大脑“传递”也是记忆的关键

长期以来，大脑中央一个经常被忽视的蛋状结构被认为只是一个“接力”，但事实证明，它在调节思维回路方面发挥着关键作用。由美国国立卫生研究院(NIH)资助的一项对小鼠的三项研究揭示，丘脑维持着区分类别和在脑海中保持思想的能力。

通过控制丘脑神经元的活动，科学家们能够控制动物记忆如何找到奖励的能力。研究人员说，在未来，丘脑甚至可能成为干预的目标，以减少精神分裂症等精神疾病的认知缺陷。

“如果大脑就像一个管弦乐队，我们的研究结果表明，丘脑可能是它的指挥家，”纽约大学(NYU)朗格尼医学中心的医学博士迈克尔·哈拉萨(Michael Halassa)解释说，他是NIH国家精神卫生研究所(NIMH)的大脑奖受奖人，也是国家神经疾病和中风研究所(NINDS)的受奖人。“它通过增强功能连接来帮助合奏团同步演奏。”

由Halassa, Joshua Gordon，医学博士，博士(前哥伦比亚大学，纽约市，现NIMH主任)领导的三个独立研究小组，与哥伦比亚大学的Christoph Kellendonk博士合作，与弗吉尼亚州阿什本霍华德休斯医学研究所Janelia研究校园的Karel Svoboda博士合作，与NIMH校内研究项目的Charles Gerfen博士合作，于2017年5月3日在期刊上在线报告了丘脑的新发现作用自然而且自然神经科学．

视丘体为中继体的流行概念是基于它与处理感官输入的大脑部分的连接。但研究人员说，丘脑与大脑的其他部分有许多联系尚待探索。

所有三个小组都研究了一个连接中/上(背中)丘脑和前额叶皮层(PFC)的电路，前额叶皮层是大脑的思考和决策中心。脑成像研究发现，经常工作的精神分裂症患者的脑回路连通性下降内存问题。

哈拉萨博士和同事们发现，丘脑和PFC中的神经元似乎在相互交流。他们监控神经活动在老鼠执行一项任务时，需要它们记住分类信息，这样它们就能根据提示采取行动，提示两扇门中哪一扇藏有牛奶奖励。

光遗传学抑制丘脑中的神经元活动阻碍了小鼠选择正确门的能力，而光遗传学刺激丘脑神经活动提高了动物在工作记忆任务中的表现。这证实了该结构先前已知的作用，将其扩展到Halassa和同事使用的专门任务中，并首次证明了在工作记忆中维护信息的特定作用。

丘脑帮助维持什么样的信息?研究人员发现PFC中的神经元组在记忆中保存了选择正确门所需的特定类别的信息。他们确定，丘脑(至少在这种情况下)并没有传递这些特定的类别信息，而是广泛地提供了对维持PFC中类别记忆至关重要的放大，它通过增强这些PFC神经元的同步活动或功能连接来实现这一点。

“我们的研究可能揭示了大脑如何表示类别的关键电路元素，”Halassa博士说。

戈登博士和同事们在测试同样的电路如何控制老鼠在迷宫中找到牛奶的能力时，也看到了类似的结果。在短暂的延迟之前，动物们必须记住它们是向左转还是向右转来获得奖励，然后做相反的事情。同样使用光遗传学，这项研究梳理了PFC神经元亚群的不同作用，以及与大脑记忆中枢海马体的相互作用。

丘脑对PFC的输入通过在延迟期间稳定PFC的活动来维持工作记忆的维持。从PFC返回到丘脑的“自上而下”信号支持记忆检索和采取行动。与之前的发现一致，来自海马体的输入需要在PFC神经元中编码奖励的位置——类似于Halassa实验中的正确门。

“引人注目的是，我们在pfc中发现了两种不同的神经元种群。一种编码空间定位，需要海马输入;另一个在记忆维持期间是活跃的，需要丘脑的输入，”戈登博士指出。“我们的发现应该具有翻译相关性，特别是对精神分裂症。进一步研究这个电路是如何出错并导致工作记忆缺陷的，这为改进诊断和更有针对性的治疗方法提供了希望。”

在Janelia团队和Gerfen博士的研究中，他们同样表明，丘脑通过双向互动与皮层合作，在维持短期记忆方面发挥着至关重要的作用。为了获得奖励，老鼠需要在几秒钟后记住该移动到哪里。在这种情况下，丘脑被发现在计划这些运动时与运动皮层的一部分进行对话。神经元电监测显示，这两个结构都有活动，表明它们共同维持着皮层中保存的信息，这些信息预测了动物随后将向哪个方向移动。光遗传学探测显示，对话是双向的，皮质活动依赖于丘脑，反之亦然。

Gerfen博士解释说:“我们的研究结果表明，仅靠皮层回路无法维持为运动做准备所需的神经活动。”“它还需要大脑多个区域的相互参与，包括大脑丘脑作为电路中的关键枢纽。”