研究推进了对视觉识别记忆的理解

因为弄清楚我们所看到的新事物和熟悉的东西是确定我们注意力优先级的至关重要的能力，神经科学家花了几十年的时间试图弄清楚我们的大脑通常如何如此擅长它。一路走来，他们提出了一些看似完全矛盾的关键观察结果，但一项新的研究表明，神秘化措施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）理解铺平了道路。

VRM是快速识别场景中熟悉事物的能力，然后可以取消优先级，以便我们可以专注于在特定时刻可能更重要的新事物。想象一下，有一天晚上，你走进你的家庭办公室，回复一封紧急的、迟到的电子邮件。在那里，你可以看到所有常见的家具和设备 – 以及一个窃贼。VRM有助于确保您专注于窃贼，而不是书架或台灯。

“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大脑中实施的，”Picower教授Mark Bear和《神经科学杂志》上一项新研究的作者写道。

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事物时更不活跃;该研究的两位作者后来成为贝尔在麻省理工学院的同事，皮考尔教授厄尔·K·米勒（Earl K. Miller）和多丽丝（Doris）和唐·伯基（Don Berkey）教授鲍勃·德西蒙（Bob Desimone）。但在2003年，贝尔的实验室碰巧观察到了相反的情况：当一个熟悉的刺激在动物面前闪现时，小鼠实际上会在皮层的主要视觉区域表现出神经活动的急剧跳跃。这种活动峰值被称为“视觉诱发电位”（VEP），贝尔的实验室已经表明，VEPS的增加是VRM的可靠指标。

由前Bear Lab研究生Dustin Hayden博士’22和博士后Peter Finnie领导的新研究的结果解释了即使在对熟悉刺激的神经反应总体下降的情况下，VEPS如何增加（如Miller和Desimone所见），Bear说。他们还解释了更多关于VRM背后的机制 – VEP的瞬时增加可能是招募抑制的兴奋，从而抑制整体活动。

新理解

Bear的实验室通过向小鼠展示黑白条纹光栅来唤起VEP，其中条纹会定期切换其阴影，从而使图案看起来相反。在小鼠观察这种刺激模式的几天内，VEP增加，这是小鼠熟悉该模式并且对模式不那么感兴趣的可靠相关性。20年来，贝尔的实验室一直在研究VRM中涉及的突触如何变化，研究一种他们称之为“刺激选择性反应可塑性”（SRP）的现象。

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，特别是可能需要其NMDA受体的分子激活。该实验室已经发现，敲除视觉皮层中的受体可以防止VEP的增加，从而阻止SRP的增加，但2019年的随访发现，仅在第4层敲除它们没有效果。因此，在这项新研究中，他们决定逐层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的许多标志，包括VEP，发生在皮层的所有层中，但它似乎依赖于第6层而不是第4层兴奋性神经元群的NMDA受体。作者说，这是一个有趣的发现，因为这些神经元与丘脑（一个传递感觉信息的更深的大脑区域）和第4层的抑制神经元有很好的连接，他们在那里首次测量了VEP。他们还测量了每一层脑电波的变化，这证实了先前的发现，即当刺激模式是新的时，流行的脑电波振荡处于更高的“伽马”频率，这取决于一种抑制神经元，但随着它变得更加熟悉，振荡转向较低的“β”频率，这取决于不同的抑制群体。

漫长的平静中的短峰值

该团队对不同层神经电活动的严格和精确的电生理学记录也揭示了VEP与Miller和Desimone等实验室测量之间的矛盾的潜在解决方案。

“这篇论文揭示的是，每个人都是对的，”贝尔打趣道。

怎么会这样？新数据显示，VEPS是非常明显但短暂的神经电活动峰值，发生在更广泛的整体活动平静中。以前的研究只反映了总体下降，因为它们没有时间分辨率来检测短暂的峰值。与此同时，贝尔的团队多年来一直关注VEP，但不一定关注周围的平静。

新的证据表明，正在发生的事情是，VEP是大脑活动迅速识别熟悉刺激的标志，然后触发与之相关的活动抑制。

“我认为令人兴奋的是，它突然揭示了这种机制，因为并不是说熟悉的编码是由兴奋性突触的抑制来解释的，”贝尔说。“相反，它似乎是通过兴奋性突触对神经元的增强来解释的，然后神经元在皮层中招募抑制。

即使它推进了对VRM如何产生的理解，该研究仍然留下了悬而未决的问题，包括所涉及的确切电路。例如，第6层电路神经元的确切贡献尚不清楚，Bear说。就这样，探索还在继续。

除了Hayden，Finnie和Bear之外，该论文的其他作者还有Aurore Thomazeau，Alyssa Li和Samuel Cooke。

美国国立卫生研究院国家眼科研究所，美国能源部，皮考尔研究所和JPB基金会资助了这项研究。