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研究人员为探究海马体编码情景记忆机制，开展概念神经元与索引神经元研究，发现前者由后者演化而来，意义重大。
海马体（Hippocampus）在记忆的舞台上占据着至关重要的位置，尤其是在情景记忆（Episodic memory）方面，它就像一个精密的时光记录仪，帮助我们回忆起生活中那些丰富多彩的经历，比如和朋友在咖啡店的温馨相聚，公园里的悠闲漫步。然而，这个小小的脑区究竟是如何施展魔法，将这些经历转化为记忆并妥善保存，又在需要时精准提取的呢？这一问题长期以来困扰着神经科学界，不同的理论相互碰撞，却始终没有一个统一的答案。目前，关于海马体中神经元编码情景记忆的方式，主要存在两种针锋相对的理论。一种认为概念神经元（Concept neurons）负责编码情景中的特定元素，就像拼图中的一块块碎片；另一种则主张索引神经元（Index neurons）通过联合编码，将整个情景作为一个整体进行标记。在这样的背景下，深入探究这两种神经元的奥秘，揭示它们在记忆编码中的真实角色和相互关系，成为解开海马体记忆之谜的关键所在。
为了攻克这一难题，来自哥伦比亚大学（Department of Biomedical Engineering, Columbia University）、多伦多大学（Program in Neurosciences and Mental Health, The Hospital for Sick Children；Department of Physiology, University of Toronto；Department of Psychology, University of Toronto；Institute of Medical Sciences, University of Toronto）以及格拉斯哥大学（School of Psychology and Neuroscience and Centre for Neurotechnology, University of Glasgow）的研究人员 Luca D. Kolibius、Sheena A. Josselyn 和 Simon Hanslmayr 展开了深入研究。他们的研究成果发表在《TRENDS IN Cognitive Sciences》杂志上，为我们理解海马体的记忆编码机制带来了全新的视角。
研究人员在研究过程中，运用了多种关键技术方法。在动物实验方面，对食物储存鸟类五子雀（chickadees）进行观察，研究其海马体神经元在食物储存和检索过程中的活动模式，以此作为索引神经元存在的证据。在人体研究中，通过记录人类海马体神经元的活动，分析神经元在情景记忆编码和检索过程中的反应特性。同时，借助计算模型，模拟神经元的编码和记忆过程，从理论层面验证和支持实验结果。
下面来看具体的研究结果：
- 概念神经元：情景记忆的基石
概念神经元是位于人类内侧颞叶的特殊神经元，它们会对特定概念做出 “全或无” 式的反应。比如，看到朋友的照片或者听到朋友的名字，相关的概念神经元都会被激活，而且这种反应不受呈现方式和环境背景的影响，表现出高度的多模态不变性和情境不变性。值得注意的是，概念神经元的放电潜伏期比简单的感觉处理和物体识别所需的时间要长得多，这表明它们深度参与了记忆处理过程。进一步研究发现，在记忆检索过程中，当相关图像成为记忆的一部分时，概念神经元的放电频率会显著增加。此外，概念神经元在空间上没有特定的组织规律，这一特点被认为有助于情景记忆的处理，因为它可以使任意两个概念之间建立联系，而无需连接遥远的脑区。基于这些特性，有学者提出概念神经元是情景记忆形成和检索的基本构建模块12。
- 索引神经元：情景记忆的联合编码者
索引理论认为，在情景记忆的初始编码阶段，构成情景的各种多模态元素会在海马体中引发一组神经元的活动，这些神经元并不编码情景中的具体元素，而是像指针一样指向各种同时出现的元素，这种编码方式被称为联合编码（Conjunctive code）。近期在人类和动物研究中发现了支持索引神经元存在的证据。在人类实验中，观察到一些海马体神经元在独特情景的初始编码阶段被激活，并且在成功回忆该情景时，其放电频率会恢复，这些神经元被称为情景特异性神经元（episode specific neurons），被认为是可能的索引神经元。在五子雀的研究中，发现其海马体中的部分锥体神经元在食物储存时会表现出独特的活动模式，且这种模式在食物检索时会再次出现，进一步支持了索引神经元的存在。此外，计算模型也表明，索引神经元在记忆编码和检索中具有重要的计算效用34。
- 记忆痕迹与神经元分配：记忆的微观奥秘
记忆痕迹（Engram）是记忆在大脑中的物理痕迹，由一组在记忆形成过程中发生改变或被激活的神经元组成。研究发现，神经元的兴奋性在记忆痕迹的形成和神经元分配中起着关键作用。在相关脑区，如海马体中，神经元会基于兴奋性竞争参与记忆痕迹的形成，兴奋性较高的神经元更有可能被分配到记忆痕迹中，形成记忆痕迹神经元集合。而且，神经元的兴奋性还在记忆的链接和更新过程中发挥着重要作用，相似事件在时间上接近发生时，由于神经元的共同分配，会使这些事件的记忆相互链接。当记忆被检索时，记忆痕迹神经元集合会再次被激活，兴奋性短暂增加，从而允许新信息融入记忆或者在已有记忆上叠加新的记忆56。
- 概念神经元与索引神经元的整合：记忆编码的统一视角
研究人员提出，在人类的情景记忆过程中，概念神经元和索引神经元可能发挥着互补的作用。概念神经元负责编码情景的语义方面，为记忆提供一个框架，而情景特异性神经元则为情景添加特定的细节信息，帮助区分相似的情景。更为重要的是，研究人员认为概念神经元可能是由索引神经元通过重叠记忆演化而来的。当多个情景包含共同元素时，随着时间的推移，最初编码这些情景的索引神经元中的一部分会逐渐对共同元素产生特异性反应，从而演变成概念神经元。例如，多次与朋友在不同场景下的相遇，可能会使最初编码这些情景的索引神经元逐渐转变为对 “朋友” 这一概念敏感的概念神经元78。
在研究结论与讨论部分，研究人员整合了关于索引神经元和概念神经元的新发现，结合啮齿动物记忆痕迹研究中确定的神经生物学机制，提出了一个统一的框架。在这个框架中，概念神经元由索引神经元演化而来，两者在情景记忆处理过程中协同工作。这一框架为理解人类海马体如何编码和处理复杂记忆提供了新的视角，将记忆痕迹研究和人类单神经元情景记忆研究这两个原本分离的领域联系起来。同时，研究人员还提出了一系列有待进一步研究的问题，如情景特异性神经元是否等同于索引神经元，索引神经元是否像啮齿动物的记忆痕迹细胞一样基于兴奋性竞争参与记忆分配等。此外，该研究成果对神经记忆假体的发展具有重要意义，有望为治疗记忆障碍疾病，如阿尔茨海默病（Alzheimer's disease）和创伤后应激障碍（post - traumatic stress disorder，PTSD）等提供新的思路和方法。总的来说，这项研究为我们深入理解人类记忆系统的奥秘迈出了重要一步，开启了记忆研究的新篇章，为未来的研究和临床应用奠定了坚实的基础。
