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神经科学家发现脑细胞是如何形成“地理标记”

2019-05-08 19:28:00 医疗设备108℃

  神经科学家发现脑细胞是如何形成“地理标记”的。对于特定的记忆

  2013年11月29日

  宾夕法尼亚大学和弗莱堡大学的神经科学家团队使用视频游戏,其中人们在虚拟城镇中导航,将物体传送到特定位置,他们发现编码空间信息的脑细胞是如何形成“地理标记”的。对于特定的记忆,并在召回这些记忆之前立即激活。

  他们的工作展示了如何将空间信息融入记忆中,以及为什么记住体验可以快速地将其他事件发生在同一个地方。

  “这些发现为人类记忆系统标记记忆的观点提供了第一个直接的神经证据,该记忆具有关于它们在何时何地形成的信息,并且召回行为涉及恢复这些标记”。宾夕法尼亚大学艺术与科学学院心理学教授Michael Kahana说。

  该研究由Kahana和Freiberg的Andreas Schulze-Bonhage教授领导。

   Jonathan F. Miller,Alec Solway,Max Merkow和Sean M. Polyn,Kahana实验室的所有成员,Markus Neufang,Armin Brandt,Michael Trippel,Irina Mader和Stefan Hefft,Schulze-Bonhage实验室的所有成员,为该研究做出了贡献。他们还与德雷克塞尔大学的约书亚雅各布斯合作。

  他们的研究发表在“科学”杂志上。

  Kahana和他的同事长期以来对癫痫患者进行了研究,这些癫痫患者的脑部植入电极作为治疗的一部分。当患者从他们的病床参与实验时,电极直接捕获整个大脑的电活动。

  与Kahana小组进行的早期空间记忆实验一样,这项研究涉及在床边计算机上玩简单的视频游戏。该实验中的游戏涉及向虚拟城市中的商店进行交付。参与者首先被允许自由探索城市并了解商店的位置。当游戏开始时,参与者只被指示他们下一站的位置,而不被告知他们正在交付什么。在他们到达目的地后,游戏将显示已经交付的物品,然后给参与者下一站。

  在13次交付之后,屏幕变成空白,并且要求参与者记住并按照他们想到的顺序命名他们交付的许多项目。

  这使研究人员能够将与空间记忆形成相关的神经激活(商店的位置)与情景记忆的回忆联系起来:(已经交付的物品清单)。

  “在自然主义环境中研究记忆的一个挑战是,我们无法创造一个真实的体验,在这个体验中,实验者保持对参与者所做和所看到的事物的控制并能够衡量每个方面。虚拟现实解决了这个问题,“卡哈纳说。 “让这些患者玩我们的游戏允许我们记录他们在游戏中采取的每个动作并且在空间导航期间以及之后在口头回忆期间测量神经元的响应。”

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  通过要求参与者回忆他们所交付的物品而不是他们所访问的商店,研究人员可以测试他们的空间记忆系统是否即使在访问情景记忆时也被激活。与空间记忆相关的神经元的类似地图的性质使得这种比较成为可能。

  “在导航期间,海马体和邻近区域中的神经元通常可以代表患者在城镇内的虚拟位置,类似于脑GPS设备,”卡哈纳说。 “这些所谓的放置细胞可能是编码抽象认知表征的神经元最引人注目的例子。”

  利用参与者在城市中航行时产生的大脑记录,研究人员能够开发出与城市布局相对应的神经地图。当参与者通过特定商店时,研究人员将该位置的空间记忆与记录的位置细胞激活模式相关联。为了避免混淆与商店位置的空间记忆一起提供的物品的情节记忆,研究人员排除了将其放置在神经地图上时直接进出该商店的旅行。

  通过手中放置细胞激活的地图,研究人员能够交叉参考每个参与者的空间记忆,因为他们访问了所交付物品的情节记忆。研究人员发现,与参与者的特定区域相关联的神经元紧接在参与者命名传递到该区域中的商店的项目之前激活。

  “这意味着,如果我们只给出参与者的位置细胞激活,” Kahana说,“我们可以预测,他或她正在召回的项目,准确度高于准确性。虽然我们无法区分这些空间记忆是否实际上帮助参与者访问他们的情节记忆或者只是为了骑行而来,我们看到这个地方细胞激活在记忆检索过程中发挥作用。

  早期对人类和动物认知的神经科学研究表明,海马体有两个不同的角色:制图师的角色,跟踪空间记忆的位置信息,以及抄写员的角色,记录事件记忆的事件。该实验进一步证明了这些角色是相互交织的。

  “我们发现记忆的自发回忆激活其神经地理标记表明海马体的空间和情景记忆功能密切相关并且可以反映共同的功能结构”。卡哈纳说。

  资料来源:宾夕法尼亚大学

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