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人类如何记住和回忆事物是脑科学的难题，其中，工作记忆是人类临时保存和使用信息的系统，就像计算机的高速内存。它不仅是日常生活的必需，也是语言理解、学习和推理等高层次认知功能的基础。那么，人脑如何对工作记忆进行加工？这个过程有什么功能特点？
为破解这些难题，中国科学院自动化研究所(中科院自动化所)脑网络组研究中心蒋田仔团队与瑞士苏黎世大学医院合作，运用颅内脑电信号和多种脑电分析方法以及机器学习模型，系统分析人脑杏仁核-海马环路在工作记忆编码和维持阶段的功能分工和协同模式。
他们研究发现，人脑杏仁核-海马环路在工作记忆编码和维持阶段，呈现出明显的“各司其职”与“守望相助”功能特点，并共同揭示人脑杏仁核-海马环路功能特异性的神经表征和相互作用模式支持工作记忆编码和维持阶段的加工。这既为该环路在工作记忆中的作用提供了新的视角，也对探索工作记忆的神经机制对于理解人脑高层次认知功能的原理有重要意义。
这项脑科学研究重要成果论文近日在国际学术期刊《自然-通讯》(Nature Communications)在线发表。论文共同第一作者、中科院自动化所李瑾副研究员和曹丹助理研究员介绍说，本次研究共收集14名难治性癫痫患者在完成工作记忆任务时杏仁核和海马的颅内脑电信号，采用多种脑电分析方法和机器学习模型，从局部活动和信息交互层面系统，分析杏仁核和海马在工作记忆编码与维持阶段的神经表征模式和信息传递方向，并基于此解码工作记忆的负载。
研究发现，人脑杏仁核-海马环路在工作记忆编码和维持阶段呈现出两个明显的功能特点：其一，“各司其职”方面，杏仁核在工作记忆编码阶段表征记忆内容，而海马在材料消失后的维持阶段保持了记忆信息的表征。杏仁核在编码阶段的表征和海马在维持阶段的表征可以更好地解码出工作记忆负载。
其二，“守望相助”方面，杏仁核和海马在编码和维持阶段相互协作，相互传递信息，杏仁核在编码阶段发出的信息流以及海马在维持阶段发出的信息流可以更好地解码出工作记忆负载。
论文共同通讯作者蒋田仔研究员表示，本项研究通过系统分析人脑杏仁核-海马环路在工作记忆编码和维持阶段的神经表征与信息传递模式，揭示了杏仁核和海马的功能分工与协作模式支持工作记忆加工。这些研究结果不仅为深入理解工作记忆的神经机制提供新的依据，也为相关疾病(如表现出工作记忆缺陷的精神分裂症和阿尔兹海默症)的研究提供新的视角。此外，通过结合颅内脑电记录，多变量分析和机器学习的方法，也为未来的脑-机接口研究和神经反馈治疗提供新的研究框架。
