通過人類海馬神經(jīng)元的相位-振幅耦合來控制工作記憶
在工作記憶中保留信息是一個要求很高的過程，它依賴于認知控制來保護特定于備忘錄的持續(xù)活動免受干擾。然而，認知控制如何調節(jié)工作記憶的存儲尚不清楚。
本文通過使用Neuroport在體多通道神經(jīng)信號采集系統(tǒng)（Blackrock Mircosystems）在人類內側顳葉和額葉中記錄神經(jīng)元的活動，并且使患者進行多項關于工作記憶的項目，發(fā)現(xiàn)額葉控制和海馬持續(xù)活動的相互作用是通過 θ-γ 相位-振幅耦合（TG-PAC）協(xié)調的。
圖 1：任務、記錄位點和行為。為了確定 WM 維護期間 LFP 中是否存在 PAC，研究員們把PAC 作為低頻（2-14 Hz）相位和高頻（30-150 Hz）功率的函數(shù)。
圖 2：TG-PAC。接下來，研究了細胞在 WM 維持期間是否保持持續(xù)活性，如果是，它們的活性是否與 PAC 有關。他們首先選擇了神經(jīng)元類別，這些神經(jīng)元是放電率（FR）與編碼過程中顯示的刺激的視覺類別相關的細胞。
圖 3：MTL 中類別神經(jīng)元的 FRs 和 SFC。
接下來研究員們選擇了活動受 PAC 調節(jié)的 MTL 神經(jīng)元，并確定它們是否與持續(xù)活躍的類別神經(jīng)元顯著重疊。他們將 PAC 神經(jīng)元定義為 FR 是 θ 期和 γ 振幅之間相互作用的函數(shù)的神經(jīng)元。
圖 4：PAC 神經(jīng)元選擇和局部活動。
鑒于上面顯示的 PAC 神經(jīng)元的特性，研究員們假設 PAC 神經(jīng)元可能參與 WM 的認知控制。因此，他們接下來研究了 PAC 神經(jīng)元的活動是否與額葉活動有關。為此，他們計算了 MTL 中 PAC 神經(jīng)元的尖峰活動與 pre-SMA、dACC 和 vmPFC 中記錄的 LFP 之間的跨區(qū)域 SFC。
圖 5：MTL 中的 PAC 神經(jīng)元與額葉 θ LFP 的遠程連接。
如果細胞的活性與其他細胞相關，則其 FR 中本身不攜帶信息的細胞可以影響變量在種群水平上的表示。研究員們假設 PAC 神經(jīng)元在 WM 維護期間可能具有這種作用。
圖 6：海馬體中 PAC 神經(jīng)元的噪聲相關性。
在海馬體中，TG-PAC 指示工作記憶負荷和質量。本文鑒定了在 θ 期和 γ 振幅的非線性相互作用期間選擇性加標的細胞。當認知控制需求較高時，這些 PAC 神經(jīng)元的尖峰時間與額葉 θ 活動相協(xié)調。通過引入與海馬體中持續(xù)活躍的神經(jīng)元的噪聲相關性，PAC 神經(jīng)元塑造了群體密碼的幾何形狀。
綜上所述，本文的結果支持工作內存的多組件架構，通過額頭控制管理存儲相關區(qū)域中工作記憶內容的維護。在這個框架內，海馬 TG-PAC 整合了跨大腦區(qū)域的認知控制和工作記憶存儲，從而提出了一種對感覺驅動過程進行自上而下控制的潛在機制。
