映射记忆的特定神经元现已在人脑中识别

2020年3月19日 0 作者 atuo

人类记忆的一个重要方面是,我们能够从在任何给定环境中发生的大量经验中联想到特定时刻的能力。例如,如果被要求为您多次拜访的城市推荐旅游路线,您的大脑将以某种方式使您有选择地回忆和区分不同旅程中的特定记忆,以提供答案。

研究表明,声明性记忆(即您可以像家庭住址或母亲的名字一样有意识地记住的记忆)依赖于大脑健康的内侧颞叶结构,包括海马和内嗅皮层(EC)。这些区域对于空间认知也很重要,证明了吗?通过诺贝尔奖获得者在这些区域中发现“位置细胞”和“网格细胞”的方法-神经元在导航过程中激活以代表环境中的特定位置(类似于GPS)。但是,尚不清楚大脑中的“空间图”是否或如何与一个人在这些位置的事件的记忆有关,以及这些区域中的神经元活动如何使我们能够针对特定的记忆以在相关经验中进行检索。

由哥伦比亚工程公司的神经工程人员领导的团队发现了第一个证据,即人脑中的单个神经元在召回过程中针对特定的记忆。他们研究了在神经外科患者的大脑中植入电极的记录,并检查了患者的大脑信号在执行虚拟现实(VR)对象定位记忆任务时如何对应于他们的行为。研究人员确定了“记忆示踪细胞”,其活动在空间上被调整为受试者记得遇到特定物体的位置。该研究今天发表在《自然神经科学》上

生物医学工程副教授约书亚·雅各布斯(Joshua Jacobs)表示:“我们主要在内嗅皮层(EC)中发现了这些跟踪记忆的神经元,内嗅皮层是受阿尔茨海默氏病影响的首批区域之一。”研究。“由于这些神经元的活动与一个人想记住的活动密切相关,因此它们的活动可能会被阿尔茨海默氏病等疾病破坏,导致记忆力不足。我们的发现应为神经活动的研究开辟新的思路内嗅皮层和颞叶内侧区域有助于我们针对过去的事件进行回忆,更广泛地说,是大脑中空间和记忆的重叠方式。”

该团队能够利用一个难得的机会来测量单个神经元的活动:在包括哥伦比亚大学欧文医学中心在内的多家医院的19位神经外科患者的大脑中进行有创记录。这些患者患有耐药性癫痫,因此已经在他们的大脑中植入了记录电极以进行临床治疗。研究人员将实验设计为引人入胜的沉浸式VR电脑游戏,卧床不起的患者使用笔记本电脑和手持控制器在虚拟环境中移动。在执行任务时,对象首先要在环境中导航以了解四个唯一对象的位置。然后研究人员移走了这些物体,并要求患者在整个环境中移动,并在每次试验中标出一个特定物体的位置。

该团队在患者穿越环境时测量了神经元的活动,并标记了他们的记忆目标。最初,他们识别出与“位置细胞”类似的纯粹在空间上调节的神经元,当患者经过特定位置时,该神经元总是被激活,而与受试者的记忆目标无关。雅各布博士的学生,该研究的主要作者萨尔曼·卡西姆说:“这些神经元似乎只关心人的空间位置,就像纯粹的GPS一样。”

但是研究人员还注意到,其他神经元仅在与该患者在回忆中回忆的记忆相关的位置被激活-每当指示患者指定其他记忆以进行回忆时,这些神经元就会改变其活动以匹配新目标记忆的位置。让Jacobs和Qasim尤其兴奋的是,他们实际上可以根据这些神经元的活动来解码患者针对的特定记忆。

“我们的研究表明,人脑中的神经元会跟踪我们故意回忆的经历,并可以改变其活动方式以区分记忆。它们就像Google地图上的图钉一样,标记了您记住重要事件的位置,卡西姆说。“这项发现可能为我们选择性调用过去的不同经验提供了潜在的机制,并突出了这些记忆如何影响我们大脑的空间图。”

雅各布斯(Jacobs)和卡西姆(Qasim)下一步计划寻找证据,证明这些神经元在非空间环境中代表记忆,以更好地表征其在记忆功能中的作用。Qasim指出:“我们现在知道神经元关心我们记忆的发生位置,现在我们想看看这些神经元是否关心那些记忆的其他特征,例如何时发生,发生什么等等。”