中国科学院脑智卓越中心等发现大脑额叶皮层对工作记忆的灵活控制

8月22日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心王立平研究组和临港实验室闵斌研究组合作，在《神经元》（Neuron）上在线发表题为了《猕猴额叶皮层对序列工作记忆的灵活控制》的研究论文，揭示了额叶皮层对信息的灵活排序过程。该研究通过在清醒猕猴上进行高通量电生理记录发现，在猕猴额叶皮层内存在对感觉信息和序列工作记忆信息可分离的群体编码，在不同群体神经元的动态活动可反映大脑对序列工作记忆的灵活控制。

你是否曾在旅游时为如何安排一天的行程而纠结？想去玩的景点有abc，先去必看的景点a，然后再去b和c，还是根据路线的便利性先去景点c。日常生活中，我们经常遇到需要像规划旅行一样灵活地对事件进行排序的情况。大脑犹如一台精密的机器，能够灵活且精细的控制着记忆中的不同信息。

为探讨大脑如何灵活地控制事件信息及顺序，科研人员训练猕猴进行视觉空间位置序列的排序任务。在每个试次中，猕猴需要记住屏幕上闪现的1至3个视觉空间位置的序列，并在不同实验组中分别以正向或逆向的方式调整信息的顺序进行汇报。

该研究利用高通量电极阵列在猕猴额叶皮层记录大量的神经元活动并进行神经元群体分析发现，在额叶皮层中，存在可拆分的四个子空间即一个感觉信息子空间和三个记忆子空间。外界刺激首先进入公用的感觉子空间，其反映输入的空间位置信息，之后通过额叶的控制分别分配到不同记忆子空间，用于存储不同次序的空间位置信息。

明确游玩景点abc后，便要规划何时前往哪个景点。结合各个景点的天气状况，灵活地调整旅行计划可以帮我们尽情地享受旅行的乐趣。同样，大脑额叶皮层也会依据不同的任务条件，适时地将各个信息分配到相应的记忆子空间以进行储存。例如，序列abc，a信息在正向任务中，在第一个刺激出现进入感觉空间后即被分配到记忆子空间-1；而在逆向任务中，a信息会被分配到记忆子空间-3中，且由于序列长度的不确定性导致分配进子空间的时间产生延迟。同时，这种信息分配和排列的机制不仅适用于处理长度为3的序列，而且可以扩展到其他长度序列的条件。

这一研究揭示了额叶群体神经元在编码序列工作记忆中精细的神经动态，反映出额叶皮层在序列工作记忆方面潜在的更普遍和抽象的控制机制。阐明额叶皮层对复杂认知的组合分解原理和其动态精确控制计算机制，是剖析高级认知功能的必要条件。

研究工作得到国家自然科学基金委员会、中国科学院和上海市的支持。

如同抓物机从众多元素中选择所需的元素并将其放置在正确的位置一样，大脑额叶皮层也能够根据需要控制各个元素进行恰当排列。

视觉空间位置序列排序任务。在每个试次中，一个包含1、2或者3个空间位置的序列（序列内的空间位置不重复）会闪现在屏幕上。猴子需要记住呈现的序列，并用正向或者逆向的方式汇报出来。