大脑如何记住正确的地点，正确的时间

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。研究结果最近发表在PNAS而且科学这不仅增加了对记忆的基础研究，而且可能最终为对抗创伤性脑损伤或阿尔茨海默病等疾病导致的记忆丧失的新疗法提供基础。

大约十年前，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时发挥着独特的作用，使大脑能够在情景记忆中正确标记事件发生的顺序。

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征的活动模式，布莱德利·莱加医学博士解释说，他是UTSW的神经外科副教授，也是该研究的资深作者PNAS研究。莱加说，通过以可重复的顺序放电，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振荡，这个过程被称为进动。

莱加通过一项对时间相关信息有强烈要求的记忆任务，调查了人类是否也有时间细胞。莱加和他的同事们从德克萨斯大学西南分校的小彼得·奥唐奈脑研究所的癫痫监测部门招募了志愿者，癫痫患者在那里呆上几天，然后进行手术，切除他们大脑中导致癫痫发作的受损部分。Lega说，植入这些患者大脑的电极可以帮助外科医生精确地识别癫痫发作的病灶，同时也提供了有关大脑内部运作的有价值的信息。

在记录27名志愿者大脑海马体的电活动的同时，研究人员让他们进行“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秒内尽可能多地回忆列表中的单词。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Lega和他的团队能够查找时间单元。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体，而且这些细胞的放电预测了个体在时间上连接单词的能力(一种称为时间聚类的现象)。最后，正如预测的那样，这些细胞似乎在人类中表现出相位进动。

莱加说:“多年来，科学家们一直提出，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。”“这一发现特别以一种优雅的方式支持了这一观点。”

在第二项研究中科学布莱德·法伊弗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——动物和人类体内记录事件发生位置的海马细胞群。Pfeiffer解释说，研究人员早就知道，当动物沿着它们以前走过的路径行走时，编码路径上不同位置的神经元将按顺序激活，就像时间细胞按时间事件的顺序激活一样。此外，当大鼠积极探索一个环境时，位置细胞被进一步组织成“迷你序列”，代表在大鼠之前对位置的虚拟扫描。这种类似雷达的扫描大约每秒发生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的方式重新激活，这似乎是在反向回放大鼠之前的经历。虽然这些“反向回放”事件对记忆的形成很重要，但还不清楚海马体是如何产生这样的序列的。确实，大量的研究表明，体验应该强化正向、“向前看”序列，但削弱反向回放事件。

为了确定这些向后和向前的记忆是如何一起工作的，Pfeiffer和他的同事们在老鼠的海马区放置了电极，然后让它们探索两个不同的地方:一个正方形的竞技场和一个长而直的跑道。为了鼓励它们在这些空间中移动，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，并在那里编码信息。这些神经元在大鼠返回它们的路径时以相同的顺序放电，在它们完成不同的旅程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:当老鼠在这些空间中移动时，它们的神经元不仅显示出前进的、预测的迷你序列，还显示出后退的、回顾的迷你序列。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。理论上，他说，有可能劫持这个系统来帮助大脑更忠实地回忆一个事件发生的地方。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。“在过去的几十年里，关于记忆的新发现有了爆炸式的增长，”他补充道。“从动物的基本发现到它们如何帮助人类，现在距离越来越近。”

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