大脑如何记住正确的时间和地点

由德克萨斯大学西南分校的研究人员领导的两项研究揭示了大脑如何将时间和地点编码到记忆中。该研究结果最近发表在PNAS而且科学这项研究不仅增加了有关记忆的基础研究，而且最终可能为对抗创伤性脑损伤或阿尔茨海默病等疾病引起的记忆丧失的新疗法提供基础。

大约十年前，人们在老鼠身上发现了一组被称为“时间细胞”的神经元。这些细胞似乎在记录事件发生的时间方面发挥着独特的作用，使大脑能够正确地标记情景记忆中发生的事情的顺序。

这些细胞位于大脑的海马体中，当动物编码和回忆事件时，这些细胞显示出一种特有的活动模式，UTSW神经外科副教授Bradley Lega博士解释道PNAS研究。莱加说，通过以可重复的顺序发射，它们可以让大脑在事件发生时进行组织。它们发射的时间由5赫兹的脑电波控制，称为θ波振荡，这个过程被称为进动。

Lega通过一项对时间相关信息有强烈要求的记忆任务来调查人类是否也有时间细胞。Lega和他的同事从德州大学西南分校的Peter O’donnell Jr.脑研究所的癫痫监测单元招募了志愿者，癫痫患者在手术前要呆几天，以移除大脑中引发癫痫的受损部分。Lega说，植入这些患者大脑的电极可以帮助他们的外科医生精确地识别癫痫发作的病灶，并提供有关大脑内部工作的有价值的信息。

在记录27名志愿者大脑海马体的电活动时，研究人员让他们做“自由回忆”任务，包括在30秒内阅读12个单词的列表，做一个简短的数学题来分散他们对列表的练习，然后在接下来的30秒内回忆列表中尽可能多的单词。这项任务需要将每个单词与一段时间(它所在的列表)联系起来，这使得Lega和他的团队可以寻找时间单元。研究小组的发现令人兴奋:他们不仅发现了一个强大的时间细胞群，而且这些细胞的放电预测了个体在时间上将单词联系在一起的能力(这种现象称为时间聚类)。最后，这些细胞似乎在人类中表现出相进动，正如预测的那样。

莱加说:“多年来，科学家们一直认为时间细胞就像胶水一样，把我们生活中发生的事件的记忆粘合在一起。”“这一发现以一种优雅的方式特别支持了这一观点。”

在第二个研究中科学布莱德·菲佛博士是神经科学助理教授，他领导了一个研究小组，研究位置细胞——动物和人体内记录事件发生位置的海马细胞群。研究人员早就知道，当动物沿着它们曾经走过的路径行进时，编码路径上不同位置的神经元会按顺序放电，就像时间细胞按时间事件的顺序放电一样，Pfeiffer解释道。此外，当大鼠积极探索环境时，位置细胞被进一步组织成“迷你序列”，代表大鼠前面的虚拟位置扫描。这种雷达般的扫描每秒大约发生8-10次，被认为是大脑预测即将发生的事件或结果的一种机制。

在这项研究之前，人们已经知道，当大鼠停止奔跑时，位置细胞通常会以长序列重新激活，这似乎是大鼠先前的经历的反向回放。虽然这些“反向回放”事件对记忆形成很重要，但尚不清楚海马体如何能够产生这样的序列。事实上，大量的研究表明，经验应该加强向前的“向前看”序列，但削弱反向回放事件。

为了确定这些向后记忆和向前记忆是如何一起工作的，Pfeiffer和他的同事们在老鼠的海马体中放置了电极，然后让它们探索两个不同的地方:一个是方形的竞技场，另一个是又长又直的跑道。为了鼓励他们在这些空间中走动，他们在不同的地方放置了装有巧克力牛奶的井。然后，他们分析了动物的位置细胞活动，看看它是如何与它们的位置相对应的。

当老鼠在这些空间中漫游时，特定的神经元被激活，在某个地方编码信息。这些神经元在大鼠返程时以相同的顺序放电，在大鼠完成旅程的不同阶段时周期性地反向放电。然而，仔细观察数据后，研究人员发现了一些新的东西:当大鼠在这些空间中移动时，它们的神经元不仅表现出向前预测的小序列，而且还表现出向后回顾的小序列。向前和向后的序列相互交替，每个序列只需要几十毫秒就能完成。

Pfeiffer说:“当这些动物向前移动时，它们的大脑不断地在期待接下来会发生什么和回忆刚刚发生的事情之间切换，所有这些都发生在不到一秒钟的时间范围内。”

Pfeiffer和他的团队目前正在研究这些细胞从大脑的其他部分接收到什么输入，导致它们以这些正向或反向的模式行动。从理论上讲，他说，有可能劫持这个系统来帮助大脑更逼真地回忆事件发生的地点。同样，Lega补充说，刺激技术最终可能能够模拟精确的时间模式细胞帮助人们更准确地记住事件的时间序列。他补充说:“在过去的几十年里，关于记忆的新发现出现了爆炸式的增长。”“从动物身上的基本发现到它们如何帮助人类之间的距离现在正变得越来越短。”

---

---