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记忆游戏可以帮助我们了解脑损伤

脑外伤后,为什么有些人会很快恢复自己的技能,而另一些人却面临长期的挫折?波士顿大学的神经科学家杰里·陈(Jerry Chen)和他的同事们一直在试图通过理解大脑的哪些部分用于处理感官信息并记住不同的技能来回答这个问题。

“从生物医学的角度来看,问题是大脑的某些部分是否(仅负责)某些类型的功能,”文理学院的生物学助理教授,BU系统神经科学中心的教员Chen说道。他的实验室的最新研究发表在Neuron上,最终可以帮助我们确定哪些功能在颅脑外伤后尤其难以恢复-可能是因为这些技能仅在大脑的一个区域代表-并且更具有弹性。

陈的团队创造了小鼠记忆游戏,以考察两个大脑区域的功能处理信息有关触摸的感觉,他们所谓的S1和S2的大脑先前活动-区的记忆。Chen想查看S1和S2是否都处理相同的信息(分布式处理),或者每个区域是否具有专门的独立角色(本地化处理)。

向小鼠展示了一个记忆游戏,该游戏通过移动设备轻轻刺激了胡须。对于老鼠来说,游戏的目的是识别晶须的运动模式以获取奖励。首先,每只鼠标都感觉到该设备将其晶须向前或向后移动。然后,在暂停两秒钟后,设备再次移动了其晶须。如果他们的胡须向相反方向移动在这两个回合中,例如,如果设备先将晶须向前移动,暂停,然后再将其向后移动,则小鼠会得知他们可以舔一根吸管来解渴。另一方面,如果在两轮中该设备将胡须朝同一方向移动,则老鼠应该避免舔。如果鼠标弄错了,他们会先喘一口气,然后超时,然后才能继续比赛。

同时,研究人员在整个游戏过程中观察了老鼠的大脑活动,并观察了S1和S2区域如何影响老鼠的技能。他们使用了一种称为光遗传学的技术,这是一种基因工程方法,它使他们能够利用光选择性激活小鼠大脑S1或S2区域的脑细胞群。

研究人员发现,老鼠大脑的S1和S2区域执行许多相同的处理,经常相互之间来回发送信息。但是他们还观察到,当老鼠玩记忆游戏时,这两个脑区域发挥了一些特殊的作用。S1似乎更多地参与了即时感官信息的处理,从而了解了老鼠的胡须如何实时运动。相比之下,S2似乎特别参与了帮助小鼠回忆过去的事件,而小鼠则依靠这个大脑区域来记住游戏第一轮中发生的事情。

Chen说,研究结果表明S1和S2的接线方式不同,因为S2中的脑细胞比S1中的脑细胞相互连接更牢固。Chen推测这些更紧密的联系与S2在回顾过去中的作用有关。当脑细胞之间的联系更加紧密时,提示可能会更容易引发细胞链并触发记忆,这是神经活动的“多米诺效应”。在一起,S1和S2的本地化和分布式处理角色都有助于小鼠能够正确玩游戏并获得含糖点心。

尽管人类没有胡须,但研究小组的实验观察结果可能代表了人类双手处理的同一种感觉信息。

Chen说:“我们用手指处理触觉信息的灵敏度和灵敏性与鼠标的胡须一样高。”“因此,如果我们要研究如何处理手和手指中的触觉信息,我们可能希望看到的分布力与[用鼠标]一样多,因为这就是我们进化为使用其中之一的能力。我们的主要感官。”

在这些发现可以帮助遭受外伤性脑损伤后长期失去运动技能或其他能力的人使用之前,Chen说,仍有许多研究要做。

他说:“要记住的一个因素是,老鼠的大脑比人的大脑小,而且其中一些区域混杂得多,因此老鼠的大脑中的处理可能更加分散。”

陈说,人脑的体积比老鼠大得多,人类可能有更多的区域进行局部加工。他说,或者相反,也可能是正确的:“因为(我们)大脑更大,所以有更多的联系,所以我们可能拥有与鼠标一样多的分布式电源,甚至更多。”

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