-回憶一個電話號碼，或剛剛記住的路線，你的大腦將在許多區域之間積極溝通。人們認為，工作記憶（working memory）依賴于這些區域之間的互動，但這些大腦區域如何互動并正確表達記憶一直是個謎。
在一項新的研究中，美國貝勒醫學院神經科學助理教授Nuo Li博士和他的同事們調查了參與工作記憶的大腦區域之間的溝通性質，并發現有證據表明模塊化網絡組織（modular network organization）對于持久的神經活動至關重要。相關研究結果發表在2021年7月8日的Cell期刊上，論文標題為“Modularity and robustness of frontal cortical networks”。
大腦區域如何溝通
Li和他的同事們能夠觀察到，大腦的每個半球對一段記憶都有各自的表征。然而，這些半球在每時每刻都是緊密協調的，導致在工作記憶期間它們之間的信息高度一致。
在這項研究中，這些作者讓小鼠參與一種簡單的要求它們儲存特定信息的行為。它們接受的訓練是針對指令的行動延遲幾秒鐘。這種時間延遲使得他們有機會觀察記憶過程中的大腦活動。
Li說，“我們觀察到許多神經元同時從大腦皮層的兩個半球以一種協調的方式放電。如果一個區域的活動上升，另一個區域也會緊隨其后。我們假設大腦半球之間的相互作用是負責這些記憶的。”
Li和他的同事們記錄了每個半球的活動，表明在記憶過程中每個半球都對信息進行了自己的復制。那么，這兩個半球是如何進行交流的呢？
圖片來自Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.05.026。
Li解釋說，通過使用光遺傳學，他們能夠破壞單個半球的信息，這在記憶期間影響成千上萬個神經元。他們的發現是出乎意料的。
Li說，“當我們破壞一個半球時，另一個區域關閉了通信，基本上防止了這種破壞的擴散和影響其他區域的活動。這類似于現代網絡，如電網。它們被連接起來，允許電力流動，但也會監測故障，在必要時關閉連接，以便整個電網不會癱瘓。”
在與斯坦福大學Shaul Druckmann博士和博士生Byungwoo Kang的合作下，Li和他的同事們對這一過程進行了理論分析和網絡模擬，表明大腦中的這種模塊化組織對于持續的神經活動的穩健性至關重要。這種穩健性可能是大腦能夠承受某些傷害的原因，保護認知功能不受干擾。
Li說，“了解大腦的冗余模塊化組織對于設計與大腦自然處理信息相適應的神經調節和修復策略將非常重要。”