近日,《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,PNAS)在线刊发了北京大学心理与认知科学学院和麦戈文脑科学研究所纳家勇治课题组的研究论文“Contributions of primate prefrontal cortex and medial temporal lobe to temporal-order memory”,报道了该课题组采用清醒猴电生理技术研究时序记忆的神经机制所取得的重要进展。论文的第一和通讯作者是纳家勇治研究员,其他作者包括课题组博士研究生陈翮和杨岑以及纽约大学Wendy Suzuki教授。

记忆是核心认知功能之一,使得人和动物能够根据经验改变自己的行为模式。记忆系统具有多样性,其中的陈述性记忆是我们的“日常语言记忆”,它使我们能够去描述我们所记得的事情。陈述性记忆包含情景记忆与语义记忆。情景记忆是指对亲身经历的事件的记忆,包括事件发生时特定的时空背景。而语义记忆则代表着一种从经历中得到的事实或者知识。内侧颞叶(medial temporal lobe),特别是海马区,在这两类记忆中起到重要的作用(图1)。纳家勇治研究组主要研究时间背景下的情景记忆。

在大脑编码了一系列事件后,它们的时间顺序对于情景记忆非常重要(图2)。在以往的研究中,纳家勇治博士 (Science, 2011) 通过恒河猴的行为电生理实验,在单细胞水平上发现了内侧颞叶区的两种不同的时间表征方式。其中,海马区表征连续性的时间,而外嗅皮层(perirhinal cortex)则从海马区获取时间信号,再将其与特定事件进行整合,从而表征离散的时间点。从解剖结构上来看,外嗅皮层位于内侧颞叶区的入口处,这有助于它从联合皮质获取外部信息,再通过内嗅皮层(entorhinal cortex)输入到海马区。

前额叶是灵长类尤为发达的脑区,它和内侧颞叶在时序记忆(时间顺序记忆)中的作用颇有争议。在本研究中,纳家勇治研究组对前额叶神经元在时序记忆任务中的活动模式进行了探究,并与内侧颞叶区神经元进行了比较。在实验任务中,猴需要记住两个依次呈现的物体的身份和时序信息(编码阶段),并在随后的测试中“告知”研究人员(回忆阶段)这些信息。研究发现,在编码阶段,前额叶表征了特定的物体身份和时序的组合,并且有显著的物体选择性延时活动。相对地,内侧颞叶表征了受时序信号和递增时间信号调制的物体信息。因此,虽然前额叶、内侧颞叶两个脑区的神经元都表征了物体的身份、时序或两者的组合信息,但是它们的编码策略迥异。前额叶的神经元表现出对物体身份和时序更为独立的选择性,提示其可能以非线性算法整合任务相关的变量,从而表征更高维的信息,为解决多样的任务提供计算优势。而内侧颞叶则稳定地表征物体及其搭载的时间信息,实时编码我们正在经历的场景,为后续的记忆提取做准备。

纳家勇治博士于1991年和1993年分别毕业于东京大学文理学院和理学研究院,获基础科学学士和分子细胞生物学硕士学位。他于1993年在东京大学Yasushi Miyashita教授的实验室开始他的博士训练。1995年, 在完成博士学位课程之前获得了东京大学助理教授职位。2003年,他被日本神经科学协会授予青年研究员奖,同年被提升为东京大学讲师。2005年,他在纽约大学开始担任副研究员。纳家勇治博士自2013年9月起,担任北京大学心理与认知科学学院研究员、北京大学-清华大学生命科学联合中心研究员和北京大学麦戈文脑研究所研究员。

该研究受到国家自然科学基金委和北京大学-清华大学生命科学联合中心资助。


图1. 恒河猴的记忆相关脑区


图2. 实验流程及神经电生理结果

参考文献

Yuji Naya*, He Chen, Cen Yang and Wendy A. Suzuki (2017) Contributions of primate prefrontal cortex and medial temporal lobe to temporal-order memory, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (in press).

Naya Y.* and Suzuki WA. (2011) Integrating what and when across the primate medial temporal lobe. Science 333: 773-776.

Suzuki W. A.*, and Naya Y.*, (2014) The perirhinal cortex. Annual review of neuroscience 37:39-53.

Naya Y.* (2016) Declarative association in the perirhinal cortex. Neurosci. Res 113: 12-18.

Naya Y.* (2016) Declarative association. In Neuroscience in the 21st century 2nd, DW Pfaff & N Volkow ed. (Springer Science+Business Media, New York), 2651-2677.


2017-12-13