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海马体揭秘:记忆与时空的秘密

创作时间:
2025-01-21 20:46:07
作者:
@小白创作中心

海马体揭秘:记忆与时空的秘密

近日,中国科学院深圳先进技术研究院和南方科技大学的研究团队在《神经元》杂志上发表了一项突破性研究,揭示了海马体如何处理和整合时空信息的重要机制。这一发现不仅增进了我们对大脑工作原理的理解,还为开发针对记忆障碍的治疗方法提供了新的思路。

海马体是大脑中负责情景记忆的关键区域,它能够帮助我们记住特定的时间、地点和事件。过去的研究已经发现,海马体中存在两种特殊的神经元:位置细胞和时间细胞。位置细胞在个体探索空间环境时会选择性地在特定位置放电,而时间细胞则在固定时间的实验范式中选择性地在特定时刻放电。这些发现表明,位置细胞和时间细胞分别负责编码空间位置和时间信息,构成了情景记忆中空间和时间背景信号的可能神经基础。

然而,空间信息和时间信息如何在海马体中相互作用和整合,一直是神经科学领域的未解之谜。为了解开这个谜题,研究团队设计了多种虚拟现实导航任务和现实世界任务,使用在体单光子显微镜技术,记录和研究了不同运动速度下海马CA1脑区神经元的时空表征。

研究发现,海马CA1神经元在多个一维导航任务中能同时编码空间和时间信息。不论是纯粹的空间导航任务还是纯粹的时间感知任务,许多神经元都表现出空间-时间信息的共同表征。这意味着在同一个任务中,这些神经元可以同时作为位置细胞和时间细胞发挥作用,编码跑道中的具体位置和从起始位置开始的已逝运动时间。

更令人惊讶的是,研究揭示了空间编码与时间编码之间存在一种竞争关系。具体来说,神经元表征的空间位置与其经历的时间长度之间存在显著的负相关关系。当经历的时间变长时,神经元表征的空间位置会向环境起点方向移动。这种竞争性的负相关性可以显著增强另一个维度的信息量,表明海马体能够创建一个动态、灵活的神经图谱,以适应不断变化的时空背景。

此外,研究还发现CA3区域在调控这种空间与时间编码之间的关系方面发挥了重要作用。这暗示着在维持空间和时间编码的平衡时,可能有更为复杂的神经网络参与其中。这种神经网络的整体协同作用,或许能够解释为何海马体能够在不同情境下灵活应对时间和空间的动态变化。

这一研究不仅首次揭示了海马神经元对空间-时间编码的竞争-整合机制,还为理解以时空信息为背景的情景记忆表征提供了重要的神经基础。它不仅加深了我们对大脑如何处理连续体验的理解,还可能为开发针对记忆障碍的干预策略提供新的思路。

未来,随着对海马体功能的进一步研究,我们有望开发出更有效的治疗方法,帮助那些患有阿尔茨海默病、创伤后应激障碍等记忆相关疾病的人们。这项研究不仅为神经科学领域带来了新的突破,也为更广泛的科学研究提供了新的方向,尤其是在探讨大脑如何处理时空连续体验以及开发针对记忆相关疾病的特定疗法方面。

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