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工作记忆（WM）在认知功能中至关重要，前额叶皮层（PFC）对其意义重大，但 PFC 在空间和非空间 WM 中的具体作用及不同细胞类型的角色不明。研究人员分析猴 PFC 单细胞记录，发现不同细胞类别功能各异。这推进了对 PFC 功能异质性的理解。
在大脑的神秘世界里，工作记忆（Working Memory，WM）就像一个临时的信息存储和处理中心，它对我们的决策、注意力控制、学习等高级认知功能起着关键作用。前额叶皮层（Prefrontal Cortex，PFC）则被认为是这个中心的重要 “指挥官”，在工作记忆任务中扮演着重要角色。然而，目前科学家们对于 PFC 在空间和非空间工作记忆中的精确作用，以及不同细胞类型在维持工作记忆的神经回路中扮演何种角色，还知之甚少。这些未知就像一团迷雾，笼罩着神经科学领域，阻碍着我们对大脑认知机制的深入理解。
为了驱散这团迷雾，来自伊朗科技大学（Iran University of Science and Technology，IUST）等机构的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为我们揭示了许多关于 PFC 细胞功能的重要信息。
研究人员采用了多种关键技术方法来开展这项研究。首先，他们对三只恒河猴进行了实验，在这些猴子学习工作记忆任务前后，记录它们前额叶皮层的单细胞活动。通过这种方式，获取了大量珍贵的神经活动数据。其次，利用聚类分析（Clustering Analysis）技术，根据细胞外动作电位（Action Potential，AP）波形特征，将神经元分为不同的细胞类别。这种技术帮助研究人员识别出不同功能的细胞群体。
研究结果如下：
- 细胞类型的区分：通过对 AP 波形的三个特征（谷峰持续时间、第一峰谷比和峰比）进行无监督高斯混合模型（Gaussian Mixture Model，GMM）聚类分析，并结合贝叶斯信息准则（Bayesian Information Criterion，BIC）确定最佳聚类数，研究人员成功识别出四种细胞类别，分别为窄峰 1（NS1）、窄峰 2（NS2）、宽峰 1（BS1）和宽峰 2（BS2）。这些细胞类别在波形特征上差异明显，并且通过混淆矩阵验证，聚类的平均准确率高达 95.45%，表明它们之间的区分度很高。
- 细胞类别的生理特征：不同细胞类别具有独特的生理特征。在预训练阶段，窄峰细胞对视觉刺激或延迟期的反应神经元比例相对较高，并且随着峰谷持续时间缩短，反应神经元比例升高。计算固定期的四项放电指标（平均放电率 FR、Fano 因子 FF、峰间间隔分布的变异系数 CV 和局部变异 LV）发现，NS1 类基线活动和放电变异性最大，NS2 类活动水平中等，宽峰类（BS1 和 BS2）基线活动低但局部变异高。在视觉刺激诱发反应方面，不同细胞类别也存在显著差异，NS1 对视觉刺激的瞬态反应最强，BS1 和 BS2 相对较弱。
- 训练后细胞类别的变化：训练和执行工作记忆任务后，不同细胞类别发生了不同变化。在基线活动方面，NS1 类基线 FR 无变化，NS2 和 BS1 类显著升高，BS2 类则显著降低；在视觉反应动力学上，NS1、NS2 和 BS1 类对视觉刺激的反应神经元比例增加，BS2 类无变化，且不同细胞类别在空间和特征任务中的刺激诱发反应变化各异；在记忆动力学方面，四个细胞类别在延迟期激活神经元比例均增加，但幅度不同，并且不同细胞类别在延迟期的放电特性变化也因任务而异。
- 细胞类别与行为表现的关系：分析不同行为表现条件下的神经活动发现，在空间 WM 任务中，NS2 和 BS1 神经元在高选择准确率条件下放电率显著升高；在特征 WM 任务中，只有 BS1 神经元在高选择准确率条件下放电率显著增加。这表明不同细胞类别根据行为表现进行不同的神经调制。
研究结论和讨论部分指出，通过聚类分析识别出的四种细胞类别可能对应不同的生理细胞类型。窄峰神经元可能与抑制性中间神经元相关，宽峰神经元可能与兴奋性锥体细胞相关。不同细胞类别在训练和执行任务后的变化，体现了它们在处理和执行工作记忆任务中的不同功能作用。例如，BS1 神经元在空间和特征 WM 任务中活动增加，可能在维持和检索信息中起关键作用；BS2 神经元在延迟期放电变异性降低，可能优化神经编码效率。此外，窄峰神经元在空间和特征任务中的不同调制，表明它们在处理空间信息方面有特定作用。这项研究不仅推进了我们对 PFC 功能异质性的理解，也为进一步研究神经元亚型在认知过程中的专门贡献提供了重要基础，为解开大脑认知功能的奥秘迈出了重要一步。
