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神经科学家发现可以帮助我们解释新情况的记忆细胞

2020-04-09
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想象一下,您在新餐厅见到一位朋友共进晚餐。您可以尝试以前从未有过的菜肴,周围的环境对您来说是全新的。但是,您的大脑知道您也有过类似的经历-细心地点菜单,点开胃菜和撒上甜点,这些都是您外出就餐时可能要做的所有事情。


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麻省理工学院的神经科学家现在已经确定了编码总体体验中每个独特部分的细胞群体。这些存储在海马中的内存块在发生类似类型的体验时就会被激活,并且不同于存储特定位置的详细内存的神经代码。

研究人员认为,他们在对老鼠的研究中发现了这种“事件代码”,可以通过使用相同的细胞代表相似的经历来帮助大脑解释新的情况并学习新的信息。

教授Susumu Tonegawa表示:“当您遇到新事物时,会有一些真正新颖且引人注目的刺激,但您已经对该特定经历了很多了解,因为它与您以前所拥有的经历相似。”麻省理工学院Picower学习与记忆研究所RIKEN-MIT神经回路遗传学实验室生物学和神经科学博士学位。

音川是这项研究的资深作者,该研究今天发表在《自然神经科学》上。麻省理工学院研究生Chen Sun是该论文的主要作者。纽约大学研究生杨万南和Picower研究所技术助理Jared Martin也是该论文的作者。

编码抽象

众所周知,大脑海马中的某些细胞专门用于存储特定位置的记忆。对小鼠的研究表明,在海马中,当动物处于特定位置时,即使他们梦到该位置,称为位置细胞的神经元也会激发。

在这项新研究中,麻省理工学院的研究小组希望调查海马是否也存储了记忆中更多抽象元素的表示。也就是说,无论您在哪里用餐,此类单元都可以编码为“甜点”,而不是在您进入特定餐厅时都触发。

为了验证这一假设,研究人员测量了小鼠反复跑四圈迷宫时海马CA1区神经元的活性。在每四圈结束时,对小鼠进行奖励。正如预期的那样,研究人员发现,当老鼠沿着轨道到达某些点时,地方细胞会点亮。然而,研究人员还发现了在四圈之一中活跃的细胞组,而在其他几圈中没有。CA1中大约30%的神经元似乎参与了此“事件代码”的创建。

“这给我们提供了一个初步的思路,即除了空间代码外,海马中的细胞还关心这种离散的体验,称为第1圈,或者这种离散的体验,称为第2圈,或第3圈或第4圈。”说。

为了进一步探索这个想法,研究人员训练了小鼠在第1天跑出正方形迷宫,然后在第2天跑出圆形迷宫,在这种情况下,小鼠每四圈也将获得奖励。他们发现位置细胞改变了它们的活动,反映了新的环境。但是,无论赛道的形状如何,在四圈中的每一圈中都会激活相同组的圈特定细胞。当圈数随机缩短或延长时,圈数编码细胞的活性也保持一致。

Sun表示:“即使在新的空间位置,单元仍保持其对圈数的编码,这表明编码方形圈1的单元现在已转换为圆形圈1的代码。”

研究人员还表明,如果他们使用光遗传学抑制来自大脑内内侧皮质(MEC)的一部分的感觉输入,则不会发生搭接编码。他们现在正在研究MEC区域提供什么样的输入,以帮助海马创造由体验块组成的记忆。

两个不同的代码

这些发现表明,实际上,无论何时何地,无论您在哪里吃饭,都在每次晚餐时都会激活类似的记忆细胞。研究人员认为,海马体包含“两个相互独立的可操作代码”,Sun说。一种编码位置,时间和感官输入的连续变化,而另一种则将整体体验组织成较小的块,以适合开胃菜和甜点等已知类别。

Tonegawa说:“我们认为这两种类型的海马代码都是有用的,而且都很重要。” “如果我们想记住特定经历中发生的所有细节,发生的瞬间变化,则持续监控是有效的。但是另一方面,当我们有较长的经验时,如果将其放在大块中,并且记住抽象块的抽象顺序,则比监视此漫长的连续更改过程更有效。”

纽约大学医学院神经科学教授Gyorgy Buzsaki说,麻省理工学院的新研究结果“大大提高了我们对海马功能的了解”,他不是研究小组的成员。

“这些发现意义重大,因为它们告诉我们,海马不仅仅是在“代表”空间或将路径整合为连续的长途旅行中做得多。” Buzsaki说。“从这些非凡的结果中,Tonegawa和同事得出的结论是,他们发现了一个'事件代码',致力于通过事件来组织体验,并且该代码与空间和时间表示无关,也就是说,工作也归因于海马体。”

Tonegawa和Sun认为,编码大量经验的单元网络对于一种称为转移学习的学习也可能有用,该学习使您可以应用已经拥有的知识来帮助您解释新的经验或学习新事物。Tonegawa的实验室现在正在努力寻找可能编码这些特定知识片段的细胞群体。


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