音节律性修剪的机制发现

来源：brainnews

大量研究表明，内侧颞叶（MTL）包括边缘皮层（PER）和海马（HP）参与再认记忆。再认记忆是提取信息的一种形式。其特征是：原先学习过的刺激物呈现在学习者的面前，并有时伴随干扰性刺激物呈现，学习者必须识别原先学习过的刺激物。

再认的速度和精确程度主要取决于识记的巩固程度和起干扰作用的刺激与学习过的刺激的相似程度。

在生理层面上已发现，当原先学习过的刺激物再次呈现时，颞区神经元会降低其电位的发放频率，这种对再次呈现刺激物的反应降低的现象被称为“重复抑制"(repetition suppression )。人们把重复抑制解释为再认记忆的神经基础。

最近，来自韩国首尔大学的研究团队进一步探究了重复抑制效应在下颞叶皮层（包括边缘皮层）和大部分颞区（包括海马）的具体机制。研究结果发表在今年2月份的《Cell Reports》上。

图1. 文章信息

作者设计了一套用于物体识别的行为装置，包括四种三维模型：房子、冰淇淋、电话和猫头鹰（图2）。大鼠刚开始用房子和冰淇淋模型训练，让它们熟悉这两个东西，只要推反应箱或直立探入上面的食物井，就可以打开覆盖在食物井上面的圆盘，获得食物井中的食物作为奖赏。

实验的大鼠都植入电极，记录大鼠在进行物体识别时各脑区的脑电。在记录脑电过程中引入了两个新的物体(电话和猫头鹰)与熟悉的物体（房子和冰淇淋）混合。通过该装置，记录大鼠在呈现原先学习过的刺激物和新物体时各脑区脑电的变化，最后根据记录的脑电分析大鼠行为的脑电表征。

图2. 四种用于物体识别的行为装置

实验表明，在海马和边缘皮层中，与重复刺激相关的神经元尖峰活动出现变化的方式比先前的推测更复杂，不仅发生了重复抑制，也会产生重复激活，至少在这类目标导向的物体别记忆任务中，实验结果潜在地挑战了重复抑制效应是因为对物体熟悉的假设的正确性。

图3. 脑电波数据分析

 在神经网络层面，作者记录分析大鼠的脑电波，发现海马和边缘皮层的神经元尖峰活动大部分同步在一个节律相位上，并且这两个脑区所同步的节律不同，其中海马区的神经元尖峰活动锁相在θ波上，而边缘皮层则锁相在γ波上（图3中红点表示尖峰活动）。

进一步分析表明，在物体识别过程中，海马发生重复抑制的神经元的尖峰活动会减少（图3中黑色条状图），并且减少的是偏离θ波相位的尖峰活动，这增强了重复抑制的尖峰活动锁相在θ波上，这种锁相增强的现象并未发生在重复激活的神经元中。在边缘皮层中，同样减少的神经元尖峰活动是偏离γ波相位的尖峰活动，则增强了重复抑制的尖峰活动锁相在γ波上。

此外，前人研究发现重复抑制的现象会出现在中间神经元上，而且比锥体神经元明显。作者分析表明，在海马中，θ波相位修剪的现象特定出现在发生重复抑制的锥体细胞上，但没出现在重复抑制的中间神经元上。同时，作者也表示，由于中间神经元的数量较少，记录有限，可能没有完全反应真实情况，需要进一步的研究。

总结：神经元重复抑制效应可能反映了一个正在对输入信号进行修剪的过程，在这个过程中，与传递物体信息要点相关的输入的突触连接得到加强，而不相关的突触连接则被削弱，从而增强记忆信息的准确性。

参考文献：

Rhythmic Pruning of Perceptual Noise for Object Representation in the Hippocampus and Perirhinal Cortex in Rats. 

小知识：本研究中利用了美国Neuralynx公司的在体多通道电生理记录系统--DigitalLynx，记录了大量的神经元放电信号。Digital Lynx SX是Neuralynx公司生产的高性能、高通量神经数据采集和分析系统，能够提供为用户超低噪音、直流耦合、全波段记录带宽和最大信号输入范围的解决方案。