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【脑研究】海马体发现“事件细胞”,神经重组反映时间顺序
作者:熊笑 来源:medicalxpress.com 2017-06-13

 

【新智元导读】我们对于个体经验或情景记忆如何由神经元表示一直知之甚少。近日,日本 RIKEN 脑科学研究所的研究者在 Neuron 上发表论文,发现海马体可以按顺序组织事件记忆。这些“事件细胞”可能是大脑中真实世界的输入与后续决策相联系的桥梁。

 

 

人们以相册或日记的形式组织记忆,而大脑是如何按顺序组织事件的呢?虽然关于大脑如何编码“地点”记忆的研究工作已经有很多了,并在海马体中发现了“位置细胞”,但我们对于个体经验或情景记忆如何由神经元表示仍然所知较少。现在,日本 RIKEN 脑科学研究所的研究人员发现,通过改变大鼠脑中的神经代码(neural code),海马体可以泛化,不仅可以按顺序排列位置,也可以按顺序组织事件。研究人员发现的这些“事件细胞”可能是将真实世界的信息与后续决策相联系的桥梁。


过去(例如,气味)、当前(例如声音)和未来(例如决定)的事件序列以大鼠大脑海马体中的 θ 循环表示。图片来自:RIKEN


神经元有两个主要的相互传送信号的方式:改变它们发射信号的时机或频率。在这项研究中,Shigeyoshi Fujisawa 及其同事研究了当大鼠根据某些气味和声音的组合进行决策任务时,这两个参数是如何改变的。使用按顺序呈现的非空间刺激对于证明海马体中的细胞也代表事件而不仅仅是位置至关重要。这项研究于6月8日在 Neuron 上发表。

 

研究小组记录了大鼠选择不同的声音—气味组合来寻找水源时,海马体中心的 CA1 区大量神经元的组合活动。对于一种或全部两种刺激,许多细胞都显示出活动增加——通常对于某一种气味或声音的反应要比对其他刺激的反应强烈得多——并通过“决策”阶段留存这种活性,表明输入被大脑整合并以特定的顺序保存,以方便随后的选择。

 

已知海马具有大约 8Hz 的“刷新率”(θ 循环),指导神经元更新其活性,这一现象称为 θ 循环相移(theta-cycle phase precession)。研究人员特别感兴趣的是,这种信息的循环组织是如何被输入修正的,如一个嗅觉事件,跟着一个声音事件,接着是一个决策。

 

在对气味有反应的神经元中,θ 相移仅发生于“偏好的”气味,然后它们的活性被锁定到 θ 循环。这种情况发生在大约 90% 的气味敏感型细胞中,而选择敏感型细胞中也有同样高比例的细胞是这种情况。

 

在更为全局的视野下,海马神经元的聚合也可以形成 θ 序列,协调的顺序激活模式表示了动物寻路时的过去、现在和未来位置。研究者研究了 θ 序列是否也是由这种提示组合型任务形成的。这样的序列确实存在,并且可以“解码” θ 循环不同阶段的neural spike 是否能够表征实时输入——气味或声音事件发生的时刻,或指向未来的决策时刻。Fujisawa 说:“锁定在循环不同阶段的 spike 甚至可以告诉我们,大鼠是否做出了正确的、有价值的选择,还是选择了错误的提示组合。”

 

最后,实验条件被反转:先前有奖赏的声音气味组合变得不正确,反之亦然。几天之后,大鼠学习到了新的关系,他们的脑细胞活动也适应了,展示出了相移。

 

Fujisawa 评论说:“这种神经重组反映了事件的顺序,并且可以灵活地重新映射。对特定提示、组合或选择进行编码的细胞可以在它们暂时以 hippocampal theta phase 组织时共同表示整个事件的序列。”研究人员推测,海马体的功能是组织关系元素网络,将其作为情境和空间记忆的基本机制,无论这些元素是位置还是事件。

 

原文:https://medicalxpress.com/news/2017-06-brain-hippocampus-memories-events.html#jCp