老鼠看电影时的神秘大脑活动可以帮助治疗阿尔茨海默氏症，改善人工智能

即使是传奇电影制作人奥逊·威尔斯也无法想象这样的情节转折。

给他看威尔斯的电影《天劫老鼠美国加州大学洛杉矶分校的Chinmay Purandare博士和Mayank Mehta教授发现了关于神经元如何形成记忆的惊人而重要的新见解。这一发现指出了诊断阿尔茨海默氏症和其他学习和记忆障碍的新方法，同时也提高了人工智能。

研究人员向老鼠播放了1958年经典黑色电影《触碰邪恶》的一小段片段，同时科学家们监测它们的活动大脑的活动．这是一个相当普通的黑白无声电影片段，显示人类在走动。教科书知识和传统智慧都认为，老鼠不应该对这样的电影表现出兴趣，它们大脑中被称为海马体的部分的神经元也不应该表现出兴趣，而海马体对学习和记忆至关重要。

当科学家们观察老鼠大脑的这一部分时，他们发现它只起着“大脑的GPS系统”的作用(正如2014年诺贝尔生理学或医学奖所描述的那样)，这与一般的学习无关，例如对话。这是记忆诊断和抽象机制或人工智能研究的主要障碍。

然而，研究人员有了一个惊人的发现:在看这部电影时，海马体中出现了令人惊讶但高度系统性的活动爆发。科学家甚至可以利用这些来自一小部分海马神经元的神秘爆发来重建特定的电影片段。

情节变得更加复杂。甚至是大脑其他部分的神经元(神经元)初级视觉皮层或丘脑)，通常被认为是编码简单的特征，如垂直线或水平线，对电影的特定场景的反应要比教科书上的刺激强烈得多。事实上，他们研究的大脑的每个部分，从简单的视觉到GPS电路，都在特定的电影场景下强烈地亮起。

梅塔说，这一发现代表了科学家如何研究老鼠回忆特定经历或事件的能力的“重大范式转变”，即所谓的情景记忆。梅塔说，这可以帮助科学家解决阿尔茨海默氏症等记忆疾病研究中缺失的部分。

梅塔说:“尽管有几十种药物已经治愈了小鼠的阿尔茨海默氏症，但没有一种药物对人类有效。”“其中一个原因是情景学习和记忆的标准测试是在老鼠身上进行空间导航。然而，阿尔茨海默病患者在非空间记忆方面也有严重缺陷。比如他们目睹的一次对话或事件，这些都与GPS导航无关。”

作者说，只使用空间记忆测试来对小鼠进行阿尔茨海默病和其他记忆药物的治疗，并不能解决这些治疗是否提高了小鼠记忆大多数事件或经历的能力，这些事件或经历构成了情景记忆。

“为老鼠创造这样的事件，让它们非常接近人类熟悉的事件，这是一个重大挑战。因此，我们转向了电影，”该研究的主要作者Purandare博士说。“根据所有教科书的说法，人类电影不应该在老鼠的海马体中产生任何可解释的模式。”

然而，在发表于自然在2021年和2022年，这些加州大学洛杉矶分校的研究人员发现，当小鼠探索虚拟现实时，小鼠海马体中的神经元对简单的视觉刺激有反应，这导致了强大的神经可塑性。因此，他们从理论上认为，通过给老鼠看电影并监测它们海马体的活动，可以测试它们的情景记忆。

在这项新研究中，啮齿动物海马体中近一半的神经元编码了电影中特定的小片段，这表明它们对屏幕上的事件有显著的反应。梅赫塔说，这段无声的黑白视频的平凡让调查结果更加引人注目。事实上，如果老鼠愿意，它们也可以自由地忽略电影。

“如果海马体被这个平凡的电影片段点亮，没有任何东西内存那么我们可以有把握地得出结论，这不是由于期待奖励或兴奋等其他因素，”梅塔说。“尽管缺乏这些情感成分，但我们还是被大量的反应震惊了。”

梅赫塔说，初步数据表明，通过添加对老鼠来说有趣的元素来丰富场景，比如其他动物的图像、声音等，可以产生更强烈的海马体反应，产生情绪反应和生动的情景记忆。

“另一个主要的惊喜是，视觉区域并不在乎电影是按顺序播放的，还是打乱了顺序。但是海马体神经元的反应非常不同——它们对打乱的电影完全没有反应，”梅塔说。“这表明海马神经元正在从传入的视觉信息中提取情节信息，而这些信息与情节无关。”

梅赫塔说，这些发现对改进人工智能也至关重要。“海马体位于深度神经网络的顶端，眼睛位于前端，其次是丘脑，主要的视觉皮层，最后到达海马体。”但是，鉴于普遍认为老鼠的海马体是“GPS系统”，实验可以研究视觉皮层或海马体，但不能同时研究两者。

“我们的发现开启了同时研究所有这些大脑区域的可能性，并确定大脑是如何从一系列落在视网膜上的图像中产生一个事件的，”普朗达雷博士说。“利用人类电影对小鼠海马体进行选择性和偶发性的激活，为直接测试人类提供了可能性情景记忆使用小鼠神经元进行疾病和治疗，这是向前迈出的一大步。”

这项研究发表在杂志上eLife．