心理所研究發現丘腦前核深部電刺激可以提高工作記憶精度

　　工作記憶是對信息進行短暫儲存和操作的系統，支持學習、決策和語言理解等認知功能。多路復用緩沖模型認為，工作記憶內容由神經元群同步放電產生的不同gamma振蕩表征，而且這些gamma振蕩鎖定在低頻振蕩的特定相位上。與該模型假設一致，前人研究發現，當同時編碼多個物體時，海馬gamma活動隨著工作記憶負荷增加而變強。海馬gamma振蕩不僅支持工作記憶，也參與到記憶精度的加工中。然而前人研究發現，直接刺激海馬會破壞記憶功能，可以通過刺激功能網絡中的關鍵節點來調節網絡功能。丘腦前核（anterior nucleus of thalamus,ANT）位于海馬上游，與海馬有密集聯系。動物研究發現，破壞海馬和丘腦前核之間的信息流動會損害空間工作記憶的表現。是否可以通過電刺激人類ANT腦區調節工作記憶行為成績呢？

　　為探討這一問題，中國科學院心理健康重點實驗室王亮研究組和首都醫科大學宣武醫院開展了一項合作研究。該研究以8位顳葉癲癇患者為被試，被試需要完成測量工作記憶精度的經典顏色回憶任務。在一半隨機挑選的試次中，被試丘腦前核會接收持續1秒的電刺激（圖1）。行為結果表明，被試對接受電刺激試次的工作記憶精度會顯著提高（圖2）。海馬電生理分析發現，在接受電刺激的試次中，刺激出現前、編碼階段和提取階段，海馬的gamma活動都顯著增強，其中刺激出現前和提取階段的海馬gamma活動變化與行為的提升顯著相關（圖3）。這些結果為人類海馬-丘腦前核環路參與工作記憶精度加工中提供了直接證據。

圖1 行為范式圖

　　屏幕上依次出現兩個色塊，然后出現一個數字，數字1提示被試需要記住第一個顏色，數字二提示被試需要記住第二個顏色。經過短暫的延遲后，被試需要用鼠標在隨后出現的色環中點出要求記住的顏色。

圖2 行為結果

A 電刺激試次的工作記憶精度顯著提高（Recall SD越低，工作記憶精度越高）

B 每個被試工作記憶精度提高百分比

圖3 電生理結果

A 丘腦前核電極示意圖

B 刺激出現前1秒到0.2秒，有電刺激試次，海馬gamma活動顯著增強

C 刺激出現前海馬gamma的增加與行為的提高顯著相關

D 所有被試海馬電極分布圖

E 提取階段，有電刺激試次，海馬gamma活動顯著增強

F 提取階段海馬gamma的增加與行為的提高顯著相關

　　該研究得到中國國家自然科學基金委員會（31771255、81771395、32020103009）、中國科學院戰略性先導科技專項（B類）(XDB32010300)和中國科學院交叉創新團隊項目（JCTD-2018-07）等的資助。中科院心理所博士研究生劉佳麗為論文的并列第一作者（排名第一），王亮研究員為獨立通訊作者。研究成果已發表于Brain Stimulation。

　　文章信息：

　　Liu J#, Yu T#, Wu J, Pan Y, Tan Z, Liu R, Wang X, Ren L, Wang L*. Anterior thalamic stimulation improves working memory precision judgments. Brain Stimul. 2021 Jul 17;14(5):1073-1080.

　　doi: 10.1016/j.brs.2021.07.006 .