基于皮层神经元尖达时精度的长期工作记忆动力学机制

在过去一个世纪中，大多数传感器运动脑区神经元的研究依赖于平均放电频率。速编码对于发生在几秒内的快速传感器运动处理而言是高效的。关于长期工作记忆（时间尺度为数小时）的神经机制了解得很少。认知状态可能不具有感官或运动相关性。例如，你可以坐在安静的房间里制定计划而不动，也可以在走路时制定计划。在这种视角下，我提出了可能的第二个神经活动层次，与已建立的传感器运动层次共存。第二个层次的显著生理特征是协调尖达时活动。支持这一假设的数据涉及三个难以理解且极具吸引力的实验观察，没有明显的线索表明它们实际上可能代表单个功能组织的不同方面。首先，考虑单个神经元尖达的精度。对皮层神经元毫秒级尖达精度的发现是意外的（Mainen和Sejnowski, 1995）。更惊人的是，原位中尖达的精度是如何应对快速波动的感官输入而产生的。其次，高时间分辨率还可以通过控制原位和后位神经元尖达在毫秒尺度上的相对时序来调控尖达时依赖性可塑性（STDP）。第三，我们观察到跨越多个频段的波纹在皮层中传播。令人惊叹的是，这些波纹的时序极其精确。例如，由注意力触发的伽马波，可能会触发持续数小时的STDP，作用于皮层神经元。这种暂时的皮层网络，表面上似乎是第二个功能层次，可能支持认知处理和长期工作记忆。