3月25日，上海科技大学生命科学与技术学院管吉松课题组在国际学术期刊《自然·通讯》（Nature communications）在线发表论文，揭示了海马结构体和大脑皮层在学习过程中的相互作用机制。研究人员发现，皮层不同功能区间的长距离伽马频段同步信号是受到海马调控的记忆索引信号，正是这个信号偶联不同脑区的记忆印迹细胞活动并介导皮层中记忆的存储与提取过程。该研究为海马结构体在记忆中的索引功能提供了明确的生物学证据。
海马结构体与大脑皮层是哺乳动物中负责情景记忆的核心脑区。科学史上著名的失忆者H.M.（Henry Gustav Molaison）正是因为治疗癫痫而切除了双侧海马，进而导致了记忆的顺行性遗忘，即不能形成新的记忆。
但是关于海马结构体的具体功能一直存在着不同的假说：一种认为海马是短期记忆向长期记忆转化过程中的中转站，存储了记忆的相关信息；另一种假说认为海马无法保存如此多的信息，只是作为皮层中信息的索引存储脑区，在长期记忆形成之前辅助并调控记忆的存取过程。
“我们的这项研究成果不仅仅是对海马和皮层在认知功能认识上的新突破，而且将对相关疾病和脑机接口研究具有重要的指导意义。”本文第一作者罗文翰介绍，本研究提出新的认知机制，海马通过内嗅皮层诱导广泛皮层伽马同步来支持记忆写入和提取。
从临床意义上来说，阿尔兹海默症萎缩脑区首先就是从海马-内嗅皮层开始的，并且展现出空间感知和记忆能力的下降。因此该研究也可能指导新型电刺激疗法的开发。今后刺激疗法可以关注人类的内嗅皮层及附近区域，尝试伽马频段的深部脑刺激，有望为阿尔兹海默症病人的治疗带来曙光。
同时，本研究也证明了独特的伽马波段脑电同步和认知高度相关，多脑区的伽马频段同步数据不仅包含多脑区相关性信息，也大大丰富了脑机接口（BMI, Brain Machine Interface）的输入数据，因此也会有利于人类脑电信号的解读和相关脑机接口的新设计。
图1：海马和内嗅皮层介导的多皮层脑区同步（制图：郭修贤）
图2：海马体与大脑皮层。 左侧为人类示意图，右侧为啮齿类动物示意图。
本研究还发现记忆细胞的活动与脑电波同步具有高度的相关性，暗示脑电波同步可同时激活多脑区的记忆细胞从而帮助大脑唤起整个记忆网络。有意思的是，研究发现这些记忆细胞编码小鼠自我为中心的空间信息，例如某个神经元群总是在某个物体位于小鼠身体的左侧时发放。人为诱导皮层同步即可帮助海马破坏的小鼠形成新记忆。这也为阿尔兹海默症的治疗提供了可能性。
图3：海马-外侧内嗅皮层通过伽马同步帮助皮层记忆形成与提取。记忆编码的每个皮质区域的部分上下文信息通过伽玛同步进行整合，从而形成完整的记忆表征。
上海科技大学生命科学与技术学院管吉松教授为本文的通讯作者，上科大博士后罗文翰、韵迪为本文的共同第一作者。
论文标题：Acquiring new memories in neocortex of hippocampal-lesioned mice