リコール時に、ニューロンは暗記の順序で発火しました

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Anonim
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アメリカの科学者は、物質を想起するとき、人間の皮質のニューロンは情報を記憶するときと同じ順序で発火し、応答の成功はこれらのパターンがどれだけ一致するかに依存することを発見しました。記憶検索の精度は、ニューロン活動のバーストが内側側頭皮質の興奮と同期しているかどうかにも関係しています。記事はジャーナルScienceに掲載されました。

特定のイベントを思い出すことは、元のエピソードの間に活動していた脳の領域の連続的な興奮の繰り返しに関連しています。前世紀の終わりに、科学者たちは、ラットがホームケージで休んだり、眠ったりすると、迷路研究のときと同じように、脳の内側側頭葉のニューロンの放電シーケンスが再生されることを発見しました。事前に実施。科学者たちは、活性化パターンの繰り返しが記憶の検索と統合、そしておそらく行動計画の根底にあると仮定しています。

ラットの内側側頭葉におけるニューロン興奮の連続的な再現は、脳波における頻繁な紡錘形の振動(振動)の発生と関連しています。同様のリズムは、人間からのエピソード記憶の抽出でも発生します。しかし、これまで、人の個々のニューロンのレベルで、特定のシーケンスが記憶中に再生されることを説得力を持って証明するデータはありませんでした。事実、人間に対する侵襲的研究は必要な医学的介入の間のみ許可されており、非侵襲的方法では個々の神経細胞の活動を記録することはできません。

米国国立神経疾患・脳卒中研究所のAlex Vazが率いる科学者のグループが、てんかん患者に関する研究を実施しました。そのような人々は、脳の発作活動の原因を見つけるために電極が埋め込まれています。情報は前頭頂葉にある電極から収集され、個々のニューロンの興奮と局所電位が記録されました。

さらに、研究者らは、電極が皮膚ではなく大脳皮質に直接適用されるという違いを除いて、脳波検査と同様の方法である皮質脳波検査を記録しました。したがって、科学者は、個々の細胞のレベルと大規模な両方のレベルでニューロン活動を比較し、2つのゾーン(内側側頭皮質と中側頭回)の同期を追跡することができます。

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中側頭回の電極。灰色の矢印は、個々の電極の活動と局所電位を記録した微小電極のビームを示しています。下の写真には、コルチコグラム用の電極のグリッドもあります。

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ボランティアの皮質における微小電極ビームの局在

研究参加者は、無関係な単語のペア(たとえば、「カラス」と「ジープ」)を暗記するように求められました。次に、単語の1つ(「カラス」)が表示され、2番目の単語(「ジープ」)を覚えて名前を付けるように求められました。脳の電気的活動は、単語の記憶中とその再生中の両方で記録されました。活動の1つのバースト内でニューロンの放電シーケンスを分離するために、科学者はそれらの放電の頻度が最大に達したときに従ってそれらを分割しました。次に、2つのバーストを相互に比較し、セルが同じ時間パターンのアクティビティを保持しているかどうかを確認しました。

中側頭回で記録された紡錘状振動は、常に、局所電位の同様の変動と個々のニューロンの活動のバーストという、より小さなスケールの2つのレベルでのイベントと一致していました。このような現象は、単語の各ペアを記憶する過程で定期的に繰り返されました。各バースト内で、個々のセルの放電の特定のシーケンスが形成され、1回の試行(1組の単語の調査と繰り返しが試行として指定されました)では、パターンは実質的に変化しませんでした。異なるテストでは、同じニューロンが異なる順序で発火しました。

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上:内側側頭葉(MTL)と中側頭回(MTG)の皮質脳波。中央:局所電位(色は放電頻度を表します)。下:個々のニューロンの活動

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「ケーキキツネ」(赤い線)という単語のペアを記憶するときの個々のニューロンの活動のバースト。各行は1つのニューロンです。下の写真では、ニューロンの放電の順序に従って線が再編成され、さまざまな色でマークされています(紫が最も早く、黄色が最も遅い)

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2つの異なる試行中のニューロンの放電のシーケンス(最初の試行では「スチームシール」、2番目の試行では「シートバス」という単語のペア)。ニューロンは、最初の試行での放電順序に従って色分けされます。矢印は、2回目の試行で別のパターンが形成されたときのニューロンの再編成の例を示しています。

科学者は、成功した試み(参加者がテスト中に2番目の単語に正しく名前を付けた場合)と失敗した試みを比較しました。ボランティアが正しく応答したテストでは、トレーニング中のバースト間のニューロン放電シーケンスは、単語が誤って呼び出されたときよりも類似していた。研究の著者は、細胞活性化の同じパターンの繰り返しが成功した暗記に関連していることを示唆しています。

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成功した(ライラック)および失敗した(ピンク)試行。縦軸は、1回の試行でのバースト間のニューロン放電シーケンスの一致の指標です。

次に、研究者は、メモリが取得されたとき(つまり、テストされたとき)に発生したバーストを分析しました。それらの中のニューロンの放電の順序は徐々に変化し、暗記の過程で記録されたパターンにますます類似するようになりました。セルが奏でる「メロディー」が前のメロディーと最大限に同期したとき、参加者は答えを呼びました。失敗した試行では、シーケンスは時間の経過とともに「正しい」シーケンスとの類似性を高めませんでした。

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単語のペアの記憶(左下)とテスト(右下)中の個々のニューロンの活動の登録。点線はテストワードが表示された瞬間です。上記では、拡大されたスケールで、トレーニングの終了時および参加者が正解を指定する前の退院シーケンス

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トレーニング中の平均シーケンスと比較した、テスト中のニューロンの放電シーケンスの一致の指標。横軸はタイムラインです(0は応答の瞬間です)。ライラック-成功した試み、赤-失敗

個々のニューロンの活動の各バーストは、中側頭回の振動に対応していましたが、そのような振動が内側側頭皮質で発生するたびではありませんでした。脳のこれら2つの領域での興奮の同期により、個々のニューロンのレベルでのシーケンスの「正確さ」は、内側側頭皮質が活性化されていない場合よりもはるかに高かった。これにより、メモリ抽出におけるこのゾーンの役割に関する仮定が確認されます。

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A:内側側頭葉(MTL)に振動がない場合、ニューロンの放電のシーケンスは、単語のペア(右側)を記憶するときのシーケンスと一致しません。皮質の2つのゾーンが同期しているとき、それは一致します(左)。そして:ニューロン活動のバースト(下、紫色の縞模様で強調表示)。上-内側側頭葉(MTL)と中側頭回(MTG)の皮質脳波。地殻の両方のゾーンでの振動は、正解の前の最後のバーストでのみ一致します

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ピンク-内側側頭葉の振動と同期したバースト、ライラック-同期していません。縦軸は、トレーニング中の平均シーケンスと比較した、テスト中のニューロン放電シーケンスの一致の指標です。

大脳皮質の側頭葉が記憶の記憶に関与しているという事実は、例えば、次の研究によって確認されています:科学者は、テキスト情報の記憶を改善するために人々の側頭葉を侵襲的に刺激し、数を増やすことができました正解の15パーセント。

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