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灵长类动物初级视皮层视觉工作记忆的神经元表示

已有 1543 次阅读 2024-6-15 19:31 |系统分类:海外观察

想象一个草莓。大多数人能轻易地区分心中想象的图像和实际的草莓之间的差别。现在,研究人员表示他们已经弄清楚了大脑是如何做出这种区分的,以及这一过程在大脑中的哪个部位发生。

根据一项在猴子身上进行的研究,大脑的关键部分是初级视觉皮层,该区域也参与视觉过程。作者发现,与实时视觉输入相比,这一区域的神经元对于从记忆中唤起的图像显示出不同的活动模式。他们得出结论,初级视觉皮层对于回忆储存在记忆中的图像至关重要。

“这是一项超出我们所知的有趣研究,”荷兰奈梅亨拉德布德大学的认知神经科学家Floris de Lange说,他没有参与这项工作。但是,该领域的其他人,如加拿大安大略省伦敦西部大学的认知神经生理学家Julio Martinez-Trujillo表示,另一个脑区——前额叶皮层比视觉皮层更有可能是回忆图像的关键。

这项研究今天发表在《科学进展》杂志上。

完全回忆

物体或场景的生动记忆突然闪现在脑海中,就像映在屏幕上一样,这被称为视觉记忆。科学家们长期以来一直想知道这些记忆是在大脑的哪个部位形成的。一个候选区域是初级视觉皮层,它将来自眼睛的原始感觉输入转化为感知,并将其传递给大脑的其他区域。

 

北京师范大学的认知神经科学家Dajun Xing表示:“人们的大脑图像表明初级视觉皮层是视觉记忆的主要位置”,他领导了最新的研究。但是,这些图像并未直接测量神经元活动。因此,关于初级视觉皮层作用的直接神经元证据很少,Xing说。

在当前研究中,作者训练了两只猕猴(一只Macaca fascicularis和一只Macaca rhesus)执行各种记忆任务,并记录了植入每只猴子初级视觉皮层的微电极阵列的数据。

Xing说,该阵列测量了60-70个神经元的活动,远远多于大多数之前研究中测量的单个神经元。此外,团队持续进行了数月的测量,而之前的研究的记录通常只有几个小时。

当猴子们回忆图像时,它们的神经元活动的空间模式与它们实际看到某物时记录的模式不同。研究人员能够仅通过神经元放电模式来确定猴子们是否在回忆颜色、面孔或形状的方向。

猴子看

de Lange说,这项工作最巧妙的部分是关联任务。在数十次训练会议中,猴子学会了将一种颜色——红色或蓝色——与一幅黑白条纹图像关联起来,这些条纹要么是垂直的,要么是倾斜的。猴子被展示了其中一幅条纹图像,并被要求记住与之关联的颜色。神经元活动显示,每只猴子的初级视觉皮层在任务期间代表了颜色。它们没有看到任何颜色,这排除了结果的“更无聊的解释”,de Lange说,“[它们是]看到了感官刺激的回声”。猴子们一定是在脑海中看到了颜色。

Xing将这些结果解释为初级视觉皮层对视觉记忆至关重要。虽然这是可能的,但这些结果并没有令人信服地支持这一点,de Lange和Martinez-Trujillo都说。

de Lange说:“有可能实际的记忆编码发生在别处,而你在初级视觉皮层看到的是下游后果。”他说,为了测试这一点,研究人员需要干扰初级视觉皮层,看看动物是否仍然能回忆起视觉记忆。

Martinez-Trujillo坚持认为,大脑的另一个区域——前额叶皮层——对视觉记忆至关重要。他说,几乎一个世纪以前的观察性研究发现,当人们的前额叶皮层有损伤时,他们的记忆会受到干扰。

Neuronal representation of visual working memory content in the primate primary visual cortex | Science Advances

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Fig. 1. Behavioral task paradigm and neuronal encoding of memory contents.

对主观意识的探索是神经科学的基石,它揭示了我们心理景观的结构。主观意识的表现在本质上是惊人的视觉(1-4),即使在没有外部视觉刺激的情况下也是如此。这种可视化格式通常归因于视觉工作记忆 VWM) (5 6 的神经机制,这是我们大脑主动维护和操作信息图像的装置。尽管VWM涉及广泛分布的大脑网络(7-11),但在过去十年中,这些近乎有形的记忆和意识可视化的迷人性质将神经科学的焦点引向了视觉皮层(12-18)。

在这个领域中,初级视觉皮层(V1)的作用特别有争议。虽然某些使用功能性磁共振成像 (fMRI) 的研究表明 V1 中存在与 VWM 内容相关的神经代码 (7 1418),但其他人提出了不同的观点 1921)。至关重要的是,V1(19,22-24)中先前的电生理学证据的稀缺性,特别是关于工作记忆的核心方面 - 内容而不仅仅是空间位置(12,13 - 强调了进一步研究的必要性。关于V1神经元是否真正代表VWM内容,以及如果是,它们的活动如何有助于这种表示,仍然存在悬而未决的问题。

 



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