海马的激活可以支持整合的长期认知地图

海马体是大脑的这一区域扮演着一个关键的角色在长期记忆的编码。除了造成的形成与事件相关的记忆,这个大脑区域支持所谓的认知地图的创建。这些都是引导人类精神世界地图导航时的环境;例如,向他们展示如何从一个地方到另一个地方。

过去的神经科学研究发现,海马位置细胞,神经元附近的空间相关的顺序代码信息在人类和动物正在探索,倾向于“重播”勘探后相同的活动序列。这个迷人的过程类似于人类的方式可能倒带和重放一首歌他们记录在一个旧的盒式磁带。

哥伦比亚大学医学中心的研究人员最近进行的一项研究调查进一步活化海马体中的模式,通过检查小鼠大脑海马位置细胞在小鼠空间奖励完成学习任务后,他们休息。他们的论文发表在自然神经科学表明,活化模式整合在海马体中起关键作用的客观的认知地图。

“有趣的是,不像exploration-related地方序列,海马的顺序激活事件发生期间,不活动,继续发生即使是在不同的环境比被重播,”安德烈斯·d·Grosmark,这项研究的首席研究员,医学Xpress告诉。bob游戏”他们也发生在更短的时间内比exploration-related序列,因此,例如,一个序列期间接受了10秒的探索可能在半秒重播。”

海马神经元的事实似乎是参与一个虚拟的精神旅行表明他们可能实际上是“排练”空间序列,受试者学习而探索周围的环境。神经科学家因此推测,激活模式有助于形成新的记忆永久,通过过程称为内存整合。

“重要的是,并不是所有的海马表示是永久性的,事实上即使在相同的环境有些神经元代码稳定空间,而其他神经元改变他们的空间选择性一天比一天“Grosmark说。“我们假设重播,单个神经元参与将成为更持久和更稳定的表示。”

为了测试他们的假设,Grosmark和他的同事们必须克服一系列的技术限制。更具体地说,到目前为止,神经科学家可以研究记忆回放(即。详细,海马的激活模式)或监视一般海马体的变化在过去的几天。调查是否的重播海马神经元参与影响他们创造了稳定的神经表示,研究人员必须研究这两个方面同时进行。因此,采用两种方法研究小鼠的长期记忆,即calcium-imaging和电生理学。

“这让我们利用电生理学的观察能力非常快时间尺度动态,包括重播,有能力遵循相关神经元的数量超过几周钙成像技术,“Grosmark说。“在我们的研究中,我们结合钙成像和电生理学跟踪空间记忆的形成和整合大量的小鼠海马神经元的两周。”

第一种方法使用的人员是钙成像,显微镜技术,允许科学家光学检测神经活动。钙成像使用viral-techniques导致神经元表达calcium-sensitive荧光团,所以他们变得活跃时短暂地改变颜色。

“使用一些非常奇特的光学和激光,这让我们追踪大量的神经元的活动在醒着,老鼠的行为,“Grosmark说。“钙成像的关键优势之一,就是因为你身体观察神经元,您可以跟踪他们在很长一段时间。”

第二个技术受雇于Grosmark和他的同事们,称为神经电生理学,需要使用非常小的电线来记录大脑内的电活动。测量这个电活动允许神经监测改变发生在大脑中特定的大脑区域或作为一个整体。

“这种技术有两个关键的优势,”Grosmark解释道。“首先,它记录电信号非常迅速,让我们观察非常快,或者非常短,在大脑活动的变化。其次,使用电生理学的几十年的经验使我们能够使用电活动解码大脑状态,如在线和离线状态。”

大脑活动可以分为两大类:线上和线下活动。在线状态发生在人类或动物正在积极与他们周围的世界,例如,当他们正在探索周围环境或完成一项任务。离线状态,另一方面,时期中,人类和动物脱离世界。

“离线状态的一个例子是睡眠;然而,离线状态,我们在研究中调查了自发发生安静休息的时间,当老鼠清醒但安静地坐着,”Grosmark说。“超越外在行为差异在线和离线状态也可以很容易区分的独特的大脑活动模式振荡期间观察到这些国家。这些不同的大脑机制被认为支持不同的功能。”

学习通常是与积极探索环境有关,它被认为发生在在线状态。另一方面,离线状态被认为是重要的期间获得勘探(即巩固记忆和知识。在在线状态)。

“虽然我们同意这个整体框架,我们的研究结果表明,而不仅仅是被动地巩固记忆,离线状态选择中发挥积极作用成为永久记忆,因此在学习,发挥互补作用相比,在线状态,“Grosmark解释道。

在过去的几十年里,越来越多的神经科学研究探索如何奖励措施加强大脑的记忆。与之前的理论相反,Grosmark和他的同事推测,支持灵活的学习行为大脑还应该包含的信息没有一个明显的奖励价值时获得的。

”例如,行走在一个新的城市时,我们可能会发现自己一再刚刚从a点到b点的很多次这条路线,我们慢慢建立一个详细的地图的所有点之间,即使我们从未停止了足够长的时间来欣赏他们,“Grosmark说。修改“反过来,当我们的时间表,我们不是要去从A到C,这“潜伏”地图我们已经悄悄地建立了很可能证明自己真正有用的。此外,学习并不是发生在真空;它发生在一个固定的周期与周围世界的接触和脱离的,对应于我们所说的在线和离线状态。”

在他们的实验中,研究人员观察到的招聘海马神经元对后学习的复活事件确实很多天后,预测其长期稳定。此外,这种整合效应只是观察空间表征的位置远离动物被奖励。这表明,离线记忆的巩固有选择地增强少行为重要的神经表征,因此容易被遗忘。

“我们非常兴奋,我们的研究导致了新的见解,这些不同和脱离国家扮演的角色在学习;合作产生的认知广泛的长期记忆中有用的寻找我们回到重要的地方和灵活地到达新的意想不到的目的地,”Grosmark说。

发现可以显著提高目前的了解动物和人类巩固心理环境的地图。在未来,他们可以为进一步研究铺平道路重新激活模式在海马体中,这可能导致新的重要发现。

“事实上,似乎记忆巩固发挥了独特而积极的角色在学习开辟了令人兴奋的途径对于长期记忆的内容是如何雕刻,“Grosmark补充道。“我们现在计划揭开这个离线神经回路机制选择过程和检查他们如何成为精神疾病特异表达会影响长期记忆。”