大脑涟漪可能有助于将信息绑定到整个人类皮层

人类皮层的一个基本谜团是它的160亿个神经元如何将它们编码的许多不同种类的信息整合或结合成一个连贯的统一体验或记忆。

科学家们假设这种结合涉及促进神经相互作用的高频振荡或“涟漪”，就像音乐或舞蹈中的节奏一样。在2022年7月7日在PNAS上发表的一篇论文中，加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员提供了一些初步的经验证据，证明这种涟漪确实发生在人类身上。

“想想抚摸你的猫的经历：它的形状、位置、环境、颜色、感觉、动作和声音，以及你自己的反应情绪和行动。它们都结合在一个连贯的整体中，”资深作者EricHalgren说，博士，加州大学圣地亚哥分校医学院放射学教授。

“体验的这些不同方面被编码在分布在大脑皮层表面的位置中，而这种体验又被它们的时空放电模式所服务。谜团在于这些不同位置的活动是如何联系起来的。”

以前的研究，主要是在啮齿动物中，发现不同结构海马体中的涟漪在睡眠期间组织这些时空模式的重放，这对于使记忆永久化至关重要。

由Halgren领导的加州大学圣地亚哥分校团队发现，在人类皮层的所有区域，无论是清醒的还是睡眠的，都会出现涟漪。涟漪很短暂，持续大约十分之一秒，并且具有接近每秒90个周期的一致窄频率。作者计算出，一个典型的短暂涟漪事件可能涉及大约5,000个小模块同时激活，分布在皮层表面。

这项工作是第一作者CharlesW.Dickey的神经科学博士论文的一部分。

“值得注意的是，涟漪在所有肺叶和两个半球之间同时发生并同步，即使是在很远的距离，”迪基说。“皮层神经元在涟漪期间以涟漪节奏增加放电，可能支持远距离位置之间的相互作用。

“在成功的记忆回忆之前有更多的共同发生。所有这些都表明，分布式的皮层共同涟漪促进了可能构成特定体验记忆的不同元素的整合。”

研究人员发现，皮质涟漪通常与海马涟漪相结合，并嵌入较慢的振荡(每秒1和12个周期)中。这些较慢的节律由控制皮层活动水平的中央结构丘脑协调，并调节记忆巩固所需的神经元放电。

“由于我们的体验是按时间分级组织的，因此组织我们创造这种体验的皮层活动的节奏也是如此，”哈格伦说。

该研究包括分析直接从18名被监测患者的大脑内部进行的为期一周的录音，以定位他们癫痫发作的起源。Halgren实验室正在进行的工作表明，皮层不同部位的神经元放电模式在共同涟漪期间更具相互预测性，而共同涟漪与将字母绑定成单词和意义与行动有关。

“就像任何其他增加我们对世界如何运作的理解的基础研究一样，不可能知道它的实际意义是什么，”哈格伦说。“但我要指出，精神分裂症是一种常见且无法治愈的疾病，其特点是精神分裂。我们和其他人的研究结果表明，一种特定类型的抑制性中间神经元对于涟漪的产生至关重要，并且已知这些细胞具有选择性受精神分裂症的影响，高频振荡也是如此。也许我们更接近于找到这种悲惨疾病的一个方面的机制。

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