Nature子刊揭示人脑是如何分离、存储和检索记忆的

NIH资助的这项研究确定了在离散事件之间形成边界的脑细胞?

　　

研究人员已经在我们的大脑中发现了两种类型的细胞，它们根据记忆发生的时间来组织离散记忆。这一发现提高了我们对人类大脑如何形成记忆的理解，并可能对阿尔茨海默氏症等记忆障碍产生影响。这项研究是由美国国立卫生研究院支持的通过推进创新神经技术(Brain)计划进行大脑研究并发表在自然神经科学．

“这项工作对于研究人员如何研究人类大脑的思维方式是革命性的，”Jim Gnadt博士说，他是国家神经疾病和中风研究所以及NIH大脑计划的项目主任。“它给人类神经科学带来了一种以前在非人类灵长类动物和啮齿类动物中使用的方法，直接记录产生思想的神经元。”

这项研究由Ueli Rutishauser博士领导，神经外科，神经病学和生物医学的教授他从一个看似简单的问题开始:我们的大脑是如何形成和组织记忆的?我们清醒的生活是一个连续的经历，但根据人类行为研究，我们将这些生活事件存储为单独的、独特的时刻。什么标志着一段记忆的开始和结束?这一理论被称为“事件分割”，而我们对这一过程在人脑中的工作原理知之甚少。

为了研究这一点，Rutishauser和他的同事与20名患者合作，这些患者正在进行颅内脑活动记录，以指导治疗他们的耐药性癫痫的手术。他们观察了在播放包含不同类型“认知边界”的电影片段时，患者的大脑活动如何受到影响。“认知边界”是一种过渡，被认为会引发记忆存储方式的变化，并标志着记忆“文件”在大脑中的开始和结束。

第一种类型，被称为“软边界”，是包含一个场景的视频，然后切换到另一个场景，继续相同的故事。例如，一款棒球游戏显示一个投球，当击球手击球时，摄像机会切换到外野手击球的镜头。相反，“硬边界”是一个完全不同的故事的剪切——想象一下，如果击球后紧接着是一个广告的剪切。

该研究的第一作者、波士顿儿童医院博士后郑洁博士解释了这两个边界之间的关键区别。

“这是同一个故事中的一个新场景，还是一个完全不同的故事?”叙事从一个片段到下一个片段的变化程度决定了认知边界的类型。”

研究人员在参与者观看视频时记录了他们的大脑活动，他们注意到两组不同的细胞对不同类型的边界做出了反应，增加了活动。其中一组被称为“边界单元”，在对软边界或硬边界做出反应时变得更加活跃。第二组，被称为“事件单元”，只对硬边界作出反应。这导致了一种理论，即当边界细胞和事件细胞的活动都达到峰值时，新记忆的产生就会发生，而这只会发生在硬边界之后。

与大脑如何存储和访问记忆的一个类比是，照片如何存储在你的手机或电脑上。通常，照片会根据拍摄的时间和地点自动分组到事件中，然后作为该事件的关键照片显示给您。当你点击或点击那张照片时，你可以深入到那个特定的事件。

“边界反应可以被认为是创造了一个新的照片事件，”Rutishauser博士说。“当你建立记忆的时候，就像新的照片被添加到那个事件中。当硬边界发生时，该事件关闭，新的事件开始。软边界可以被认为是在单个事件中创建的新图像。”

接下来，研究人员研究了记忆的提取以及这个过程与边界细胞和事件细胞的激活之间的关系。他们的理论认为，大脑使用边界峰作为“略读”过去记忆的标记，就像用关键照片来识别事件一样。当大脑发现一个看起来熟悉的放电模式时，它就会“打开”这个事件。

为了研究这一理论，使用了两种不同的记忆测试。在第一个实验中，研究人员向参与者展示了一系列静止的图像，并询问这些图像是否来自他们刚刚观看的电影片段中的某个场景。研究参与者更容易记住在硬边界或软边界之后不久出现的图像，也就是当一个新的“照片”或“事件”被创建时。

第二个测试是展示他们刚刚观看的电影片段中的成对图像。然后，参与者被问及这两张图片中哪一张最先出现。事实证明，如果两个图像发生在硬边界的不同侧面，他们就很难选择正确的图像，这可能是因为他们被置于不同的“事件”中。

这些发现为人类大脑如何创造、存储和获取记忆提供了一个视角。因为事件分割是一个可以影响记忆障碍患者的过程，这些见解可以应用于新疗法的开发。

未来，Rutishauser博士和他的团队计划寻找两种可能的途径来开发与这些发现相关的治疗方法。首先，使用化学物质多巴胺的神经元，以其在奖励机制中的作用最为人所知，可能会被边界细胞和事件细胞激活，这表明可能有一个帮助加强记忆形成的目标。

第二，大脑的一种正常的内部节律，即θ节律，与学习和记忆有关。如果事件细胞按这种节奏及时激活，参与者就能更容易地记住展示给他们的图像的顺序。因为深度大脑刺激可以影响θ节律，这可能是治疗某些记忆障碍患者的另一种方法。