近日，《美國國家科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）在線刊發(fā)了北京大學(xué)心理與認知科學(xué)學(xué)院和麥戈文腦科學(xué)研究所納家勇治課題組的研究論文“Contributions of primate prefrontal cortex and medial temporal lobe to temporal-order memory”，報道了該課題組采用清醒猴電生理技術(shù)研究時序記憶的神經(jīng)機制所取得的重要進展。論文的第一和通訊作者是納家勇治研究員，其他作者包括課題組博士研究生陳翮和楊岑以及紐約大學(xué)Wendy Suzuki教授。
記憶是核心認知功能之一，使得人和動物能夠根據(jù)經(jīng)驗改變自己的行為模式。記憶系統(tǒng)具有多樣性，其中的陳述性記憶是我們的“日常語言記憶”，它使我們能夠去描述我們所記得的事情。陳述性記憶包含情景記憶與語義記憶。情景記憶是指對親身經(jīng)歷的事件的記憶，包括事件發(fā)生時特定的時空背景。而語義記憶則代表著一種從經(jīng)歷中得到的事實或者知識。內(nèi)側(cè)顳葉（medial temporal lobe），特別是海馬區(qū)，在這兩類記憶中起到重要的作用（圖1）。納家勇治研究組主要研究時間背景下的情景記憶。
在大腦編碼了一系列事件后，它們的時間順序?qū)τ谇榫坝洃浄浅Ｖ匾▓D2）。在以往的研究中，納家勇治博士 (Science, 2011) 通過恒河猴的行為電生理實驗，在單細胞水平上發(fā)現(xiàn)了內(nèi)側(cè)顳葉區(qū)的兩種不同的時間表征方式。其中，海馬區(qū)表征連續(xù)性的時間，而外嗅皮層（perirhinal cortex）則從海馬區(qū)獲取時間信號，再將其與特定事件進行整合，從而表征離散的時間點。從解剖結(jié)構(gòu)上來看，外嗅皮層位于內(nèi)側(cè)顳葉區(qū)的入口處，這有助于它從聯(lián)合皮質(zhì)獲取外部信息，再通過內(nèi)嗅皮層（entorhinal cortex）輸入到海馬區(qū)。
前額葉是靈長類尤為發(fā)達的腦區(qū)，它和內(nèi)側(cè)顳葉在時序記憶（時間順序記憶）中的作用頗有爭議。在本研究中，納家勇治研究組對前額葉神經(jīng)元在時序記憶任務(wù)中的活動模式進行了探究，并與內(nèi)側(cè)顳葉區(qū)神經(jīng)元進行了比較。在實驗任務(wù)中，猴需要記住兩個依次呈現(xiàn)的物體的身份和時序信息（編碼階段），并在隨后的測試中“告知”研究人員（回憶階段）這些信息。研究發(fā)現(xiàn)，在編碼階段，前額葉表征了特定的物體身份和時序的組合，并且有顯著的物體選擇性延時活動。相對地，內(nèi)側(cè)顳葉表征了受時序信號和遞增時間信號調(diào)制的物體信息。因此，雖然前額葉、內(nèi)側(cè)顳葉兩個腦區(qū)的神經(jīng)元都表征了物體的身份、時序或兩者的組合信息，但是它們的編碼策略迥異。前額葉的神經(jīng)元表現(xiàn)出對物體身份和時序更為獨立的選擇性，提示其可能以非線性算法整合任務(wù)相關(guān)的變量，從而表征更高維的信息，為解決多樣的任務(wù)提供計算優(yōu)勢。而內(nèi)側(cè)顳葉則穩(wěn)定地表征物體及其搭載的時間信息，實時編碼我們正在經(jīng)歷的場景，為后續(xù)的記憶提取做準備。
納家勇治博士于1991年和1993年分別畢業(yè)于東京大學(xué)文理學(xué)院和理學(xué)研究院，獲基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)士和分子細胞生物學(xué)碩士學(xué)位。他于1993年在東京大學(xué)Yasushi Miyashita教授的實驗室開始他的博士訓(xùn)練。1995年, 在完成博士學(xué)位課程之前獲得了東京大學(xué)助理教授職位。2003年，他被日本神經(jīng)科學(xué)協(xié)會授予青年研究員獎，同年被提升為東京大學(xué)講師。2005年，他在紐約大學(xué)開始擔任副研究員。納家勇治博士自2013年9月起，擔任北京大學(xué)心理與認知科學(xué)學(xué)院研究員、北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心研究員和北京大學(xué)麥戈文腦研究所研究員。
該研究受到國家自然科學(xué)基金委和北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心資助。
圖1. 恒河猴的記憶相關(guān)腦區(qū)
圖2. 實驗流程及神經(jīng)電生理結(jié)果
參考文獻
Yuji Naya*, He Chen, Cen Yang and Wendy A. Suzuki (2017) Contributions of primate prefrontal cortex and medial temporal lobe to temporal-order memory, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (in press).
Naya Y.* and Suzuki WA. (2011) Integrating what and when across the primate medial temporal lobe. Science 333: 773-776.
Suzuki W. A.*, and Naya Y.*, (2014) The perirhinal cortex. Annual review of neuroscience 37:39-53.
Naya Y.* (2016) Declarative association in the perirhinal cortex. Neurosci. Res 113: 12-18.
Naya Y.* (2016) Declarative association. In Neuroscience in the 21st century 2nd, DW Pfaff & N Volkow ed. (Springer Science+Business Media, New York), 2651-2677.
2017-12-13