2023年6月8日，beat365官方网站、beat365麥戈文腦科學研究所納家勇治課題組在《PLOS Biology》期刊發表了題為“Sequential involvements of the perirhinal cortex and hippocampus in the recall of item-location associative memory in macaques”的研究論文。該研究使用猕猴在體電生理技術，揭示了語義記憶（semantic memory）提取的兩段式機制——方位記憶信息先由鼻周皮質神經元提取并以異我中心坐标系進行表征，再由海馬神經元以第一人稱視角進行表征（圖1）。
該研究聚焦于大腦如何提取和表征空間語義記憶。語義記憶指對一般事實性知識的記憶，與特殊的地點、時間無關。因此，語義記憶一般以異我中心參照系（allocentric reference frame）方式進行存儲。這與包含特定的事件、時間、地點信息的情景記憶（episodic memory）正好相反，情景記憶一般以自我中心參照系（egocentric reference frame）或第一人稱視角（first-person perspective）進行表征。然而，我們在回憶與空間有關的語義記憶時，也會使用第一人稱視角對異我中心的空間信息進行心理表征。例如，我現在問你“海南在哪裡”，你的腦海中可能會浮現出“下邊”（圖1）。過去的研究認為，鼻周皮質負責加工物體信息，海馬旁回負責加工空間信息，海馬則負責将物體和空間聯系起來(Eichenbaum et al., 2007)。另外，标準鞏固理論認為，海馬對記憶的編碼至關重要，但卻不參與語義記憶的提取(Barry and Maguire, 2019)。那麼，什麼腦區負責提取包含物體和空間因素的語義記憶信息呢？
圖1 語義記憶的存儲和提取
該研究為猕猴設計了物體-方位關聯記憶任務（圖2a）。作者首先訓練猕猴學習8個物體在1個地圖背景圖像上的關聯方位（類比于語義記憶）。當猕猴記住了這些物體與方位的關聯關系之後，則進入測試階段，該階段要求猕猴根據物體線索（item-cue）回憶其關聯的方位信息，再根據環境線索（context-cue）提供的感知信息對所回憶的信息加以運用(Yang and Naya, 2020)。
圖2 方位記憶信息的提取
作者在猕猴執行任務的過程中，使用胞外電生理技術記錄了内側颞葉中的海馬區、鼻周皮質、海馬旁回、以及腹側視覺通路的終端TE區這4個腦區的電活動。通過分析物體線索呈現後的神經元活動規律發現，物體關聯的方位信号隻出現在内側颞葉的亞分區，而TE中未發現（圖2b）。并且方位記憶信号首先出現在鼻周皮質，随後是海馬和海馬旁回（圖2c-d）。接着，作者進一步分析了上述方位記憶信号在不同腦區的表征模式（圖3）。結果表明，海馬和海馬旁回中的方位記憶表征與猕猴所看到的外部空間有正相關關系，說明這兩個腦區以第一人稱視角或自我中心參照系進行方位記憶的表征。而鼻周皮質中的方位記憶表征則與外部空間無關。
圖3 方位記憶信息的表征
綜上，該研究推測鼻周皮質和海馬通過兩段式機制實現對空間語義記憶的回憶，即首先由鼻周皮質提取物體所關聯的方位信息，并以異我中心參照系進行表征；該信息傳遞到海馬後，由海馬将其與第一人稱視角聯系起來，構建出新的表征，向海馬旁回等下遊腦區提供自我中心表征的方位信息。因此，鼻周皮質和海馬在提取物體-方位關聯記憶的過程中分工合作，以便在多種空間環境下運用記憶(Suzuki and Naya, 2014; Yang et al., 2023)。該研究為空間記憶的提取機制提供了新視角。
原文鍊接： https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002145
beat365官方网站楊岑博士為該論文第一作者，beat365官方网站、麥戈文腦科學研究所納家勇治研究員為本文通訊作者。該研究獲得國家科學和技術創新2030重大項目、國家自然科學基金委項目資助。
參考文獻：
Yang, C., Naya, Y. (2023). Sequential involvements of the perirhinal cortex and hippocampus in the recall of item-location associative memory in macaques. PLoS biology 21(6), e3002145.
Barry, D.N., and Maguire, E.A. (2019). Remote Memory and the Hippocampus: A Constructive Critique. Trends in cognitive sciences 23, 128-142.
Eichenbaum, H., Yonelinas, A.P., and Ranganath, C. (2007). The medial temporal lobe and recognition memory. Annu Rev Neurosci 30, 123-152.
Suzuki, W.A., and Naya, Y. (2014). The perirhinal cortex. Annu Rev Neurosci 37, 39-53.
Yang, C., Chen, H., and Naya, Y. (2023). Allocentric information represented by self-referenced spatial coding in the primate medial temporal lobe. Hippocampus.
Yang, C., and Naya, Y. (2020). Hippocampal cells integrate past memory and present perception for the future. PLoS biology 18, e3000876.
2023-06-13