基于动态谷氨酸水平与振荡活动的人类短期记忆学习：结合事件相关功能性磁共振成像（f-MRS）和脑电图（EEG）技术的代谢与电生理学研究

《Cognitive Processing》：Human short-term memory learning based on dynamic glutamate levels and oscillatory activities: concurrent metabolic and electrophysiological studies using event-related functional-MRS and EEG modalities

短时记忆的代谢与电生理机制研究首次结合fMRS-EEG技术，发现右前额叶皮层和顶枕皮层在记忆负荷增加时谷氨酸/总肌酸比值上升，gamma波增强与谷氨酸水平正相关，alpha波在顶枕区被抑制，theta波与前额叶谷氨酸水平正相关。研究揭示了神经代谢与脑电活动在STM中的动态关联。

　　

摘要

短期记忆（STM）暂时存储感觉信息，这对突触可塑性、记忆和学习至关重要，并受到谷氨酸门控的NMDA受体的调节。虽然额叶和顶枕叶皮层已被证实与STM有关，但右半球在认知负荷下的电化学动态仍缺乏研究。我们采用了一种新颖的fMRS–EEG方法，首次同时研究了STM的代谢和电生理动态。14名健康的右利手参与者（平均年龄=30.64±4.49岁；5名女性）参与了一个修改后的Sternberg任务，任务中包含两个、四个和六个字母。我们使用LCModel量化了右背外侧前额叶皮层（DLPFC）和顶枕区域的谷氨酸/总肌酸（Glu/tCr）比例。同时，我们记录了这些区域的EEG振荡活动，重点关注谷氨酸水平及其相关的电活动。在较高的记忆负荷下，DLPFC（25%，p=0.018）和顶枕叶皮层（29.6%，p=0.046）的Glu/tCr比率升高。随着谷氨酸水平的增加，伽马波活动增强（DLPFC：F(3,39) = 5.93，p=0.005；顶枕叶：F(3,39) = 9.23，p<0.001），而顶枕区域的阿尔法波功率则减弱（F(3,39) = 6.22，p=0.022）。DLPFC中的theta振荡与Glu/tCr呈正相关（r=0.317，p=0.017），而在顶枕区域则呈负相关（r=-0.576，p<0.001）。我们的研究结果揭示了STM过程中谷氨酸代谢与神经元振荡之间的显著相互作用，强调了右DLPFC和顶枕叶区域的作用，这可能为理解学习机制提供依据。然而，我们并未测量记忆巩固过程，因此无法对突触可塑性做出因果推断。