想象一下你在一家新餐馆和一个朋友共进晚餐。 你可以尝试你以前没有吃过的菜,你的环境对你来说将是全新的。 然而,你的大脑知道你也有过类似的经历——吃菜单,点开胃菜,吃甜点都是你外出用餐时可能做过的事情。
麻省理工学院的神经科学家现在已经确定了细胞的数量,这些细胞编码了整体经验中每一个独特的片段。 这些存储在海马体中的记忆块,在发生类似类型的经验时被激活,并且不同于存储特定位置的详细记忆的神经代码。
研究人员认为,他们在老鼠研究中发现的这种“事件代码”可以帮助大脑解释新的情况,并通过使用相同的细胞来表示类似的经历来学习新的信息。
当你遇到新事物时,会有一些非常新的和值得注意的刺激,但你已经对这种特定的经历有了相当多的了解,因为这是一种与你以前已经有过的类似的经历。”
Susumu Tonegawa,麻省理工学院Picower学习记忆研究所神经电路遗传学实验室
Tonegawa是麻省理工学院Picower学习和记忆研究所RIKEN-MIT神经电路遗传学实验室的生物学和神经科学教授,也是这项研究的高级作者,今天出现在自然神经科学中。 陈孙,麻省理工学院研究生,论文主要作者.. 纽约大学研究生杨万南和皮考尔学院技术助理贾里德马丁也是这篇论文的作者。
众所周知,大脑海马中的某些细胞是专门用来储存特定位置的记忆的。 对老鼠的研究表明,在海马体内,当动物处于特定位置时,或者即使他们梦想着这个位置,被称为“放置细胞”的神经元也会着火。
在这项新的研究中,麻省理工学院的团队想调查海马体是否也存储了记忆中更抽象元素的表示。 这就是说,无论你在哪里吃,无论你进入某家餐厅,这种细胞都可能编码“甜点”。
为了验证这一假设,研究人员测量了小鼠海马CA1区神经元的活动,因为小鼠反复运行一个四圈迷宫。 在每四圈结束时,老鼠被给予奖励。 正如预期的那样,研究人员发现,当老鼠到达轨道上的某些点时,细胞就会亮起。
然而,研究人员还发现,在四圈中的一圈中,有一组细胞活跃,但其他细胞则不活跃。 大约30%的CA1神经元似乎参与了创建这个“事件代码”。
孙说:“这给了我们最初的印象,即除了空间代码外,海马细胞还关心这种被称为lap1的离散经验块,或这种被称为lap2的离散经验块,或lap3,或lap4。”
为了进一步探索这一想法,研究人员训练老鼠在第1天运行一个方形迷宫,然后在第2天运行一个圆形迷宫,在这个迷宫中,他们每四圈后也会得到奖励。 他们发现地方细胞改变了它们的活动,反映了新的环境。 然而,在四个圈中的每一个圈中,相同的圈特异性细胞被激活,而不管轨道的形状如何。 当圈被随机缩短或延长时,圈编码细胞的活性也保持一致。
即使在新的空间位置,细胞仍然保持其对圈数的编码,这表明为方形圈1编码的细胞现在已经转移到圆形圈1的编码中。
陈孙,麻省理工学院
研究人员还表明,如果他们使用光遗传学来抑制来自大脑称为内侧内嗅皮质(MEC)的部分的感觉输入,则不会发生圈编码。 他们现在正在研究MEC区域提供了什么样的输入来帮助海马体创建由大量经验组成的记忆。
这些发现表明,事实上,每次你吃晚餐,类似的记忆细胞都会被激活,无论你在哪里或吃什么。 研究人员理论认为海马体包含“两个相互独立的可操作代码”,孙说。
一个编码位置、时间和感官输入的持续变化,而另一个则将整体体验组织成更小的块,适合已知的类别,如开胃菜和甜点。
Tonegawa说:“我们认为这两种海马编码都是有用的,而且都很重要。” “如果我们想记住在特定经历中发生的所有细节,即发生的瞬间变化,那么持续监测是有效的。 但另一方面,当我们有更长的经验时,如果你把它分成块,并记住抽象块的抽象顺序,这比监视这一长期持续变化的过程更有效。”
Tonegawa和Sun认为,编码大量经验的细胞网络对于一种叫做迁移学习的学习也是有用的,这种学习可以让你应用你已经必须帮助你解释新经验或学习新事物的知识。 tonegawa的实验室正在努力寻找可能编码这些特定知识的细胞群体。