UCLA最新研究：反复练习能显著增强大脑记忆通路

UCLA最新研究：反复练习能显著增强大脑记忆通路访问：NordVPN立减75%+外加3个月时长另有NordPass密码管理器为了验证这一点，研究人员让小鼠在两周时间内辨别并回忆一连串气味。然后，研究人员使用一种新颖的定制显微镜跟踪动物在练习任务时的神经活动，这种显微镜可以同时对整个大脑皮层多达73000个神经元的细胞活动进行成像。研究显示，随着小鼠不断重复执行任务，位于次级运动皮层的工作记忆回路发生了转变。小鼠刚开始学习任务时，记忆表征并不稳定。然而，在反复练习任务后，记忆模式开始固化或"水晶化"，该研究的通讯作者、加州大学洛杉矶分校医疗中心神经学家佩曼-戈尔沙尼博士介绍说。戈尔沙尼说："如果想象大脑中的每个神经元都在发出不同的音符，那么大脑在执行任务时产生的旋律每天都在变化，但随着动物不断练习这项任务，旋律会变得越来越精炼和相似。"这些变化让我们了解到，为什么在反复练习之后，表现会变得更加准确和自动。这一见解不仅促进了我们对学习和记忆的理解，而且对解决记忆相关疾病也有意义。编译来源：ScitechDaily参考文献：《挥发性工作记忆表征随着练习而结晶》DOI:10.1038/s41586-024-07425-w...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1431494.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1431494.htm

电击大脑真能提升记忆力，网友看完在线求电

电击大脑真能提升记忆力，网友看完在线求电看过闪电侠的人都知道，巴里·艾伦因为被闪电击中，获得了超级闪电的能力，化身“世界上最快的人”。现实生活中，虽然“被雷劈”获得超能力不太现实，但用比闪电小得多的电流对人脑进行刺激，已经被证实对记忆力的提升有显著作用。有网友看完就表示：现在就想求电……目前，相关论文已被刊登在Nature的子刊NatureNeuroscience上，研究团队来自波士顿大学。提升记忆力的神奇方法在了解实验过程前，让我们首先认识一下该实验的核心技术——经颅交流电刺激。它是一种新兴神经调节技术，能通过头皮表面的电极将波状电流施加到大脑的特定区域。进入大脑内部的电流可以模仿或改变脑电波活动，以促使其分泌释放能够调节个体情绪与认知的各种神经介质，并有望改变大脑的神经网络。研究团队正是使用这一方法，分别对有固定容量的工作记忆（workingmemory）和可持续维持的长期记忆（Long-TermMemory）进行了分析。具体到实验方法，研究者选取了150名65至88岁的老年人，将他们随机分为20人的小组，并分别将60Hz的高频伽马波和4Hz的低频θ波交替作用于人脑中掌管记忆的两个关键部位——前额叶皮层（DLPFC）和下顶叶(IPL)。之所以选择这两个位置，是因为前额叶皮层和下顶叶对应的正是长期记忆和工作记忆两个功能区。在第一部分的实验中，所有参与者被要求进行一个记忆任务，即回忆实验者大声朗读的20个单词。为了进行对照，实验共分为3组进行：第一组中的20人，前额叶皮层会接受60Hz的伽马波。第二组的20人则接受了对下顶叶的4Hz的θ波。第三组的20人作为对照组接受了虚假实验处理。整个电流刺激过程每天进行20分钟，参与者们被要求在刺激结束后立即回忆尽可能多的单词。实验结果显示，在接受伽马波的20人中，有17人回忆单词的能力有所提高；接受θ波的20名参与者中，有18名能清晰地回忆起最后听到的单词。可以明显地看出，参与者们的工作记忆和相对较长的长期记忆都得到了显著改善。为了进一步验证这个结论，研究人员又翻转了接受伽马波和θ波刺激的大脑区域，进行了第二次实验。并且在此之后重复了第一次实验的过程。除此之外，在三轮实验完成后的一个月，又对参与者们再次进行了一次单词回忆测试，以证实记忆改善是否仍然持续。综合上述所有实验的结果显示：低频θ波在一个月内改善了短期的工作记忆，而高频的伽马波则提升了长期记忆。该论文的通讯作者RobertM.G.Reinhart对此表示：结果说明，我们可以根据电流刺激的位置和频率，分别改善短期记忆或长期记忆。这也意味着未来研究人员可以根据个人的需要调整治疗方法。结果说明，我们可以根据电流刺激的位置和频率，分别改善短期记忆或长期记忆。这也意味着未来研究人员可以根据个人的需要调整治疗方法。作者还指出，这一研究方向未来将有望应用于治疗精神分裂症、阿尔茨海默病和强迫症等疾病。纽约城市学院的神经工程师MaromBikson也对研究的未来方向表示...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1308193.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1308193.htm

“细胞电耦合”：关于我们大脑如何运作的突破性假设

“细胞电耦合”：关于我们大脑如何运作的突破性假设麻省理工学院、伦敦城市大学和约翰·霍普金斯大学的研究人员发表的一篇新论文认为，网络的电场会影响神经元亚细胞成分的物理配置，以优化网络的稳定性和效率，作者将这一假设称为“细胞电”耦合。”EarlK.Miller就他最近在Picower学习与记忆研究所的工作发表了演讲。图片来源：麻省理工学院Picower研究所“大脑正在处理的信息在将网络微调到分子水平方面发挥着作用，”麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的皮考尔教授厄尔·K·米勒（EarlK.Miller）说，他是《进步》杂志上这篇论文的合著者。与麻省理工学院和伦敦城市大学的DimitrisPinotsis副教授以及约翰·霍普金斯大学的GeneFridman教授一起获得神经生物学博士学位。“大脑会适应不断变化的世界，”皮诺西斯说。“它的蛋白质和分子也会发生变化。它们可能带有电荷，需要跟上使用电信号处理、存储和传输信息的神经元。与神经元电场的相互作用似乎是必要的。”米勒实验室的一个主要重点是研究工作记忆等高级认知功能如何快速、灵活且可靠地从数百万个单个神经元的活动中产生。神经元能够通过创建和删除称为突触的连接以及加强或削弱这些连接来动态形成电路。但是，米勒说，这仅仅形成了信息可以流动的“路线图”。米勒发现，共同代表一种或另一种想法的特定神经回路是通过有节奏的活动来协调的，更通俗地称为不同频率的“脑电波”。快速的“伽玛”波有助于传输我们视觉中的图像（例如松饼），而较慢的“贝塔”波可能会承载我们对该图像的更深入的思考（例如“太多卡路里”）。米勒的实验室表明，在适当的时机，这些波的爆发可以携带预测，从而能够在工作记忆中写入、保留和读出信息。当工作记忆崩溃时，它们也会崩溃。该实验室报告的证据表明，大脑可能会明显地操纵特定物理位置的节律，以进一步组织神经元以实现灵活的认知，这一概念称为“空间计算”。该实验室最近的其他工作表明，虽然网络中单个神经元的参与可能是变化无常且不可靠的，但它们所属的网络携带的信息稳定地由它们的集体活动产生的整体电场表示。在这项新研究中，作者将这种协调神经网络的节律性电活动模型与电场可以在分子水平上影响神经元的其他证据结合起来。例如，研究人员研究了突触耦合，其中神经元通过膜的接近程度影响彼此的电特性，而不是仅仅依赖于突触之间的电化学交换。这种电串扰会影响神经功能，包括它们何时以及是否将电信号传递给电路中的其他神经元。米勒、皮诺西斯和弗里德曼还引用了研究，显示电对细胞及其成分的其他影响，包括神经发育如何由场引导以及微管可以通过它们排列。如果大脑在电场中携带信息，并且这些电场能够配置神经元和大脑中形成网络的其他元素，那么大脑很可能会使用这种能力。作者表示，大脑可以利用场来确保网络发挥其应有的作用。用“电视迷”的话来说，电视网络的成功不仅仅在于它能够向数百万家庭传输清晰的信号。同样重要的是细节，比如每个观众家庭如何布置电视、音响系统和客厅家具，以最大限度地提高体验。米勒说，无论是在这个比喻中还是在大脑中，网络的存在都会激励个体参与者配置自己的基础设施以实现最佳参与。作者在论文中写道：“细胞电耦合将介观和宏观水平的信息连接到蛋白质的微观水平，而蛋白质是记忆的分子基础。”这篇文章阐述了细胞电偶联的启发逻辑。“我们提供了一个任何人都可以测试的假设，”米勒说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366931.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366931.htm

糖影响大脑"可塑性" 有助于学习、记忆和恢复

糖影响大脑"可塑性"有助于学习、记忆和恢复复杂的糖分子控制着神经元周围网（图中绿色）的形成，这些网环绕着神经元，帮助稳定大脑中的连接。资料来源：LindaHsieh-Wilson实验室研究人员于8月16日在美国化学学会（ACS）秋季会议上展示了他们的研究成果。美国化学学会2023年秋季会议将于8月13-17日以虚拟和现场相结合的方式举行，大约有12000个关于各种科学主题的报告。复合糖和大脑可塑性给水果、糖果或蛋糕增添甜味的糖实际上只是多种糖类中的几个简单品种。当它们串联在一起时，就能形成各种各样的复合糖。GAG是通过连接其他化学结构（包括硫酸基团）而形成的。"如果我们研究大脑中GAGs的化学结构，就能了解大脑的可塑性，并希望将来能利用这些信息恢复或增强记忆中的神经连接，"在会议上介绍这项研究的项目首席研究员琳达-谢-威尔逊（LindaHsieh-Wilson）博士说。她解释说："这些糖能调节许多蛋白质，它们的结构在发育过程中和疾病发生时会发生变化。"谢-威尔逊现就职于加州理工学院（Caltech）。在大脑中，最常见的GAG形式是硫酸软骨素，它存在于大脑许多细胞周围的细胞外基质中。硫酸软骨素还能形成被称为"神经元周围网"的结构，这种结构包裹着单个神经元，并稳定它们之间的突触连接。硫酸化模式及其影响改变GAG功能的一种方法是硫酸化图案，即糖链上的硫酸基团模式。谢-威尔逊的团队对这些硫酸化模式如何发生改变，以及它们可能如何调控神经可塑性和社会记忆等生物过程很感兴趣。有朝一日，研究人员也可以通过调节这些功能来治疗中枢神经系统损伤、神经退行性疾病或精神疾病。当研究小组删除了小鼠体内负责形成硫酸软骨素两种主要硫酸化模式的Chst11基因后，小鼠的神经元周围网出现了缺陷。然而，在没有硫酸化图案的情况下，神经元网络的数量实际上增加了，从而改变了神经元之间突触连接的类型。此外，这些小鼠无法辨认出它们以前接触过的小鼠，这表明这些模式会影响社会记忆。记忆和治疗的潜力有趣的是，这些网络可能比以前认为的更具活力--它们可能在儿童期和成年期都发挥着作用。当研究人员在成年小鼠的大脑中特异性地靶向Chst11时，他们发现它对神经周细胞网和社会记忆产生了同样的影响。谢-威尔逊说："这一结果表明，有可能在青春期或成年期操纵这些网络，从而有可能重新连接或加强某些突触连接。"在最近的其他实验中，研究小组希望了解GAGs及其硫酸化模式如何影响轴突再生，或神经元在损伤后的自我重建能力。研究人员目前正在努力确定能与特定硫酸化图案结合的蛋白质受体。到目前为止，他们已经发现，特定基团会导致这些受体在细胞表面聚集在一起，抑制再生。阻断这一过程可以创造出促进轴突再生的工具或治疗方法。Hsieh-Wilson说，对这一过程有更深入的了解有朝一日可以帮助修复某些神经退行性疾病或中风造成的损伤。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377789.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377789.htm

科学家归纳出驱动大脑洞察力的通用工作流程

科学家归纳出驱动大脑洞察力的通用工作流程揭开神经元功能的秘密：通用工作流程。蓝脑公司推出了一种通用工作流程，利用进化算法创建精确的神经元模型。这种方法简化了模型的创建，产生了代表整个神经元类型的典型模型，并为未来的改进铺平了道路。图片来源：©BlueBrainProject/EPFL这些电子模型在推动我们了解神经元形态如何影响兴奋性以及特定离子电流如何促进细胞功能方面发挥了关键作用。此外，它们在构建神经元回路以模拟和研究大脑活动方面也发挥了重要作用，让我们得以一窥支撑我们思想和行动的神经元的复杂舞动。创建能忠实复制实验观察结果的精确电子模型并非易事。这需要量化模型响应与实际电生理行为之间的相似性，而当离子通道电导和被动膜特性等参数无法直接测量时，这就具有挑战性。要想获得较高的相似性分数，往往需要对参数空间进行广泛的探索，这项工作既艰巨又耗时。为了应对这些挑战，研究人员向进化算法（EAs）寻求帮助。进化算法是在高维空间中进行全局参数优化的高效工具。其中，基于指标的进化算法（IBEA）在这方面大有可为。然而，该领域仍然缺乏完全开源和可复制的模型优化工作流程。在这项刊登在11月份《模式》杂志封面上的新研究中，蓝脑（BlueBrain）项目提出了一种开创性的通用工作流程，用于创建、验证和推广详细的神经元模型。这种方法建立在开源工具的基础上，所有步骤均可免费使用，为研究人员构建神经元模型提供了全面的解决方案，这些模型既可以代表单个生物细胞，也可以代表预定义的细胞类型。该工作流程的独特功能之一是能够构建所谓的典型神经元模型。BBP小组组长维尔纳-范盖特（WernerVanGeit）解释说："我们创建的不是针对单个神经元定制的模型，而是代表整个神经元类型的模型。"这种方法在研究特定神经元类型的特性和构建大型神经元回路时特别有用"。在这项研究中，作者应用工作流程创建了40个模型，代表了幼鼠体感皮层中的11种电类型（e-types），体感皮层是大脑皮层中负责处理来自身体各部位的与触觉、压力、温度和疼痛有关的感觉信息的区域。每个模型都根据一组电生理特征进行了优化，以确保与实验数据密切匹配。然后在各种形态上对这些典型模型进行测试，以评估它们的通用性。通过分析这些模型中使用的参数，科学家们深入了解了它们的生物物理特性。"灵敏度分析有助于揭示哪些参数对模型性能至关重要，哪些参数可以变化而不影响结果，"共同第一作者克里斯蒂安-罗塞特（ChristianRössert）强调说，"这种更深入的理解对完善模型的创建大有帮助。虽然这种方法很强大，但作者指出了目前的一些局限性。某些神经元类型能很好地概括各种形状，而其他类型则很难。了解为什么某些模型在特定形态下效果更好是一个正在进行的研究领域。此外，创建一个单一的典型模型意味着忽略真实神经元中的一些变异性。为了解决这个问题，神经科学家可以根据相同的输入创建多个模型，引入变异以代表真实世界的多样性。共同第一作者玛丽亚-雷瓦（MariaReva）指出："这里介绍的这套电子模型是基于对神经元主体的贴片钳记录进行的电学测量。在未来的版本中，这些模型可以丰富更多细节，如突触和树突整合以及额外的离子电流，这些改进将使我们更接近于了解神经元的功能。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389221.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389221.htm

大脑如何从恐惧和失败中学习

大脑如何从恐惧和失败中学习大脑是如何促进这种学习的呢？正强化和负强化是大脑评估系统中的重要机制。释放神经递质多巴胺的神经元通过增加或减少其活性来表示结果比预期的好或坏。同时，越来越多的证据表明，大脑的其他部分对"消极"和"积极"的处理方式是不同的。负面经历通常会引发显著的唤醒效应，激活新皮层的特定部分。这种激活有助于我们关注相关特征，并从体验中学习，这一概念被称为"厌恶学习的注意力"。由巴拉兹-汉格亚（BalazsHangya）领导的HUN-REN实验医学研究所的研究人员探索了哪些脑区和神经元类型参与了厌恶学习。他们发表在《自然-通讯》（NatureCommunications）上的研究揭示，在布罗卡对角带（HDB）水平肢中表达蛋白质副发光素（PV）的长程投射抑制性神经元在这一过程中发挥着至关重要的作用。副发光素表达轴突（黄色）与内隔膜中的胆碱能神经元（青色）接触。图片来源：PannaHegedüs。摘自Hegedüs等人，2024年，《自然通讯》。神经元功能和实验结果这些HDB-PV神经元以快速活动而闻名，它们向新皮层传递唤醒效应，并控制对认知功能至关重要的伽马振荡。因此，它们似乎是介导"厌恶学习注意"的最佳候选神经元。Hangya团队的研究表明，这些神经元确实会被实验小鼠的厌恶事件所招募，比如小鼠努力躲避的脸上突如其来的一缕空气，或者恐惧的捕食者的气味。厌恶事件的影响厌恶事件会激活一系列通路，导致大脑产生一系列后果。首先，它们会促进回避行为，从而降低承受负面影响的风险。其次，它们通过激活新皮质的相关部分来提高唤醒度和注意力，帮助机体应对情况。第三，它们有助于学习如何避免或减轻未来类似的情景。该研究的第一作者潘娜-赫格杜斯（PannaHegedüs）指出："从负面经验中学习是一种根深蒂固的古老生存策略。它甚至可以超越正强化的效果。"Hangya的研究小组使用了一种名为光遗传学的技术，这种技术可以使特定的细胞类型（在本例中为HDB-PV神经元）对光敏感。这些技术可以通过小型光导纤维定时向脑组织输送光线，从而精确激活或抑制神经元的活动。他们发现，激活HDB-PV神经元并不会引起小鼠的回避行为，这表明该通路并不参与主动回避（如寻找庇护所），而更有可能介导由厌恶刺激引起的注意力和/或学习方面的行为。事实上，当他们用光遗传学方法阻断神经元对面部气流的反应时，小鼠无法学习辨别预测性听觉刺激，预测可能或不可能出现的气流。该实验证明，HDB-PV神经元是学习厌恶刺激的必要条件。神经元不是孤立行动的，而是具有不同输入和输出途径的复杂回路的一部分。Hangya的研究小组与同一研究所的GaborNyiri及其同事一起绘制了HDB-PV神经元的输入和输出图。他们发现，这些细胞整合了多种厌恶信息源，包括来自下丘脑和脑干剑突核的重要通路。反过来，它们又将整合后的信息传递给所谓的边缘系统，该系统广泛负责行为和情绪反应，包括对存储和回忆偶发记忆非常重要的隔海马系统。此外，抑制性HDB-PV细胞大多以这些区域中的其他抑制性神经元为目标，因此很可能解除对兴奋性细胞的抑制，让它们更加活跃--这是一种普遍存在的大脑机制，被称为"去抑制"（disinhibition）。这项研究表明，长程抑制性HDB-PV神经元会被厌恶性刺激所招募，通过提高特定目标区域的皮层兴奋性（可能是通过解除抑制）来发挥重要的联想学习功能。因此，至少对厌恶性刺激而言，HDB-PV神经元可能是'学习注意力'概念的物理基础。"在包括焦虑症和抑郁症在内的各种精神疾病中，都可以观察到积极和消极情绪处理失调的现象。因此，了解大脑如何编码负价以及负价如何促进学习至关重要，"Heggedüs总结道。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434947.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434947.htm