大脑是如何编码时间和地点的

当你记住一段特定的经历时，这段记忆有三个关键因素——什么，什么时候，在哪里。麻省理工学院的神经科学家现在已经发现了一种处理记忆“时间”和“地点”成分的大脑回路。

这个连接海马体和内嗅皮层区域的回路，将位置和时间分离成两条信息流。研究人员还在内嗅皮层中发现了两种传递这一信息的神经元，被称为“海洋细胞”和“岛屿细胞”。

以前的记忆模型表明，海马体是一种对记忆形成至关重要的大脑结构，它将时间和背景信息分开。然而，新的研究表明，这些信息甚至在到达海马体之前就被分割了。

“这表明海马体上游的功能存在着两分法，”麻省理工学院大脑和认知科学研究生陈孙说，他是这篇论文的主要作者之一，该论文发表在9月23日的《美国医学杂志》上神经元．“有一条通路将时间信息输入海马体，另一条通路将上下文表征输入海马体。”

该论文的另一位主要作者是麻省理工学院博士后北村隆。资深作者是皮考尔生物学和神经科学教授，麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所RIKEN-MIT神经回路遗传学中心主任苏苏木·根川。其他作者包括皮考尔研究所技术助理Jared Martin、斯坦福大学研究生Lacey Kitch和斯坦福大学生物学和应用物理学副教授Mark Schnitzer。

时间和地点

内嗅皮层位于海马体的外侧，它将其他皮层区域的感觉信息传递到海马体，在那里形成记忆。Tonegawa和他的同事在几年前发现了岛屿和海洋细胞，并从那时起一直致力于发现它们的功能。

2014年，利根川的实验室报告说，大脑需要岛细胞形成连接快速连续发生的两个事件的记忆，岛细胞形成被海洋细胞包围的小簇。在新的《神经元》研究中，研究小组发现，海洋细胞是创建事件发生地点的表征所必需的。

“海洋细胞对于上下文表示很重要，”孙说。“当你在图书馆，当你在过马路，当你在地铁上，你有不同的记忆与这些背景有关。”

为了发现这些功能，研究人员用荧光分子标记了这两个细胞群，当它与钙结合时，荧光分子就会发光——这表明神经元正在放电。这使他们能够确定哪些细胞在需要小鼠区分两个不同环境的任务中是活跃的，或者在时间上联系两个事件。

研究人员还使用了一种称为光遗传学的技术，该技术允许他们利用光来控制神经元的活动，以研究当岛屿细胞或海洋细胞沉默时，小鼠的行为是如何变化的。

当他们阻止海洋细胞的活动时，动物在受到足部电击后，不再能够将某种环境与恐惧联系起来。与此同时，通过操纵岛屿细胞，研究人员可以延长或缩短小鼠记忆中相关事件之间的时间间隔。

信息流动

此前，Tonegawa的实验室发现，岛细胞的放电速率取决于动物移动的速度，这使得研究人员相信岛细胞可以帮助动物在太空中导航。与此同时，海洋细胞帮助动物在特定时间识别自己的位置。

研究人员还发现，这两种信息流从内嗅皮层流向海马体的不同部位:海洋细胞将它们的上下文信息发送到CA3和齿状回区域，而岛细胞则投射到CA1细胞。

根川的实验室目前正在进一步研究内嗅皮层和大脑的其他部分是如何代表时间和地点的。研究人员还在研究时间和地点信息如何在大脑中进一步处理，从而形成对事件的完整记忆。

北村说:“要形成情景记忆，每个组成部分必须重新组合在一起。”“这是下一个问题。”