计算模型揭示了大脑如何管理短期记忆

如果你曾经有过这样的经历:你刚刚想起来的某件事仅仅几秒钟就忘记了——比如你要在一家餐馆点的菜的名字——那么你就知道工作记忆有多重要了。这种短期记忆是指人们如何在数秒或数分钟内记住信息，以解决一个问题或执行一项任务，比如一系列指令的下一步。但是，尽管它在我们的日常生活中至关重要，大脑到底是如何管理工作记忆的一直是个谜。

现在，索尔克的科学家们开发了一个新的计算模型，展示了大脑如何利用特定类型的神经元短期维持信息。他们的研究结果发表在自然神经科学2020年12月7日，可以帮助揭示为什么工作记忆在广泛的神经精神下受损障碍包括精神分裂症，以及正常衰老。

“工作记忆的大多数研究侧重于皮质中的兴奋性神经元，这是众多且广泛的连接，而不是暗示的神经元，这些神经元在局部连接和更多样化，”Salk计算神经生物学实验室和高级作者负责人新工作。“然而，我们通过使用抑制性神经元在延迟之后做出正确的决策来对我们进行的经常性神经网络模型感到惊讶。”

在新的论文中，Sejnowski和Robert Kim，一个Salk和加州大学圣地亚哥分校的医学博士/博士。他开发了一个前额叶皮层的电脑模型，前额叶皮层是大脑中管理工作记忆的区域。研究人员使用学习算法来教他们的模型进行一项测试，该测试通常用于测量灵长类动物的工作记忆——动物必须确定屏幕上的彩色方块图案是否与几秒钟前看到的图案相匹配。

塞约诺夫斯基和金姆分析了他们的模型是如何能够高精度地完成这项任务的，然后将其与现有的关于猴子完成这项任务时大脑活动模式的数据进行了比较。在这两项测试中，参与工作记忆的真实和模拟神经元的时间尺度都比其他神经元慢。

Kim和Sejnowski发现，需要良好的工作记忆，即长时间神经元普遍存在，并且抑制神经元之间的连接 - 抑制大脑活动 - 坚强。当它们在其模型中改变了这些抑制性神经元之间的连接强度时，研究人员可能会改变如何变化模型对工作记忆测试进行，以及所属的时间尺度神经元。

新观察指出了重要性抑制性神经元研究人员说，这可能会启发未来有关这些细胞在工作记忆中的作用的研究。它们还可以帮助研究为什么一些神经精神疾病患者，包括精神分裂症和自闭症，会在工作记忆上挣扎。

“工作记忆障碍是神经精神疾病中的常见，包括精神分裂症和自闭症谱系统，”金说。“如果我们能够阐明工作记忆的机制，那么了解在这些障碍中出现的工作记忆缺陷如何。”

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