自上世紀90年代以來(lái)，研究人員通過(guò)觀(guān)察發(fā)現，嚙齒類(lèi)動(dòng)物有一種特殊的神經(jīng)元活動(dòng)模式，大概就像是這樣的場(chǎng)景：大腦海馬體中有成千上萬(wàn)的神經(jīng)細胞同時(shí)放電。但是，當這些神秘放電同步發(fā)生時(shí)，嚙齒類(lèi)動(dòng)物腦子里在想什么？難道是想變身皮卡丘？研究人員們帶著(zhù)這個(gè)疑問(wèn)開(kāi)始了對此現象的深入研究。
最近，魏茨曼研究所的科學(xué)家們成功地在人腦中記錄了這些快速爆發(fā)的神經(jīng)活動(dòng)。他們親切地稱(chēng)其為“海馬漣漪”（還挺形象的，就像演唱會(huì )或者大賽觀(guān)眾席的聲浪），并證明了它們是雕刻新記憶和隨后的回憶的基礎。相關(guān)研究發(fā)表在《Science》上。
炫麗的煙火表演
“就其強度和時(shí)機而言，這場(chǎng)漣漪的發(fā)生簡(jiǎn)直令人吃驚。它是由大約15%的海馬神經(jīng)元同步激活的精心策劃的爆發(fā)——所有的神經(jīng)元大約在十分之一秒內同時(shí)放電。就像是一場(chǎng)安排好的神經(jīng)細胞的煙火表演。”魏茨曼研究所神經(jīng)生物學(xué)系的Rafi Malach教授說(shuō)。
研究人員首次發(fā)現這種放電出現在嚙齒動(dòng)物的睡眠和休息的**狀態(tài)中，并且在嚙齒動(dòng)物的空間導航記憶中也起重要作用。直到近年來(lái)，研究人員在靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物的海馬體中發(fā)現，大群神經(jīng)元的這種同步電活動(dòng)竟然也會(huì )在清醒狀態(tài)下發(fā)生。但是，截至目前，科學(xué)家們仍然對這種“海馬漣漪”在人類(lèi)認知和心理活動(dòng)中所扮演的角色一無(wú)所知。
實(shí)踐出真知與偉大的奉獻
用MRI監測植入癲癇患者海馬的電極（黃點(diǎn)） 圖片來(lái)源：魏茨曼科學(xué)研究所
盡管，人類(lèi)可以自由交流所思所想，但大多數的研究方法并沒(méi)有給科學(xué)家提供大腦內同時(shí)發(fā)生事情的詳細視圖。于是馬拉奇實(shí)驗室的一名博士生Yitzhak Norman與美國范斯坦醫學(xué)研究所(FeinsteinInstitute for Medical research)的Ashesh Mehta教授的團隊合作，領(lǐng)導了目前的研究。在該臨床手術(shù)中，醫生將為患有難治性癲癇的患者多個(gè)腦區域插入電極，定位癲癇灶并通過(guò)手術(shù)切除病灶。這些患者在癲癇發(fā)作期間在醫院等待期間自愿參加記憶實(shí)驗。
在實(shí)驗過(guò)程中，研究人員向患者展示了一些色彩豐富、視覺(jué)細節豐富的圖片，這些圖片要么是名人(如巴拉克•奧巴馬(Barack Obama)、烏瑪•瑟曼(Uma Thurman))，要么是著(zhù)名的紀念碑(如自由女神像、比薩斜塔)?；颊弑灰蟊M可能詳細地記住這些圖片。觀(guān)看完圖片后，又進(jìn)行一個(gè)短暫的分散注意力任務(wù)，之后患者被要求蒙著(zhù)眼睛，自由地回憶圖片，并詳細描述它們。在整個(gè)實(shí)驗過(guò)程中，患者的談話(huà)被記錄下來(lái)，同時(shí)記錄下他們相應的大腦活動(dòng)，并通過(guò)植入海馬體和大腦皮層其他區域的電極顯示出來(lái)。
把大腦活動(dòng)和病人的口頭敘述聯(lián)系起來(lái)，可以發(fā)現一些驚人的觀(guān)察結果。首先，研究發(fā)現“海馬漣漪”爆發(fā)在自由回憶過(guò)程中起著(zhù)至關(guān)重要的作用：在患者回憶并開(kāi)始描述一幅新圖片的一兩秒鐘之前，他們回憶的漣漪率顯著(zhù)增加。重要的是，“海馬漣漪”重新表達了圖片的內容：在觀(guān)看階段引發(fā)更多漣漪的圖片，在隨后的回憶中也會(huì )引發(fā)更多的漣漪。
海馬體將軍
該圖像描繪了患者顱內電極表現（紅色圓圈），其在觀(guān)看圖像時(shí)測量皮層電場(chǎng)的變化并且稍后自由地回憶相同的圖像。圖片來(lái)源：Yitzhak Norman
由于大腦活動(dòng)同時(shí)記錄在海馬體和大腦皮層，研究人員能夠證明漣漪與大腦皮層的激活是同步的，特別是在大腦的視覺(jué)中心，那里可能存儲著(zhù)詳細的視覺(jué)信息。此外，原本高級視覺(jué)中樞被認為是專(zhuān)門(mén)用來(lái)表示特定的視覺(jué)類(lèi)別的——例如，面孔在一個(gè)皮層區域表示，紀念碑在另一個(gè)區域表示。因此，當病人回憶一張臉（比如奧巴馬），或者是一座紀念碑（比如埃菲爾鐵塔），大腦皮層的活動(dòng)在相應的視覺(jué)中心被選擇性地增強。Norman解釋說(shuō)：“在自由回憶的過(guò)程中，許多中心的協(xié)調活動(dòng)被揭示出來(lái)，海馬體扮演著(zhù)指揮的角色。”
刷新認知
這些發(fā)現大大擴展了我們對海馬體功能的理解。研究強調同步神經(jīng)元群活動(dòng)的重要性。應該記住，海馬體爆發(fā)涉及數十萬(wàn)神經(jīng)細胞的同步激活。
Malach總結道：“這對我們理解人類(lèi)記憶背后的神經(jīng)元機制是一個(gè)重大的進(jìn)步。雕刻記憶，它們的存儲和回憶自然依賴(lài)于一系列復雜的過(guò)程。然而，這種同步海馬爆發(fā)的‘神經(jīng)元戲劇’清楚地指出了它們在記憶形成和回憶中的核心作用。”
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