听觉工作记忆任务习得机理研究

以往研究表明工作记忆和任务习得均需大脑多个部位共同参与并建立广泛联系，但对于习得全新工作记忆任务的神经机制还知之甚少。因此，本研究以从未接受过工作记忆任务训练的大鼠为实验对象，通过反复试验（trial by error）的方法，动物逐渐获得听觉工作记忆任务的规则以及听觉刺激间的联系；在此过程中，运用多通道胞外记录技术同时在初级听觉皮层和前额叶皮层部位记录单个神经元以及局部场电位(LFP)活动。分析随着任务成绩提高，各个部位单个神经元、场电位活动以及两部位间功能联系的变化，试图从单细胞水平和神经网络水平探索工作记忆任务习得的神经机制。为下一步研究交叉感觉模式工作记忆的神经机制以及工作记忆的神经药理学研究奠定必要的基础。

工作记忆(Working memory)属于短时记忆，是指大脑对外界环境中感觉信息（包括视觉信息、听觉信息以及触觉信息等）进行短暂储存（一般是数秒钟），并对其进行加工用于指导我们的行动。它在人类以及动物诸如推理与计算等高级认知活动中起到非常重要的作用。以往研究表明高级联合皮层、初级感觉皮层以及皮层下结构所组成的神经网络都参与了工作记忆过程。但对于人类和动物如何获得工作记忆的神经机制还不是很清楚。因此，本研究项目试图从实验动物和人类为研究对象，在完成听觉工作记忆任务习得过程中，试图考察某些脑区或神经元的活动情况，分析工作记忆任务习得的神经机制。首先我们尝试建立啮齿类动物大鼠工作记忆任务习得行为范式，试图训练动物基于反馈信息通过自身的反复尝试，逐渐习得工作记忆任务中各刺激间的配对关系。由于没有现成的商业平台，我们自行设计了啮齿类行为训练箱和相应的行为训练软件系统。基于此系统，我们训练动物完成工作记忆任务习得行为，通过不断优化刺激参数，试图建立比较快速而稳定的行为训练系统。为进一步采用神经电生理学技术考察和分析工作记忆任务习得的神经机制奠定基础。其次，为了给动物实验的电极植入部位提供一定的指导作用和探讨人类工作记忆人类习得的神经机制，我们采用事件相关技术（event-related potentials, ERP）,以正常大学生为研究对象，在其完成听觉工作记忆任务习得行为过程中，分析其脑电活动。我们发现随着听觉工作记忆任务成绩的提高，在延迟阶段顶叶皮层部位电极处记录到的正成分幅度逐渐变小。而在反馈信息阶段，只有在额叶皮层部位电极上记录到FRN幅度逐渐减小。这些结果提示我们额顶网络在工作记忆任务习得过程中起到非常重要的作用，但两者的作用有着明显的不同，表现在额叶皮层可能参与了基于反馈信息的执行功能，而顶叶皮层可能主要参与的是感觉信息的维持和编码过程。另外，我们采用磁共振技术发现额叶-顶叶-丘脑所组成的神经网络参与了不同通道工作记忆启动的过程。所有这些研究结果都表明工作记忆任务习得可能涉及到额叶皮层以及顶叶皮层所组成的神经网络有关，为进一步揭示其确切的神经机制奠定了基础。在人才培养方面，该项目共培养了5名研究生和8名本科生，锻炼了他们从事科学研究能力，为我国科学研究培养了科学后备人才。