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神经科学家显示贝达节律控制工作记忆

麻省理工学院的神经科学家发现了大脑用来控制它正在思维的能力依赖于被称为贝达节律的低频脑电波的证据。

在一个需要信息把持在工作记忆中一段时间的记忆任务中，麻省理工学院团队发现大脑使用贝达波在不同的信息片断之间进行有意识的切换。这个发现支持了研究人员的贝达节律为一个决定什么时候把持在工作记忆中的信息要么读出来要么清除掉的门关这样我们能考虑其他的事情的假设。

麻省理工学院的皮考尔学习与记忆研究所的博士后和该研究的主要作者迈克尔·伦德奇韦斯特说，"贝达节奏作用像一个制动一样，控制着何时表达把持在工作记忆中的信息并允许它影响行为"。

皮考尔研究所和大脑与认知科学系的神经科学教授皮考尔是这项研究的高级作者, 这份报告发表在1月26日的《自然通讯》杂志上。

在节奏中工作

大脑中有几百万个神经元, 每个神经元产生它自己的电信号。这些组合的信号产生称为脑电波的振荡，其频率不同。在2016年的一项研究中，米勒和伦德奇韦斯特发现了伽玛节律与编码和检索感官信息有关。

他们还发现：当伽玛节奏上升时，贝达节律就会下降，反之亦然。在他们实验室的以前工作已经显示了贝达节奏与"从上向下"的信息相关，例如当前目标是什么、怎么取得它和这个任务的规则是什么。

米勒说，所有这些证据导致了他们推论出贝达节律为一种决定哪些信息片断允许从工作记忆中读出的控制机制，工作记忆是允许控制就有意识的思想的大脑功能。

他说，"工作记忆是意识的画板，它在我们的控制之下。我们选择来考虑的，你选择什么时候清除工作记忆，选择什么时候忘记事情。你能把事情牢记在心并等待做出一个直到你有更多的信息的决定"。

为了测试这一假说，研究人员从训练的来进行工作记忆任务的动物大脑前额皮质记录了活动，大脑前额皮质是工作记忆的所在地。例如，动物第一次看到一对对象B跟在A后。然后，给它们显示了一个不同的对并不得不确定是否它匹配第一对。A后跟的B将是一个匹配，而不是B后跟的A或A后跟C。在整个序列后，如果它们确定了这两个序列匹配了给动物释放一个酒吧。

研究人员发现了大脑活动的变化取决于两对是否匹配。作为一个动物预期的第二个序列的开始，它把持对象A的记忆，由伽玛波代表。如果下一个对象看到确实是A，然后上升到贝达波, 研究人员认为这从工作记忆中清除对象A。伽玛波又上升，但这一次大脑转向把持关于对象B的信息, 因为现在这是相关的来确定序列是否匹配的信息。

但是，如果第一个对象显示的不是一个A的匹配，贝达波失掉，完全清除工作记忆，因为这个动物已经知道这个序列为一个整体不匹配的。

米勒说，"贝达和伽玛之间的相互作用完全的与你期望一个意志控制机制的来行为的一样，贝塔正在像一个访问到工作记忆的门关信号一样。它清除工作记忆，并能行为从一个想法或项目切换到另一个"。

一种新的模型

以前的工作记忆模型提出信息被稳定的神经元放电把持在思维中。这项新的研究结合他们早期的工作支持研究人员的新的工作记忆被短暂的场景尖锋放电支持的假说，这是由贝达节律控制的。

普林斯顿大学心理学助理教授蒂姆布斯奇曼说，"当我们把东西放在工作记忆中时 (例如, 记住一些东西)，我们有它们是稳定的感觉，就像我们打开一个灯泡来代表一些想法一样。很长一段时间以来，神经学家已经想到了这一定意味着大脑代表这些想法的方式是通过恒定的活动的。这项研究表明事实并非如此——而是，我们的记忆正在存在中出入闪烁的。此外，每一个记忆闪烁，它正冲浪在大脑中活动的一个波顶上"，他没有参与这个研究。

来自米勒实验室的最近另外两篇论文为贝达作为认知控制机制提供了额外的证据。

在最近出现在《神经元》杂志上的一项研究中，他们发现了在一个不同的涉及将点模式分配成类的任务中贝达和伽马节律之间的相互作用的类似模式。在两种模式易于区分的情况下，携带视觉信息的伽玛节律在识别过程中占主导地位，如果区别任务更加困难，携带关于过去有类别体验信息的贝达节奏占主导地位。

在最近发表在美国国家科学院学报上的一篇论文中, 米勒的实验室发现了贝达波是由前额皮质的深层的层产生的, 而伽玛节律是由表面层产生的, 它们处理感官信息。他们也发现了贝达波控制着这两种节律的相互作用。

米勒说，"当你发现这种解剖上的隔开和它处在你期望它在的基础设施中时, 这给我们的假设增添了很多分量"。

研究人员现在正在研究是否这些类型的节律控制其他的大脑功能, 比如注意力。他们还希望研究是否贝达和伽玛节律的相互作用解释为什么很难一次同时记住几片信息。

米勒说，"最后, 我们想看看这些节奏怎样解释工作记忆的有限能力, 为什么我们只能同时记住几个想法以及当你超过容量时会发生什么，你一定有一个来补偿你的工作记忆超负荷并作出决定哪些事情是比其他的更重要的的事实的机制"。