神经科学家提出一个模型,我们如何获得我们的意志控制在我们的心中

工作记忆是一种“精神画板”,允许您完成一些日常任务,比如打电话在你饿了家族的外卖订单,发现浴室里你只是告诉”将右边的第三门后直走下走廊,然后让你在第一个路口左拐。”It also allows your mind to go from merely responding to your environment to consciously asserting your agenda.

“工作内存允许您选择要注意什么,选择什么你在介意,并选择何时做出决定和采取行动,”厄尔·k·米勒说,Picower麻省理工的教授Picower研究所学习和记忆的脑与认知科学。“这都是关于摔跤从环境控制你自己。一旦你有工作记忆,您从一个简单的生物对生物的冲击环境,控制环境。”

多年来米勒一直好奇工作memory-particularly意志控制实际上是如何运作的。在一项新的研究美国国家科学院院刊》上由Picower研究所博士后安德烈·巴斯托斯,米勒的实验表明,底层机制取决于不同频率的大脑节律同步神经元在不同地层的前额叶皮层(PFC),大脑的面积与更高的认知功能有关。动物执行各种工作记忆任务,高频伽马节奏PFC的表层是由低频频率α/β节律在更深的皮质层。

调查结果显示不仅工作记忆的一般模型,并令其特殊的意志,而且新方法,临床医生可能调查条件,例如精神分裂症,工作记忆功能受损。

波的层

为了进行这项研究,巴斯托斯在几行工作的证据和一些相对较新的技术。去年,例如,合著者和Picower研究所博士后米凯尔Lundqvist领导的一项研究显示,γ波竖起掌权时的感觉(神经学家称它为“自下而上”)信息被加载到从工作记忆和阅读。在以往的研究中,米勒,巴斯托斯,和他们的同事们发现,α/β节律似乎携带“自上而下”的目标和计划内皮层的信息。自上而下的信息就是我们用来使意志决定思考或行动,米勒说。

当前的研究中受益从大脑新改进的多层电极传感器,一些团体已经应用于认知,而不是感官的皮层区域。巴斯托斯意识到如果他使这些测量,他和米勒可以确定α/β和表面γ可能意志控制工作记忆的交互。

在实验室巴斯托斯和他的合作者,包括研究生罗马Loonis和西蒙·科恩布利思,在六个地区的PFC多层测量动物执行三种不同的工作记忆任务。

在不同的任务,动物必须在工作记忆照片随后选择匹配的图片。在另一种类型的任务中,动物们必须记住屏幕上一个短暂的闪烁点的位置。总的来说,任务要求研究对象存储,过程,然后从工作记忆丢弃或视觉刺激的位置。

“跨领域任务和结合数据导致的额外重量的证据,“巴斯托斯说。

工作记忆机制

跨所有PFC领域和任务,数据显示同一件事:感官信息加载到工作记忆时,γ节奏在浅层次增加,深层的α/β节律进行自上而下的信息降低了。相反,当深层α/β节律增加,表面层伽马减弱。后续的统计分析表明,γ是由α和β节律控制,而不是相反。

“这表明机制的自上而下的意志控制所需信息,由α/β节律,可以打开或关闭水龙头的自下而上的感官信息,由伽马,达到工作记忆和举行,”米勒说。

对于这些见解,团队一直致力于直接测试这个多层,多频工作记忆模型动力学更加明确,导致新闻但尚未出版。

查尔斯•施罗德研究科学家和生物医学成像中心的科长和神经调节内森·s·克莱恩精神病研究所描述研究的两个贡献经验重要。

“第一,清楚地表明,关键认知操作(在本例中工作记忆)底部周期(振荡)网络活动模式在大脑中,这些必须解决单一试验分析,”施罗德说。“这提供了一个重要的概念替代工作记忆的想法必须包括连续的神经激活。其次,这些发现强烈加强动态耦合的概念——高、低频范围内执行一个明确的机械功能:低频活动占主导地位较低的层的前额叶区域的网络控制更高频率的时间模式信息表示在相同的表层的区域网络。重要的概念在这种情况下创新在于允许低频率控制操作直接作用于高频率信息表示在每一个皮层区域。”

巴斯托斯说,该模型可以用于生成临床工作记忆缺陷的假设。深层β节律的畸变,例如,可能导致减少控制工作记忆有目的的行动的能力。“在精神分裂症模型或精神分裂症患者之间的相互作用是β和γ丢了?”他问道。

这个故事是由麻省理工学院新闻(再版web.mit.edu/newsoffice/),一个受欢迎的网站,包括麻省理工学院新闻研究、创新和教学。