我们的大脑使用不同的放电模式来存储和回放记忆

在一项针对癫痫患者的研究中,研究人员在患者进行记忆测试时,监测了数千个被称为神经元的单个脑细胞的电活动。他们发现,当患者学会一对词时,细胞的放电模式在他们成功记住一对词之前的几秒钟内就被重放了。

我们的大脑使用不同的放电模式来存储和回放记忆

在一项针对癫痫患者的研究中,美国国立卫生研究院的研究人员在患者进行记忆测试时,监测了数千个被称为神经元的单个脑细胞的电活动。他们发现,当患者学会一个词对时,细胞的放电模式在他们成功记住这对词之前的几秒钟内被重放。这项研究是美国国立卫生研究院临床中心对药物不能控制癫痫发作的耐药癫痫患者进行的试验的一部分。

“记忆在我们的生活中起着至关重要的作用。正如音乐音符被记录为唱片上的凹槽一样,我们的大脑似乎将记忆储存在神经放电模式中,这种模式可以反复播放,”国立卫生研究院国家神经紊乱和中风研究所(NINDS)神经外科研究员、该项研究的高级作者、该研究的发表者Kareem Zaghloul博士说在科学上。

Zaghloul博士的团队一直在记录暂时生活在外科植入电极的抗药性癫痫患者的电流,这些电极设计用于监测大脑活动,希望能确定患者癫痫发作的来源。这一时期也为研究记忆中的神经活动提供了机会。在这项研究中,他的团队研究了用来储存我们过去经历的记忆的活动,科学家称之为幕式记忆。

1957年,一个癫痫病人H.M.的病例为记忆研究提供了突破。H、 当M的一部分大脑被手术切除以阻止他的癫痫发作后,他记不起新的经历了。从那时起,研究指出,情景记忆被储存或编码为神经活动模式,当我们的大脑被诸如熟悉气味的气味或朗朗上口的曲调所触发时,这些活动模式就会被重新激活。但具体是怎么发生的还不清楚。

在过去20年里,啮齿动物的研究表明,大脑可能以独特的神经元放电序列储存记忆。在加入Zaghloul博士的实验室后,Alex P.Vaz,B.s.,北卡罗莱纳州达勒姆杜克大学的医学博士和博士生,以及这项研究的领导者决定在人类身上测试这一想法。

“我们认为,如果我们仔细研究从病人身上收集的数据,我们可能能够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,”专门研究破译人体产生的电信号含义的生物工程师瓦兹说。

为此,他们分析了位于大脑语言中心前颞叶的单个神经元的放电模式。当病人坐在屏幕前被要求学习“蛋糕”和“狐狸”等词对时,电流被记录下来。研究人员发现,单个神经元的独特放电模式与学习每个新的词模式有关。后来,当病人看到其中一个词,比如“蛋糕”,在病人正确地回忆起成对的单词“狐狸”之前的几毫秒,一个非常相似的放电模式被重放

扎格卢尔博士说:“这些结果表明,我们的大脑可能使用不同的神经刺激活动序列来储存记忆,然后在我们回忆过去的经历时重放记忆。”。

去年,他的研究小组发现,在我们正确记忆某些东西前几秒钟,大脑中可能会出现一种叫做“涟漪”的电波。在这项研究中,研究小组发现在前颞叶记录到的纹波和在学习和记忆中看到的尖峰模式之间存在联系。他们还显示,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演。

扎格洛尔博士说:“我们的研究结果支持这样一种观点,即记忆涉及到整个大脑神经元放电模式的协调回放。”研究我们如何形成和恢复记忆,不仅有助于我们了解自己,也有助于我们了解在记忆障碍中神经回路是如何崩溃的。”

这项研究得到了NINDS校内研究计划和NIH培训资助(NS113400,GM007171)。

Journal Reference:

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

 

 

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