重复连接大脑：熟能生巧的秘密

研究人员使用新的成像技术发现，重复练习可以稳定和巩固老鼠的工作记忆回路，显著提高任务掌握能力和自动性。

根据洛克菲勒大学和加州大学洛杉矶分校研究人员的一项新研究，“熟能生巧”并不仅仅是陈词滥调。相反，它是掌握一项任务的秘诀，因为一遍又一遍地重复一项活动会巩固你大脑中的神经通路。

正如他们在《自然》杂志上所描述的那样，科学家们使用了洛克菲勒的Alipasha Vaziri开发的尖端技术，在小鼠学习和重复给定任务的两周内，同时观察了73000个皮质神经元。这项研究揭示了在工作记忆回路中，记忆表征从不稳定转变为稳定，从而深入了解了为什么在重复练习后，表现会变得更加准确和自动。

“在这项工作中，我们展示了工作记忆 —— 大脑保存和处理信息的能力 —— 是如何通过练习得到改善的，”洛克菲勒神经学和生物物理学实验室的负责人瓦齐里说。“我们希望这些见解不仅能促进我们对学习和记忆的理解，还能对解决与记忆相关的疾病产生影响。”

想象的挑战

工作记忆对多种认知功能至关重要，然而记忆形成、保持和回忆的机制 —— 它使我们能够完成以前做过的任务而不需要重新学习 —— 在长时间尺度上仍然不清楚。

在目前的研究中，研究人员想要观察工作记忆表征随时间的稳定性，以及这些表征在熟练地根据提示执行任务的能力中发挥了什么作用。为了做到这一点，他们试图在一段相对较长的时间内反复记录老鼠的神经元数量，而这些老鼠在一项给定的任务中学习并成为专家。

但他们面临着一个令人生畏的挑战：技术上的限制阻碍了对大脑中大量神经元的活动进行实时、长时间和任何皮层组织深度成像的能力。

加州大学洛杉矶分校的研究人员求助于Vaziri，他开发了大脑成像技术，是唯一能够以高分辨率和高速度实时捕获大部分小鼠皮层的工具之一。

Vaziri建议他们使用光珠显微镜（LBM），这是他开发的一种高速体积成像技术，可以在细胞分辨率下记录多达100万个神经元的活动，这是可以同时记录神经元数量的100倍。

神经转换

在目前的研究中，研究人员使用LBM同时对小鼠皮层不同深度的73000个神经元的细胞活动进行了成像，并在两周内追踪了这些神经元的活动，因为动物识别、回忆和重复了一系列气味。

他们发现，当老鼠掌握了正确的序列后，工作记忆回路发生了变化。最初，神经回路是不稳定的，但随着老鼠反复练习任务，神经回路开始稳定和固化。

“这就是我们所说的‘结晶’，”瓦齐里说。“这些发现基本上说明，重复训练不仅能提高技能熟练程度，还能导致大脑记忆回路的深刻变化，使表现更准确、更自动。”

“如果一个人想象大脑中的每个神经元发出不同的声音，那么大脑在执行任务时产生的旋律每天都在变化，但随着动物不断练习这项任务，它会变得越来越精致和相似，”通讯作者、加州大学洛杉矶分校健康神经学家佩曼·戈尔沙尼补充道。

至关重要的是，这些发现的某些方面是由LBM的大规模和深层组织成像能力独特实现的。最初，研究人员使用了标准的双光子成像技术，对皮层上层较小的神经元群进行成像，但他们未能找到记忆稳定的证据。但是，一旦他们使用LBM来记录来自皮层深层区域的7万个神经元，他们就能够观察到工作记忆表征的结晶，这伴随着小鼠对任务的掌握程度的提高。

Vaziri说：“在未来，我们可能会解决参与调解这一机制的不同神经细胞类型的作用，特别是不同类型的中间神经元与兴奋性细胞的相互作用。我们也有兴趣了解学习是如何实现的，以及如何转移到一个新的环境中 —— 也就是说，大脑如何从一个学习过的任务中归纳出一些新的未知问题。”

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