大脑是如何记住正确的地点和时间的?大脑甚至还能提前预测即将发生的事件

大脑是如何把时间和地点编码最后储存在我们记忆当中的呢?德克萨斯大学西南分校的研究人员领导的两项研究为大脑如何将时间和地点编码到记忆中提供了新的论述。最近发表在《美国国家科学院院刊》和《科学》杂志上的发现,研究人员发现到有项研究不仅可以增加记忆甚至还可以为治疗创伤性脑损伤或阿兹海默症等记忆丧失疾病提供治疗的新方法。

大约在十年前,研究人员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,使大脑能够正确标记记忆中事情的先后顺序,而这些细胞就位于大脑的海马回中,当动物大脑编码和回忆事件时,这些细胞会表现出一种特有的活动模式,UTSW神经外科副教授和PNAS研究的资深作者布拉德利·莱加医学博士解释说: “通过可重复的序列放电,它们让大脑在事件发生时进行组织,这时发射的时间是由5赫兹的脑电波(称为θ波振荡)所控制的,整个过程都被称为进动。”

大脑是如何记住正确的地点和时间的?大脑甚至还能提前预测即将发生的事件

记录癫痫患者的大脑运作

布拉德利·莱加和他的同事从德州大学西南分校彼得·奥唐奈大脑研究所的癫痫监测单元招募志愿者,而医生会移除在大脑当中引起这些癫痫患者癫痫发作的受损部分。莱加说:“植入电极到这些患者大脑里头可以帮助他们的外科医生精确地识别癫痫发作的部位,并提供有关大脑内部工作的资讯。”研究人员记录了27个志愿者的大脑海马回活动,首先研究人员请他们执行“自由回忆”的任务,里头包括在三十秒内阅读12个单词,再做一个简短的数学问题来分散他们的注意力,最后请他们在三十秒当中尽可能的回忆之前的单词。

最后研究小组惊人地发现,在这些人回忆时他们的大脑时不仅识别出了数量庞大的时间细胞,而且这些细胞的活跃还能预测个体能在多少时间内把单词联系在一起(这种现象被称为时间聚集)。莱加说:“多年来,科学家一直认为时间细胞就像胶水一样,会将我们生活中所发生的事件记忆全部黏合在一起,这次的发现完全支持了这一项观点。”

大脑可以预测即将发生事件或结果

接着在《科学》杂志的第二项研究中,神经科学助理教授布拉德·菲佛博士领导了一个研究小组,研究位置细胞也就是我们所认识的海马回,海马回的主要功能是记录事件发生的地点。菲佛解释说:“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触发,就像时间细胞按时间事件的顺序触发一样。”此外,当老鼠积极探索新环境时,位置细胞被进一步组织成“迷你序列”,就好像老鼠在虚拟扫描位置一样,而这种类似雷达的扫描大约会在每秒进行8-10次,这被研究人员认为是大脑预测即将发生事件或结果的运作机制。

大脑是如何记住正确的地点和时间的?大脑甚至还能提前预测即将发生的事件

菲佛和他的同事们同样在老鼠的海马回当中放置电极,然后让老鼠探索两个不同的地方:一个偌大广场和一条长而直的轨道,之后他们分析了这些动物的海马回活动纪录,看看它们是如何对应的。仔细研究这些数据之后,研究人员找到了一些新奇的事物:当老鼠在这些空间移动时,它们的神经元不仅表现出向前的、可预测的微序列,而且还表现出向后的、可追溯的微序列,然而这些前后序列会交替进行,每一个序列只需要几十毫秒就能完成。

菲佛说:“当这些动物在前进时,它们的大脑会不断地预期接下来会发生什么事和回忆刚刚发生了什么事情,这两者之间的大脑活动都在不到一秒的时间内完成。”菲佛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,而导致它们以这种前进或逆转的模式行动。同样,莱加补充说:“在过去的几十年当中,有关大脑记忆的新发现呈爆炸式增长,现在,我们从动物上的发现完全可以帮助人们更了解神秘的大脑运作方式。”

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