工作记忆是有意识地在头脑中保持和操纵新信息的便捷能力，它需要付出脑力。特别是，前额叶皮层的参与神经元必须同步工作，以集中我们的思想，无论我们是记住一组行进方向还是今晚的特色菜单。麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的研究人员在一项新的研究中展示了这种专注是如何出现的。

最近发表在《科学报告》杂志上的这项研究的关键措施是神经元活动的可变性。科学家们普遍认为，较少的变异性活动意味着对任务更专注的调整。事实上，对这种变异性的测量表明，当人类和动物在实验室的工作记忆游戏中集中注意力时，变异性会减少。

在2016年至2018年的几项研究中，主要作者Mikael Lundqvist和共同第一作者Earl K. Miller通过对数百个神经元的直接测量和严格的建模表明，前额叶皮层中的伽马频率节奏的爆发协调了头脑中持有的信息的神经表示。信息表征可以在单个神经元群体的同步尖峰中进行测量。同时，β频率节奏的爆发实现了大脑对该信息的操作。

这个被米勒称为"工作记忆2.0"的理论挑战了长期以来的正统观念，即神经元通过稳定、持久的活动来维持工作记忆信息。该旧模型的支持者，从相对较少的神经元的平均测量结果中产生，使用基于计算机的大脑活动模型来论证降低的变异性不可能从间歇性的节奏活动中产生。

但新的研究表明，变异性降低的现象事实上确实出现了。

麻省理工学院脑与认知科学系的Picower教授米勒说："我们使用从前额叶皮层记录的实际神经活动来表明，当动物专注于一项任务时，有节奏的爆发减少了它们的变异性。我们认为对工作记忆很重要的所有现象，突发的脑电图棘波和伽玛波都在做它们应该做的事情。当动物在执行工作记忆任务时，这一切都变得更加集中，而这自然减少了变异性。它显示了工作记忆的这些新节奏元素是如何与你的大脑将其活动集中在手头的任务上完全兼容的。"

直接观察

在这项研究中，伦德奎斯特和研究小组在六只动物玩三种不同的工作记忆游戏时，测量了数百个神经元中的伽马突发和个别神经尖峰。他们还利用一种被称为"法诺系数"的计算方法，分析了这种活动在不同试验中的变化程度。

当动物们完成每项任务时，伽马突发和尖峰率显示出与基线期的明显差异，这与它们被任务的要求所调节是一致的。例如，在一项任务中，当每个需要记忆的项目出现时，它们会暂时达到峰值，然后在动物的记忆被测试时再次达到峰值。

虽然活动明显受到任务的调节，但试验与试验之间的变化性也是如此。在每项任务中，他们发现变异性在任务开始前是最高的--这是一个"基线"条件，在这个条件下，动物们可以思考他们想要的任何东西。但是一旦动物不得不再次专注于任务，它们的伽马突发和神经电荷就会变得与上次或下次做任务时的情况更加相似。此外，变异性的减少也与任务的关键时刻(例如，提出要记住的东西)紧密相连。

Lundqvist说："我们的发现表明，一直存在着由各种认知线索决定的群体爆发事件。当我们专注于一项特定的任务时，与其他认知线索相关的群体事件就会安静下来。因此，单体神经元的刺入变得更多地由该特定任务决定。"

变异性的减少不仅在时间上如此，在空间上也是如此。前额叶皮层中的伽马波突发和尖峰代表任务信息的区域比不代表任务信息的区域显示出更大的变异性下降。

模拟表明因果关系

虽然直接测量显示变异性的减少与专注思考的任务要求相称，但研究小组还调查了尖峰变异性的减少是否是伽马爆发变异性减少的结果。

利用他们对伽马突发及其变异性的测量，他们通过计算来模拟尖峰的变化(例如尖峰的速率)，以观察伽马突发变化的减少是否必然导致尖峰变化的减少。

"我们使用了一个简单的模型，根据当前是否有正在进行的伽马波暴发事件，我们给神经元提供了两种不同的发射率，"Lundqvist说。"然后，简单地根据记录的伽玛波暴发事件的时间，我们制作了数千条尖峰"列车"。这些人工尖峰"列车"的变异性变化与最初记录的那些非常相似，这表明在很大程度上推动了这种变异性的减少。"

科学家们说，总的来说，他们发现变异性随着工作记忆任务的要求而减少，而这是由伽马节律的爆发时间和位置引导的。

作者写道："我们发现，在工作记忆任务期间，与任务相关的突发尖峰和伽马功率的调制导致了神经活动的变异性的跨试验减少。此外，我们发现，伽马爆发变异性的减少与尖峰变异性的减少之间有直接关系。它们在时间和空间上都是共同发生的"。

关键词： 大脑 专注于 着手的事务