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创新的大脑研究记录神经元以了解认知

时间：2021-08-28 11:52:07 来源：

您能在图片中找到大象吗？一把红色和白色的雨伞怎么样？如果您寻找这些项目，那么您就使用了大脑补充运动之前的区域。WVU的Shuo Wang进行的一项新研究表明，前SMA通过发信号通知目标检测和自搜索开始起经过的时间，有助于目标导向的行为。

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无论我们是在混乱的房间中寻找Waldo还是钥匙，在执行与目标有关的视觉任务时，我们都会利用大脑额叶的一部分。我们中有些人做得很好，而对另一些人来说却有些挑战。

西弗吉尼亚大学的一位研究人员着手调查为什么在搜索过程中大脑的这一部分被称为补充运动区。

为了找到答案，化学和生物医学工程助理教授王硕抓住了难得的机会，用癫痫病患者的植入电极记录单个神经元。他发现神经元发出信号，表明是否找到了视觉搜索的目标，如果找不到，则表明患者已经搜索了多长时间。

这表明前SMA通过发信号通知目标检测和自搜索开始以来经过的时间而有助于目标定向行为，而与任务无关。

王说，这可能是科学家们首次在人类SMA前识别出代表搜索目标的神经元。

WVU化学与生物医学工程助理教授王硕（Shuong Shuo）记录了在癫痫患者体内植入电极的单个神经元，以供发表在领先的神经病学杂志“脑”中进行研究。

他说，这些发现有助于更好地理解诸如帕金森氏病和精神分裂症等疾病的认知方面，这些疾病与SMA前期功能障碍有关。同样，SMA前活动亢进在自闭症患者中也很常见。

Wang的研究是与神经外科副教授Ueli Rutishauser和神经外科教授Adam Mamelak（来自Cedars-Sinai医学中心）以及加州理工学院生物学教授Ralph Adolphs共同完成的，神经病学杂志《大脑》。

洛克菲勒神经科学研究所（Rockefeller Neuroscience Institute）的王先生说：“大脑大约有1000亿个神经元。”“只有少数几个实验室可以研究人体内单个神经元的活动。多年来，海马和杏仁核是大脑重要的记忆区域，在海马和杏仁核中也进行了类似的记录。但是，SMA前的记录非常少见。我们的新论文是使用此技术报道的关于人类SMA前的仅有的几篇论文之一。”

参与该研究的癫痫患者正在洛杉矶的Cedars-Sinai医学中心进行侵袭性癫痫发作监测。Wang和他的合作者在执行记忆引导的视觉搜索任务时，同时记录了患者的眼球运动和单个神经元。他们设法在9位患者中记录了182个单神经元。

Mamelak说：“我们背负着临床程序–患者在我们的监测部门等待癫痫发作的发生。”“我们使用了经过改进的深度电极，植入该电极可监测癫痫发作，以记录小腿神经元的活动并在我们的任务期间观察其活动。目前，这是研究人类单个神经元活动的一种可能性。”

在患者执行的目标导向视觉任务中，要求患者在屏幕上显示的许多其他项目中找到一个对象或面部。在执行此任务期间，研究人员发现40％的神经元表示当前固定的物品是否是搜索目标。

Wang和他的同事进一步解决了这两个问题：1.SMA前神经元本身是否发出信号指示目标检测，或者是否需要通过按按钮指示目标检测（实验的一部分要求患者使用按钮框做出反应）？2.无论指定的形式如何，SMA前神经元都会发出信号以检测靶标吗？

“我们在所有三个任务中分析了相同的神经元，发现目标反应与运动输出，搜索格式和明确定义的搜索提示无关。这表明这些信号具有抽象的认知性质。

Wang说：“我们的数据支持这样一种观点，即SMA前功能障碍可能表现为执行目标导向行为（如在杂乱的房间中搜索物品）的能力较弱。”

“希望我们的研究可以推动改善患有SMA前疾病的患者的认知功能的策略。”

该研究得到了美国国家心理健康研究所，自闭症科学基金会，RNI，达纳基金会，西蒙斯基金会和美国国家科学基金会的支持。

参考：王硕，Adam N Mamelak，Ralph Adolphs和Ueli Rutishauser的“人类辅助运动区神经元在视觉搜索中的抽象目标表示”，Brain.DOI：
10.1093 /大脑/ awz279

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