矛盾的理论：记忆到底是兴奋还是抑制？

　　科学家们花了几十年的时间拼凑出我们的视觉是如何如此擅长识别熟悉事物的。一项新的研究克服了数据上的明显差异，揭示了它是如何工作的新见解。

　　

最近对视觉识别记忆(VRM)的研究为大脑如何区分熟悉的和新的刺激提供了新的见解。多年来出现的相互矛盾的发现已经得到了调和，揭示了视觉诱发电位(VEP)的增加实际上与神经活动的总体减少相对应，因为大脑会迅速识别熟悉的刺激，然后抑制与之相关的进一步活动。

科学家们花了几十年的时间拼凑出我们的视觉是如何如此擅长识别熟悉事物的。一项新的研究克服了数据上的明显差异，揭示了它是如何工作的新见解。

因为弄清楚我们所看到的东西中什么是新的，什么是熟悉的，这是一种至关重要的能力，可以优先考虑我们的注意力，神经科学家花了几十年的时间试图弄清楚我们的大脑为什么通常如此擅长于此。在此过程中，他们做出了看似完全矛盾的关键观察结果，但一项新的研究表明，这些令人费解的测量方法实际上是同一枚硬币的两面，为长期寻求的“视觉识别记忆”(VRM)的理解铺平了道路。

VRM是一种快速识别场景中熟悉事物的能力，然后可以降低优先级，这样我们就可以专注于特定时刻可能更重要的新事物。想象一下，一天晚上，你走进家里的办公室，去回复一封很晚才收到的紧急邮件。在那里你可以看到所有常见的家具和设备——还有一个窃贼。VRM有助于确保你的注意力集中在窃贼身上，而不是你的书架或台灯上。

“然而，我们还没有清楚地了解这种基本的学习形式是如何在哺乳动物的大脑中实现的，”皮考尔教授Mark Bear和他的同事在《Journal of Neuroscience》上发表的一项新研究中写道。

VRM中相互矛盾的发现

早在1991年，研究人员就发现，当动物看到熟悉的东西时，大脑皮层或大脑外层的神经元会比看到新东西时更不活跃;该研究的两位作者后来成为Bear在麻省理工学院的同事，皮考尔教授厄尔·k·米勒和多丽丝和唐·伯克教授鲍勃·德西蒙。但在2003年，Bear的实验室碰巧观察到相反的情况:当一个熟悉的刺激闪现在老鼠面前时，老鼠大脑皮层初级视觉区域的神经活动实际上会急剧增加。这种活动的高峰被称为“视觉诱发电位”(VEP)，Bear的实验室已经证明，VEP的增加是VRM的可靠指标。

麻省理工学院新研究的数据显示，当向老鼠展示刺激模式(亮橙色竖线，大约80毫秒)时，神经活动(视觉诱发电位)会急剧而短暂地增加。值得注意的是，当刺激是熟悉的，活动在短暂的增加后显著减少(颜色较冷)。图片来源:熊实验室提供

这项新研究的发现，解释了在对熟悉刺激的神经反应总体下降的情况下，VEP是如何增加的(正如米勒和德西蒙所看到的)。他们还解释了更多关于VRM的潜在机制——VEP的瞬间增加可能是激发了抑制，从而抑制了整体活动。

对大脑机制的新见解

Bear的实验室通过向老鼠展示黑白条纹光栅来唤起VEP，其中条纹周期性地改变其颜色，从而使图案看起来相反。在几天的时间里，当老鼠看到这种刺激模式时，VEP增加，这是老鼠对这种模式变得熟悉和不那么感兴趣的可靠关联。20年来，Bear的实验室一直在研究一种他们称之为“刺激选择性反应可塑性”(SRP)的现象，研究与VRM有关的突触是如何变化的。

早期的研究表明，SRP发生在视觉皮层第4层的兴奋性神经元中，并且可能特别需要NMDA受体的分子激活。该实验室已经发现，敲除视觉皮层上的受体可以阻止VEP的增加，从而阻止SRP的增加，但2019年的一项后续研究发现，仅仅在第4层敲除它们没有效果。因此，在这项新的研究中，他们决定一层一层地研究整个视觉皮层的VEP、SRP和VRM，以寻找它们是如何工作的。

他们发现，VRM的许多特征，包括VEP，发生在皮层的所有层，但它似乎依赖于NMDA受体在第6层的兴奋性神经元群体，而不是第4层。作者说，这是一个有趣的发现，因为这些神经元与丘脑(传递感觉信息的大脑深层区域)和第4层的抑制神经元有很好的连接，第4层是他们第一次测量VEP的地方。他们还测量了每一层脑电波的变化，证实了之前的发现，即当刺激模式是新的时，主要的脑电波振荡处于较高的“伽马”频率，这取决于一种抑制性神经元，但随着它变得更熟悉，振荡转向较低的“贝塔”频率，这取决于不同的抑制性群体。

化解矛盾

该团队对不同层次的神经电活动进行了严格而精确的电生理学记录，也揭示了解决VEP与米勒和德西蒙等实验室测量结果之间矛盾的潜在方法。

“这篇论文揭示的是，每个人都是对的，”Bear打趣道。

新的数据显示，VEP的神经电活动非常明显，但是短暂的尖峰，发生在更广泛的、整体的平静活动中。以前的研究只反映了整体的下降，因为他们没有时间分辨率来检测短暂的峰值。与此同时，Bear的团队已经见过VEP多年，但并不一定关注周围的平静。

新的证据表明，发生的情况是，VEP是大脑快速识别熟悉的刺激，然后引发对相关活动的抑制的一种迹象。

Bear说:“我认为令人兴奋的是，它突然揭示了机制，因为熟悉的编码并不是用兴奋性突触的抑制来解释的。相反，这似乎是由于神经元上的兴奋性突触的增强，然后在皮层中招募抑制作用。”

即使对VRM如何产生的理解有了进步，这项研究仍然留下了一些悬而未决的问题，包括所涉及的确切电路。例如，Bear说，第6层回路神经元的确切作用尚不清楚。所以，探索还在继续。

参考文献:

Electrophysiological Signatures of Visual Recognition Memory across All Layers of Mouse V1” by Dustin J. Hayden, Peter S. B. Finnie, Aurore Thomazeau, Alyssa Y. Li, Samuel F. Cooke and Mark F. Bear, 31 October 2023, Journal of Neuroscience.