大脑通过即时回放来记住重要的旅行路线

你在一个荒岛上遭遇海难。你绝望地离开了大本营，四处寻找水源。突然，一条小溪出现了!水又清又新鲜，是你喝过的最好的水。只有一个问题:没有你是如何到达那里的痕迹，你不确定下次能不能再找到它。

现在，约翰霍普金斯大学的神经科学家们相信，他们已经发现了一些哺乳动物的大脑是如何解决这种导航问题的——在这个例子中，是老鼠。如果旅行结束后有“奖励”，就像他们研究中使用的巧克力饮料一样，大脑海马体中的特殊神经元会“重放”获得奖励的路线，但是反向的。奖励越大，老鼠的大脑就越频繁地回放它。

根据研究人员的说法，这一发现表明，奖励的存在和大小都会影响海马体形成记忆的方式和效果。海马体是脊椎动物的一种大脑结构，长期以来一直被认为对制造和存储记忆以及所谓的空间关系至关重要。

这项研究的摘要将于8月25日发表在该杂志的网络版上神经元．

“我们早就知道，清醒的动物在旅行中暂停时，大脑会回放这些事件。现在我们知道，这些回放中的信息受到奖励的影响，可能有助于巩固这些记忆，”约翰·霍普金斯大学医学院神经科学副教授大卫·福斯特博士说。

当动物——包括人类——在一个环境中奔跑或穿行时，它们的脑电波上下振荡，福斯特指出。当他们暂停时，当他们处于慢波睡眠时，他们的脑电波会平静下来，振荡更轻柔，除了每秒有一两次“尖锐的波波纹”。尖锐的波浪波纹模式——从基线深度俯冲，接着是几个小波纹，然后回到基线——只需要十分之一秒，但正是在那时，那些“重放”发生在海马神经元中地方的细胞他解释道。

老鼠大脑中的每个定位细胞都有一个最喜欢的地方:特定环境中的特定位置，它喜欢在那里发射。福斯特实验室之前的研究表明，在去任何地方之前，老鼠实际上会通过连续的定位细胞放电来“设想”它们的路线。研究人员还知道，有时，在停顿期间，老鼠会反向播放序列，但没有人知道为什么。

在这项新研究中，老鼠有一个非常简单的任务:沿着a点和F点之间的线性轨道来回跑。在每次试验中，老鼠有时会在a点或F点提供巧克力液体奖励，但它们也会满足于在没有奖励的轨道上奔跑。

当老鼠跑步时，科学家们一次监测了超过100个位置细胞的活动——这一壮举是通过数周耐心地在每只老鼠的海马体中放置40根比头发还细的微型电线来监测大约5到10个附近位置细胞的电活动而实现的。当大鼠处于轨迹的特定部分时，每个位置细胞都会发出信号:例如，B点或C到E区域。

运行在一个普通的,一只老鼠享受其奖励F将经历一个相同数量的向前和向后回放:它的位置细胞有时会代表的序列,B, C, D, E, F,有时F E、D、C、B, a。但这并非如此数量的奖励时改变点F .向前回放的数量保持不变,但是反向回放的数量增加或减少与奖励的变化一致。

福斯特说:“这两种类型的回放非常相似。“没有明显的原因表明其中一种比另一种更普遍，所以我们认为这是大脑将奖励与获得奖励的路径联系起来的方式。”福斯特说，回到荒岛上，如果同样的机制发生在人类身上，这个过程可以帮助一个人回忆起如何回到溪流中，方法是把周围环境中以前不重要的细节变得重要起来。

福斯特说，需要做更多的研究来了解这些反向回放结果的细节，以及他们的发现是否确实适用于人类。但他认为，这项研究已经表明了让大脑频繁“暂停”或从生活的“老鼠赛跑”中休息的重要性，因为只有当老鼠停下来足够长时间享受一口巧克力时，这些重放事件才会发生。