Science 科学家监测到了大脑重播记忆的过程
作者: mints 编译 / 379次阅读 时间: 2020年3月19日
标签: 记忆
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《Science》科学家监测到了大脑重播记忆的过程
mints 编译


美国国立卫生研究院(NIH)的研究人员在一项针对抗药性癫痫患者临床试验中对患者的记忆过程进行了研究,他们监测了成千上万个神经元的放电活动。

研究人员实时记录了患者在重新回忆相关词语时大脑神经元的放电模式。

该研究发表在最新一期的《科学》杂志上,作者卡里姆·扎格洛尔(Kareem Zaghloul)博士说:“记忆在我们的生活中起着至关重要的作用。正如记录在唱片凹槽上的音符一样,我们的大脑似乎把记忆储存在可以反复播放的神经放电模式中。”

Zaghloul博士是国立卫生研究院国家神经紊乱和中风研究所(NINDS)的神经外科医生和研究员。

记忆的编码过程和重新检索过程的放电模式高度一致
DOI: 10.1126/science.aba0672

Zaghloul博士的团队一直在用外科植入的电极记录短暂出现在抗药性癫痫患者大脑中的电流。用于监测大脑活动的电极可以确定患者癫痫发作的来源。大脑在癫痫发作期间的活动为研究神经元在记忆过程中状态提供了机会。他的团队研究了情景记忆(episodic memories)的活动状况,即用来储存我们既往经历的记忆活动。

1957年,癫痫病人H.M.的病例让记忆研究实现了重大的突破。医生切除了H.M的一部分大脑,以阻止他的癫痫发作,随后,H.M.就无法回忆    起新的生活经历了。

从那时起,研究者认为情景记忆被储存、或编码为神经元的活动模式,当熟悉气味的气味或朗朗上口的曲调激活了我们的大脑时,这些活动模式就会重新在大脑中播放。但具体是怎么发生的还不得而知。

在过去20年里,啮齿动物的研究表明,大脑或许是通过特殊的神经元放电序列来储存记忆。北卡罗莱纳州达勒姆杜克大学的医学博士Alex P.Vaz和博士生B.S.在加入Zaghloul博士的实验室后,决定和这项研究的领导者一起在人类身上测试这一想法。

生物工程师瓦兹(Vaz)擅长破译人体电信号的含义。他说:“我们认为,如果我们仔细研究从病人身上收集到的数据,或许我们就可以找到人类记忆和神经元放电模式之间的联系,这与啮齿动物身上看到的相似。”

为此,他们分析了前颞叶单个神经元的放电模式。大脑语言中心就位于前颞叶。

如下方视频所示:研究人员首先要求病人坐在屏幕前学习成对出现的两个词语,例如“酸橙(LIME)”和“骆驼(CAMEL)”。当这两个单词一起出现时,研究人员录得了大脑中的电流模式。研究人员发现,单个神经元的独特放电模式与每个新词的学习模式有关。当病人在随后的测试中看到其中一个词,比如只看到“LIME”时,大脑中重新播放了一个非常相似的放电模式,几毫秒之后,病人才正确地回忆起了另一个单词“CAMEL”。


Zaghloul博士说:“这些结果表明,我们的大脑可能是通过不同的神经刺激活动序列来储存记忆,然后在我们回忆既往经历时重放记忆。”

Zaghloul的研究小组于去年发现,在我们正确回忆起某些东西前几秒钟,大脑中可能会出现一种叫做“涟漪(ripples)”的电波。

研究小组发现,前颞叶的纹波和记忆学习过程中看到的波峰模式之间存在联系。这些还表明,在另一个被称为内侧颞叶的区域记录到的涟漪稍早于学习期间在前颞叶看到的放电模式的重放。

Zaghloul博士说:“我们的研究结果支持了这样的观点,即,记忆与整个大脑神经元放电模式的同调回放有关。”

我们记忆是如何形成的,以及记忆是如何恢复的,不仅有助于我们了解自己,也有助于我们了解神经回路在记忆障碍中是如何崩溃的。”

Alex P. Vaz, John H. Wittig, Sara K. Inati, Kareem A. Zaghloul. Replay of cortical spiking sequences during human memory retrieval. Science, 2020; 367 (6482): 1131  DOI: 10.1126/science.aba0672

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