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2025年3月14日， 題為《獼猴額葉神經振蕩控制序列工作記憶的幾何表征》的研究論文于《Current Biology》期刊在線發表。中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）王立平研究組通過在清醒獼猴上進行高通量電生理記錄，發現了局部場電位的θ振蕩（Theta,4-8 Hz）能夠靈活調控序列工作任務內感覺與記憶信息的群體編碼，以促進感官刺激向工作記憶的轉化。

人類日常生活中大量的行為模式都以對序列的記憶為基礎。例如為了學會廣播體操，騎自行車，彈吉他等由多個復雜動作組成的行為時，我們需要準確的記得組成它們的每一個具體動作以及這些動作的先后順序。這就需要我們的大腦不僅能編碼這些動作本身，還要準確地將這些動作信息和正確的次序關聯起來。

為了研究大腦如何把多個事件綁定到對應的次序上，研究人員訓練獼猴完成了視覺空間序列的記憶任務。獼猴需要觀察屏幕上依次出現的圓點，并記住這些圓點的位置和順序，隨后按照正確的順序依次匯報。在獼猴完成任務的同時，研究人員利用高通量電生理技術同時記錄了獼猴額葉中神經元的放電活動和局部場電位活動。利用群體神經元的分析，研究人員首先說明了圓點的位置信息在綁定對應順序前后的神經表征。在綁定對應次序前，不同順序上的位置信息首先都由同一個次序無關的（即更類似感覺刺激本身表征的）子空間編碼；隨后綁定了對應次序的位置信息會分別轉移到不同的次序相關的子空間中，并保存在記憶中。

圖1：在獼猴執行視覺空間位置序列排序任務時（每個試次內含2個空間位置，組成一個需要被維持并根據圖片提示正向/逆向匯報的序列），神經元群體與局部場電位在刺激呈現后形成與次序無關/相關的子空間；作為控制信號的θ（Theta,4-8 Hz）振蕩并不形成與次序相關的子空間。

那么，從次序無關的子空間到次序相關的子空間這一信息編碼的轉換究竟是受到什么信號控制呢？研究人員分析了從2Hz到120Hz各頻段局部場電位振蕩和任務的相關性，結果發現，只有θ（4-8Hz）振蕩和任務信息最為相關，并且傾向于出現在圓點呈現后上述子空間發生轉換的時間附近。利用θ振蕩的相位和神經元放電時刻的相關性分析，研究人員發現，當第一個圓點呈現后，θ振蕩特異性地調制了和第一個圓點記憶子空間相關的神經元；當第二個圓點呈現后，θ振蕩則特異性地調制了和第二個圓點記憶子空間相關的神經元。當給獼猴呈現的序列長度增加到3個圓點時，θ振蕩的這種調制規律仍然成立。并且當獼猴記憶發生錯誤時，這種調制關系也隨之消失。

圖2：各個視覺刺激所對應的神經元集體活動在θ振蕩控制——于電生理數據中體現為神經元活動的θ相位一致性，或稱峰電位-場電位同步性（spike-field coherence,SFC）——下從次序無關的子空間分別進入對應的次序相關子空間。

本項研究由此得出結論：獼猴額葉θ振蕩通過選擇性地調制特定神經元，控制事件信息和對應次序的綁定，從而產生有次序的序列記憶。此類“振蕩調制”的機制不僅加深了對序列工作記憶的理解，也為研究其他認知功能中神經振蕩和神經元表征如何相互作用提供了新的視角。

中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心副研究員方文和助理研究員姜曦為該研究的共同第一作者，博士生陳靜文和副研究員張聰為該研究做出了重要貢獻，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心王立平研究員為該論文的通訊作者。該工作獲得國家自然科學基金委、科技部、中國科學院和上海市的經費資助。