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短期记忆是一种重要的认知功能，连贯的短期记忆保证了我们能够做出相应的行为。 日前，***学术期刊《细胞》在线刊登的一篇研究论文，为我们揭示了在短期记忆的背后，大脑是如何运行的。由贝勒医学院华人科学家李诺教授领导的研究团队，与斯坦福大学Shaul Druckmann教授合作，发现大脑通过模块化组织来确保持续的神经活动。
“当我们记住特定事物时，前额皮质的神经元会有持续的电活动。多年来，这种持续性电活动被认为存在于许多脑区，而短期记忆有赖于这些区域之间的相互交流。”李诺教授介绍说，“但这些脑区如何协作并正确地执行记忆功能，却是一个谜。” 为了解开这个谜，在这项研究中，李诺教授的团队给小鼠设计了一项需要使用短期记忆的简单任务：先用胡须辨别触觉刺激的位置（前或后），再以舔吸管的动作（左边或右边）进行报告，正确的话就能获得奖励。经过训练，小鼠在做出动作之前有几秒钟的延迟，因此研究人员有机会观察短期记忆过程中的大脑活动。
与此同时，研究人员在小鼠的左右两侧前额皮质同时记录了大规模神经元群体的电活动。
▲小鼠执行短期记忆的任务时，左右两侧大脑的前额皮质出现了高度一致的持续神经活动
他们发现，在记忆过程中，大脑左右半球各有一份表征记忆信息的神经活动副本。“我们看到，左右半球的皮质中，很多神经元协调一致地同时出现电活动，一个区域活动增强，另一个区域就会紧随其后。”研究人员描述道。“我们假设，左右脑之间的这种协调是形成短期记忆的基础。” 为了进一步了解大脑左右半球如何协调一致，研究人员利用光遗传学对其中一侧进行干扰，直接抑制数千个神经元的活动，观察会出现什么后果。 这让研究人员有了意外的发现：当一侧神经活动受到扰动时，另一侧会保持持续活动，通过切断与对侧的交流，防止局部的破坏性信息进一步扩散。李诺教授解释说：“这好比现代的电网，它们连起来让电流通过，但同时也会监控故障，在必要时关闭连接，以保证整个电网不会瘫痪。”
▲独立的模块化组织，保障了在有局部扰动的情况下还能保持记忆的连贯
研究人员总结说，这些结果表明大脑通过模块化组织增加了稳健性，使得大脑能够承受一定程度的伤病，保护重要的认知功能不受破坏。这一原理无论是对于未来人工智能的研究，还是开发修复方法用以治疗大脑疾病都将带来启发。
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