人類如何記住和回憶事物是腦科學的難題，其中，工作記憶是人類臨時保存和使用信息的系統，就像計算機的高速內存。它不僅是日常生活的必需，也是語言理解、學習和推理等高層次認知功能的基礎。那么，人腦如何對工作記憶進行加工？這個過程有什么功能特點？
為破解這些難題，中國科學院自動化研究所(中科院自動化所)腦網絡組研究中心蔣田仔團隊與瑞士蘇黎世大學醫院合作，運用顱內腦電信號和多種腦電分析方法以及機器學習模型，系統分析人腦杏仁核-海馬環路在工作記憶編碼和維持階段的功能分工和協同模式。
本次發表論文的主要研究發現成果。 中科院自動化所 供圖他們研究發現，人腦杏仁核-海馬環路在工作記憶編碼和維持階段，呈現出明顯的“各司其職”與“守望相助”功能特點，并共同揭示人腦杏仁核-海馬環路功能特異性的神經表征和相互作用模式支持工作記憶編碼和維持階段的加工。這既為該環路在工作記憶中的作用提供了新的視角，也對探索工作記憶的神經機制對于理解人腦高層次認知功能的原理有重要意義。
這項腦科學研究重要成果論文近日在國際學術期刊《自然-通訊》(Nature Communications)在線發表。論文共同第一作者、中科院自動化所李瑾副研究員和曹丹助理研究員介紹說，本次研究共收集14名難治性癲癇患者在完成工作記憶任務時杏仁核和海馬的顱內腦電信號，采用多種腦電分析方法和機器學習模型，從局部活動和信息交互層面系統，分析杏仁核和海馬在工作記憶編碼與維持階段的神經表征模式和信息傳遞方向，并基于此解碼工作記憶的負載。
研究發現，人腦杏仁核-海馬環路在工作記憶編碼和維持階段呈現出兩個明顯的功能特點：其一，“各司其職”方面，杏仁核在工作記憶編碼階段表征記憶內容，而海馬在材料消失后的維持階段保持了記憶信息的表征。杏仁核在編碼階段的表征和海馬在維持階段的表征可以更好地解碼出工作記憶負載。
其二，“守望相助”方面，杏仁核和海馬在編碼和維持階段相互協作，相互傳遞信息，杏仁核在編碼階段發出的信息流以及海馬在維持階段發出的信息流可以更好地解碼出工作記憶負載。
論文共同通訊作者蔣田仔研究員表示，本項研究通過系統分析人腦杏仁核-海馬環路在工作記憶編碼和維持階段的神經表征與信息傳遞模式，揭示了杏仁核和海馬的功能分工與協作模式支持工作記憶加工。這些研究結果不僅為深入理解工作記憶的神經機制提供新的依據，也為相關疾病(如表現出工作記憶缺陷的精神分裂癥和阿爾茲海默癥)的研究提供新的視角。此外，通過結合顱內腦電記錄，多變量分析和機器學習的方法，也為未來的腦-機接口研究和神經反饋治療提供新的研究框架。(完)
