長期以來，人們一直以為大腦中一個(gè)"雞蛋"形的結(jié)構(gòu)僅僅是一個(gè)信號(hào)的中繼器，但最近的幾項(xiàng)研究則揭示了它在調(diào)控思維回路中的作用。多項(xiàng)小鼠水平的研究結(jié)果表明，丘腦的作用在于維持個(gè)體對(duì)事物分類的能力以及形成思維的能力。

通過人為地操縱丘腦神經(jīng)元活性，科學(xué)家們能夠控制動(dòng)物尋找獎(jiǎng)賞的記憶力。未來，丘腦或許可以作為治療認(rèn)知障礙以及精神分裂癥等精神疾病的重要靶點(diǎn)。

"如果大腦的工作模式像樂隊(duì)的話，我們的結(jié)果則表明丘腦就是其中的指揮"，來自紐約大學(xué)的Michael Halassa博士說道："它能夠協(xié)調(diào)所有成員有序地連接與合作，進(jìn)而奏出完美的樂曲"。

最近，由三個(gè)不同的研究團(tuán)隊(duì)（Halassa博士，來自哥倫比亞大學(xué)的Joshua Gordon博士與Christoph Kellendonk博士以及來自HHMI的Karel Svoboda博士與Charles Gerfen）分別將他們對(duì)丘腦的作用的研究成果發(fā)表，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《Nature》、《Nature》以及《Nature Neuroscience》雜志上。

此前人們認(rèn)為丘腦主要起著中繼器的作用，這是因?yàn)樗c大腦負(fù)責(zé)信息傳遞的部分相連接，但丘腦同時(shí)還與其它大腦結(jié)構(gòu)具有聯(lián)系，其中的功能仍沒有被揭示。

三個(gè)研究組對(duì)分析了中/上丘腦以及前葉皮層區(qū)域（PFC，負(fù)責(zé)思考與作出決定）連接的部分進(jìn)行了研究。大腦掃描結(jié)果表明患有精神分裂癥以及工作記憶形成障礙的患者大腦的這一區(qū)域連接程度明顯較低。

Halassa等人發(fā)現(xiàn)丘腦與PFC之間的神經(jīng)元能夠相互交流。他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)讓小鼠完成指定的任務(wù)（維持對(duì)類別的記憶）：找到背后藏有牛奶的門的試驗(yàn)，并且在這一過程中通過光遺傳學(xué)的手段抑制了丘腦相關(guān)神經(jīng)元的活性。結(jié)果顯示，神經(jīng)元活性的抑制能夠阻斷小鼠選擇正確門的能力，而刺激該神經(jīng)元的活性則能夠提高動(dòng)物的表現(xiàn)。這一結(jié)果證明了該區(qū)域的神經(jīng)元對(duì)于工作記憶維持的作用。

那么究竟丘腦能夠幫助維持哪些類型的信息呢？研究者們發(fā)現(xiàn)PFC中的部分神經(jīng)元能夠控制小鼠形成對(duì)類別的記憶，而丘腦并不是負(fù)責(zé)傳遞這一信號(hào)，而是能夠擴(kuò)增這一信號(hào)的強(qiáng)度。"我們的研究發(fā)現(xiàn)了大腦維持對(duì)類別的記憶的關(guān)鍵回路"，Halassa博士說道。

Gordon博士等人通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)讓小鼠在迷宮中尋找牛奶，發(fā)現(xiàn)了相同的結(jié)果。在這一試驗(yàn)中，小鼠需要準(zhǔn)確地記憶自己來時(shí)的路，并原路返回找到牛奶。同樣利用光遺傳學(xué)手段，研究者們發(fā)下PFC中的一部分神經(jīng)元能夠與海馬區(qū)發(fā)生交流，從而維持記憶。

丘腦向PFC傳遞的信號(hào)能夠維持工作記憶，而PFC向丘腦發(fā)出的信號(hào)則能夠進(jìn)一步增強(qiáng)記憶并促進(jìn)行動(dòng)的產(chǎn)生。與此前的研究相符，海馬區(qū)產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)于PFC的神經(jīng)元產(chǎn)生尋找獎(jiǎng)勵(lì)的記憶十分重要，這一結(jié)果與Halassa的結(jié)果十分吻合。

"有意思的是，我們發(fā)現(xiàn)了PCF中兩類功能完全不同的神經(jīng)元。一類負(fù)責(zé)對(duì)空間位置的記憶，這部分神經(jīng)元需要來自海馬區(qū)的信號(hào)激活，而另外一類則負(fù)責(zé)維持已有的記憶，這部分神經(jīng)元需要來自丘腦的信號(hào)激活" Gordon博士說道："我們的發(fā)現(xiàn)具有一定的臨床意義，尤其對(duì)于精神分裂癥來說十分重要。在未來的研究中，我們應(yīng)當(dāng)搞清楚在患者的腦部該神經(jīng)回路是如何發(fā)生了紊亂，以及我們應(yīng)該如何治療來緩解患者的癥狀"。

在Janelia 博士與Gerfen博士的研究中，他們同樣發(fā)現(xiàn)了丘腦通過與大腦皮層進(jìn)行雙向的交流，從而維持短期記憶的重要性。小鼠需要經(jīng)過幾秒的延遲來記住移動(dòng)的方向，以及找到獎(jiǎng)勵(lì)。在這種情形下，丘腦通過與皮層負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)的區(qū)域交流發(fā)揮功能。神經(jīng)電信號(hào)檢測(cè)結(jié)果表明這兩個(gè)區(qū)域都存在活動(dòng)現(xiàn)象，表明上述兩個(gè)結(jié)構(gòu)的共同作用導(dǎo)致小鼠能夠順利的移動(dòng)。光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)則表明這種神經(jīng)元的交流是雙向的。

"我們的結(jié)果表明大腦皮層的回路本身不能夠維持神經(jīng)元的活性，以達(dá)到運(yùn)動(dòng)的目的"，Gerfen博士說道："它還需要包括丘腦在內(nèi)的結(jié)構(gòu)共同作用以達(dá)到這一目的"。

原始出處：   Schmitt LI, Wimmer RD, Nakajima M, Happ M, Mofakham S, Halassa MM.Thalamic amplification of cortical connectivity sustains attentional control.Nature, May 3, 2017. DOI: 10.1038/nature22073.  

Bolkan SS , Stujenske JM, Parnaudeau S, Spellman TJ, Rauffenbart C, Abbas AI, Harris AZ, Gordon JA, Kellendonk C, Thalamic projections sustain prefrontal activity during working memory maintenance. Nature Neuroscience, May 3, 3017. DOI: 10.1038/nn.4568  

Guo ZV, Inagaki HK, Daie K, Druckmann S, Gerfen CR, Svoboda K. Maintenance of persistent activity in a frontal thalamocortical loop. Nature, May 3, 2017. DOI: 10.1038/nature22324

原標(biāo)題：多篇文章揭示大腦“中繼器”是調(diào)控思維產(chǎn)生的關(guān)鍵！