触觉工作记忆的大脑皮层神经电活动研究

摘要

工作记忆用于在时间和空间承接我们过去的经历和即将的行动。工作记忆在很多形式的高级认知功能中都发挥了重要的作用，包括对语言和语句结构的理解。同时，它对于我们智能算术，演奏音乐，想象和提前计划都是必不可缺的认知功能。
　　 到目前为止，大部分对于工作记忆的研究都集中在视觉或者听觉的模式中。然而，在我们日常活动中，觖觉信息的处理和视觉与触觉、听觉与触觉交叉相互作用频繁的发生在我们周围。关于单一触觉和触觉交叉工作记忆特征在大脑的空间位置和神经电活动，以及大脑如何对之进行调节和储存，对我们来说都是个未知数。所以，本博士论文的工作就是利用细胞外单个神经元记录的方法，在灵长类动物上寻找这些工作记忆的特征。
　　 在实验中，我们训练动物学习触觉-触觉单一模式和视觉-触觉交叉模式的Delay-Matching-to-Sample的工作记忆任务。同时，我们使用了另为两只未被训练的动物作为实验的对照。我们在受训和未被训练的动物上，对初级触觉皮层(SI)和前额叶皮层(PFC)进行单细胞记录。
　　 在我们以前的研究中发现，在训练后的动物上，SI中的神经细胞在触觉工作记忆任务的“延时”阶段明显的增加了放电频率。在我们现在的研究中的未被训练动物SI中，即使在任务的“延时”阶段中并不需要工作记忆，我们仍然发现了神经元电活动对“延时”有着与经过训练的动物相似的反应。因此，我们认为“延时”阶段的放电活动并不一定只在工作记忆的任务中才能观察到，它似乎本身就存在于SI中，用于编码被动触觉记忆神经网络系统。另外，在经过训练的动物上，我们还发现了一群细胞在“抉择”阶段对某一个触觉刺激选择性响应，这个结果或许暗示着在初级触觉皮层的神经电活动与任务的“抉择”过程有些一定的相关性。
　　 在未被训练动物的前额叶区域中，一些细胞在“延时”阶段的放电频率显著性的高于或低于基线水平，并且一定比例的细胞表现出对某一种触觉选择性的响应。这种细胞放电现象阐释了被动触觉记忆神经网络也许同样存在于前额叶中，被动触觉记忆系统被暂时激活用于存储触觉感觉信息。然而，在经过训练的动物中的一组前额叶细胞展示出了与“执行”相关的选择性放电活动，说明了工作记忆的“执行”动能只存在于需要工作记忆的任务中，而延时阶段的神经放电现象或许与工作记忆的需求没有必然关系。
　　 该论文阐释了，在初级触觉皮层关于触觉工作记忆与抉择做出的机制，和在前额叶皮层“执行”功能在触觉工作记忆中的作用。