不同步的脑电波可能是与精神分裂症相关的学习缺陷的基础

加州大学旧金山分校的一项新研究确定了一种特定的脑电波模式，这种模式奠定了放弃旧的、不相关的学习联想、为新的更新让路的能力。这项研究首次直接表明，一种特定的行为可能依赖于大脑不同部位高频脑电波的精确同步，并可能为开发对某些精神疾病(包括精神分裂症)的干预措施开辟一条道路。

把旧规则换成新规则是我们经常做的事情。当你换了新手机、换了车或更新了笔记本电脑上的软件时，这种情况就会发生——在租来的汽车里，你头几次试图打开前灯时，你可能会启动挡风玻璃雨刷。但最终，你会明白的。

做出这样的调整对于适应周围世界的变化至关重要。但是，努力放弃旧规则有时不仅会让你难以完成日常任务。它还可能导致某些形式的精神病，比如精神分裂症，因为它破坏了人们重新评估和更新扭曲的信念和妄想的能力，尽管证据和逻辑相互矛盾。

精神病学副教授、加州大学旧金山分校威尔神经科学研究所成员、医学博士Vikaas Sohal说:“毅力是我们用来描述个人坚持不再合适的东西的一个术语。”“这是许多不同神经精神疾病的问题。”

这项新研究发表在自然神经科学2020年5月25日，Sohal和同事们提供了一个可能发生什么的一瞥大脑当改变规则的失败导致坚持不懈。他们发现，一种被称为伽马波的特定脑电波的精确协调，是学会放弃旧规则、转而关注以前无关紧要的线索的关键。

这项工作有助于澄清关于脑电波意义的长期争论。几十年来，科学家们已经能够测量这些协调的、有节奏的神经活动模式，这些模式可以采取不同的形式。长久以来，脑电波的意义一直备受争议。一些研究人员认为，脑电波具有重要的功能，一些认知障碍可能与某些脑电波出错有关。例如，伽马波产生于神经活动，有规律的节奏在每秒30到120个周期之间，被假设与注意力和意识思维有关。但其他科学家不同意这种说法，他们声称脑电波是神经活动的一种无关的副产品。

索哈尔说，试图弄清楚这个问题就像外星人刚刚降落在足球场外时可能会经历的事情一样。“想象一下，你在体育场外面，试图通过声音来弄清楚发生了什么，”他说。“大多数情况下，你只是听到随机的噪音。但每隔一段时间，你就会听到这种声音与欢呼声或圣歌同步，你就会想，‘嘿，这意味着什么吗?’”

Sohal的团队记录了大脑不同部位神经元的活动，而不是体育迷涌出体育场的噪音。许多过去的脑电波研究都依赖于脑电图(EEG)记录中从头骨表面检测到的微弱电信号，但在这项新研究中，研究人员将探针放入大脑中，以更精确地观察这些振荡的功能。研究人员还利用基因工程将一种荧光活性指示器固定在一种神经元上，这种神经元非常适合捕捉大脑中对认知很重要的区域的伽马波的快节奏活动。这些荧光标签发出的闪光表明这些神经元的电压何时发生变化，使研究小组能够直观地跟踪细胞之间的通信。

为了研究伽马波是否与毅力行为有关，研究人员设计了一个“老鼠版”的威斯康星卡片分类任务，这是一个标准的评估工具，用于衡量人类参与者如何在忙碌中学习新规则，这对精神分裂症患者来说往往是一个挑战。在老鼠实验中，研究人员将奖励藏在细沙或粗糙的猫砂下面，并给每个碗一种不同的气味，让老鼠找出哪一种气味代表奖励。一旦老鼠学会了任务，研究人员就改变了它们的规则，让气味线索无关紧要，现在只通过老鼠是否需要挖沙子或猫砂才能找到奖励来提示它们。

当老鼠学会转换时，研究小组观察到γ波这在大脑两侧是同步的。当研究人员通过对老鼠的基因工程神经元进行光刺激，使这些波不同步时，老鼠突然变得非常不擅长这种学习。持之以恒的错误急剧增加，老鼠需要两倍的尝试才能找到奖励的新线索。

Sohal说:“伽玛同步似乎对克服规则坚持很重要。”“这符合一种新兴的观点，即精神分裂症和相关疾病中大脑区域之间的交流可能受损，这可能会导致某些症状。”

奇怪的是，伽马同步的中断并没有破坏老鼠学习新关联的能力，也没有破坏它们之前学习的规则。例如，当大蒜的气味不再是奖励的信号时，它们仍然能够逆转方向，并了解到香菜的气味——以前标志着寒冷的踪迹——现在是埋藏的宝藏的编码。只有当他们不得不从一种感官线索切换到另一种感官线索时(例如，从气味切换到触觉线索)，伽马同步才真正发挥作用，可能是因为学会放弃这种坚持实际上要困难得多。

索哈尔说:“这告诉我们，这种学习方式有一些特别之处，它要求你把注意力集中在你以前忽视的东西上。”

之前的研究，包括Sohal的实验室，已经表明，伽马同步和引起它的神经元的缺陷可能会导致精神分裂症和阿尔茨海默病的核心认知问题。Sohal实验室的博士后研究员、论文的主要作者Kathleen Cho博士说，对正常伽马波模式的更深入了解，以及当它们被打乱时会发生什么，最终可能会为需要它的患者提供帮助。

她补充说:“对这类认知问题的治疗尚不完善，这在很大程度上是因为相关机制尚不清楚。”“这项研究让我们对如何开始治疗这种神经紊乱有了更深入的了解。”