一項(xiàng)關(guān)于空間記憶的新小鼠研究表明，大腦對(duì)地點(diǎn)的表征會(huì)隨著時(shí)間“漂移”。

一項(xiàng)新的小鼠研究表明，關(guān)于地點(diǎn)的記憶會(huì)隨著時(shí)間推移，由不同的神經(jīng)元群承載，從而在大腦中發(fā)生“漂移”。

歷史上，神經(jīng)科學(xué)家認(rèn)為，關(guān)于位置和我們直接環(huán)境特征（的空間）記憶是由特定的“位置細(xì)胞”編碼的。這些位置細(xì)胞位于一個(gè)名為海馬體的關(guān)鍵記憶中心，當(dāng)哺乳動(dòng)物進(jìn)入它們所對(duì)應(yīng)的特定環(huán)境時(shí) —— 比如家中的門或徒步小徑上的瀑布 —— 它們就會(huì)被激活。人們?cè)J(rèn)為，這些位置細(xì)胞的激活相當(dāng)于大腦中的一種“地圖”，既能編碼特定地點(diǎn)的持久記憶，也能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。

該研究的資深作者、西北大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)教授兼首席研究員丹尼爾·多姆貝克說：“追溯到20世紀(jì)60年代和70年代，我們基本上認(rèn)為（空間）記憶是由大腦中特定的神經(jīng)元編碼的。這種觀點(diǎn)可能持續(xù)了30、40年 —— 直到大約10年前。”

多姆貝克表示，2013年發(fā)表在《自然·神經(jīng)科學(xué)》雜志上的一篇論文引發(fā)了一些爭(zhēng)議，并“讓所有人震驚”。該研究采用了更新的技術(shù)來探測(cè)小鼠海馬體中的細(xì)胞，揭示出大腦對(duì)地點(diǎn)的表征遠(yuǎn)不如曾經(jīng)認(rèn)為的那樣穩(wěn)定。當(dāng)小鼠被一次又一次地放回迷宮中時(shí)，有些細(xì)胞會(huì)持續(xù)重新激活，但總體而言，活躍的神經(jīng)元群體是波動(dòng)的。在長(zhǎng)達(dá)數(shù)周的實(shí)驗(yàn)中，這些空間表征并非靜態(tài)的“心智地圖”，而是發(fā)生了改變。

這種現(xiàn)象后來被稱為“海馬體表征漂移”，但這個(gè)概念遇到了一些阻力。一些科學(xué)家懷疑大腦活動(dòng)的變化是否真的與小鼠環(huán)境的變化有關(guān) —— 也許實(shí)驗(yàn)中不同輪次迷宮的氣味或聲音有所不同，或者嚙齒動(dòng)物在某一輪實(shí)驗(yàn)中穿過迷宮的速度或快或慢。

在7月23日發(fā)表于《自然》雜志的新研究中，多姆貝克和他的團(tuán)隊(duì)著手控制這些難以控制的變量，他們使用虛擬現(xiàn)實(shí)和一個(gè)小型跑步機(jī)做到了這一點(diǎn)。

在實(shí)驗(yàn)的每一輪中，小鼠被放置在由屏幕環(huán)繞的跑步機(jī)上。跑步機(jī)類似于視頻游戲控制器，作為小鼠探索虛擬迷宮的通道，該迷宮每次都完全相同。這樣，研究團(tuán)隊(duì)就可以直接比較小鼠以相同速度奔跑的試驗(yàn)，從而消除速度差異帶來的影響。

此外，每只嚙齒動(dòng)物的鼻子上都放置了一個(gè)錐形物，以便在每一輪實(shí)驗(yàn)中泵入相同的氣味，同時(shí)播放白噪音以統(tǒng)一聽覺環(huán)境。

當(dāng)小鼠在虛擬迷宮中導(dǎo)航時(shí)，研究人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)它們海馬體細(xì)胞的活動(dòng)。他們通過在大腦上開一個(gè)物理窗口，并注入一種在腦細(xì)胞被激活時(shí)會(huì)發(fā)光的物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。然后他們可以在顯微鏡下監(jiān)測(cè)這種熒光。多姆貝克指出，這種設(shè)置不會(huì)限制實(shí)驗(yàn)小鼠的壽命，因此他們可以在研究過程中反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

通過如此嚴(yán)格地控制環(huán)境，“我確信我們會(huì)減少這種表征漂移，”他告訴我們?！拔掖_信記憶在數(shù)天里看起來會(huì)更穩(wěn)定 —— 但我們發(fā)現(xiàn)的并非如此?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)觀察到，只有一小部分細(xì)胞 —— 大約占記錄細(xì)胞的5%到10% —— 表現(xiàn)得像傳統(tǒng)的位置細(xì)胞，在每一輪實(shí)驗(yàn)中一致地激活。這些穩(wěn)定的細(xì)胞整體上也是最易興奮的，意味著它們更有可能對(duì)刺激產(chǎn)生反應(yīng)而放電。事實(shí)上，團(tuán)隊(duì)可以根據(jù)細(xì)胞的興奮水平預(yù)測(cè)哪些細(xì)胞最不容易發(fā)生漂移。與此同時(shí)，興奮性較低的細(xì)胞則更容易發(fā)生漂移。

那么，為什么會(huì)出現(xiàn)這種漂移呢？多姆貝克推測(cè)：“這可能是大腦用來將高度相似的經(jīng)歷分離成離散的獨(dú)立記憶的一種機(jī)制，以便我們以后能夠分別訪問它們?！币虼?，盡管你可能反復(fù)回到同一個(gè)地方 —— 工作單位、學(xué)?；蜃钕矚g的公園 —— 但你仍然可以在腦海中區(qū)分出不同的到訪經(jīng)歷。

他說，換句話說，漂移可能是大腦追蹤時(shí)間流逝的一種方式。

多姆貝克懷疑，這種類型的漂移總體上會(huì)影響情景記憶（episodic memories），即關(guān)于在特定地點(diǎn)和時(shí)間發(fā)生的具體個(gè)人經(jīng)歷的記憶。其他類型的記憶 —— 比如關(guān)于習(xí)得運(yùn)動(dòng)技能的運(yùn)動(dòng)記憶（motor memories） —— 在大腦中的表征方式可能不同。

該研究存在一些局限性。首先，研究中使用的腦記錄方法只捕獲了小鼠海馬體中很小一部分細(xì)胞 —— 可能只占其數(shù)十萬個(gè)神經(jīng)元的1%。但基于過去的研究，團(tuán)隊(duì)推測(cè)整個(gè)海馬體都在發(fā)生類似的過程。

此外，小鼠研究的結(jié)果并不能保證適用于人類。但多姆貝克表示，他預(yù)計(jì)在這項(xiàng)小鼠研究中觀察到的過程與人類海馬體中發(fā)生的過程“相當(dāng)相似”。多姆貝克提出，由于海馬體細(xì)胞隨著年齡增長(zhǎng)興奮性會(huì)降低，因此記憶隨年齡增長(zhǎng)而衰退的部分原因，可能是那些構(gòu)成我們記憶核心的少數(shù)穩(wěn)定細(xì)胞失去了興奮性。

“如果我們能夠以某種方式調(diào)整神經(jīng)元的興奮性，或者長(zhǎng)期維持這種興奮性，我們或許就能維持記憶，”多姆貝克推測(cè)道。但這個(gè)想法還需要進(jìn)一步的研究來證實(shí)。

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