大腦GPS:人類記憶的管理辦法

2020-12-06 生物谷

（圖片來源：www.npr.org）

2015年11月10日 訊 /生物谷BIOON/ --幫助我們在超市裡尋找方向的大腦工作系統也同時幫助我們儲存與搜索一生的記憶。最近一項發表在《Neuron》雜誌上的大鼠水平的文章表明了這一觀點。

他們發現，一類能夠鎖定動物所在地理位置的的特殊大腦系統同時能夠追蹤時間與距離。這也許解釋了大鼠及人類大腦能夠有效管理包含時間與空間信息的記憶。

這類被稱為「網格」細胞（Grid cells），"能夠把一件事情發生的時間與空間信息線性化排列並儲存起來"。該文章的作者，來自波士頓大學腦與記憶研究中心的主任Howard Eichenbaum說到。

「網格」細胞於2005年首次由挪威科學家發現，他們在2014年獲得了諾貝爾生理或醫學獎。至今，這類細胞被認為主要實現了類似GPS定位的作用，從而幫助大腦構建外部環境的地圖。

"這首次證明了該類細胞同時能夠記錄時間方面的信息，而時間是記憶重要的組成元素之一"  來自哥倫比亞大學的助理教授Joshua Jacobs說到。

這一發現使得許多關於導航與記憶相關的研究聯繫到了一起。

很多年來，科學家們已經知道大腦中負責導航的區域同時參與了記憶的形成。同時，他們也知道該區域，即海馬體與嗅內皮層區域影響了老年痴呆症的發生。

"患有阿茲海默症的患者同時也具有導航方面的缺陷"， Eichenbaum說到，在缺乏GPS的情況下，他們難以將自己合理地定位於環境中，從而導致迷失的情況發生。

這項以大鼠為對象的研究希望了解更多關於導航與記憶之間的關係。他們研究團隊將大鼠放置於跑步機上，同時對GPS細胞進行檢測。

他們指出，即使動物們一直在跑步，他們的空間位移卻並沒有改變。因此，大腦中的GPS並不能夠僅僅通過運動模式或者環境的變化而激活大腦中的「網格」細胞。

然而，大部分坐「網格」細胞可以通過另外一種方式受到激活。他們不再受到視覺信息的影響，而是受到奔跑的裡程或經歷的時間的影響。

"所以說，可能是在大鼠奔跑時間達到5秒時，大腦中的GPS細胞同時激活，而在跑步機上進行實驗，也會發現大鼠每經歷一段時間就會有GPS細胞激活的反應"。這說明網格細胞並不會記錄空間，而是會記錄時間。

時間是人類組織與管理記憶的重要工具。大腦通過這種方式吸納了人們一生中的種種經歷。

打個比方，你可以通過想像假如自己鑰匙放錯了地方之後將會發生什麼事情來了解記憶的管理方式。"你可能會想你是在哪裡把鑰匙放下的，然後可能會去想是什麼時間。最後，通過反覆地會想從而縮短那個可能的時空"。

你正在做的，就是尋找你的時空坐標，就像在城市中行駛的過程中尋找自己在哪裡一樣。

Jacobs認為進化導致了大腦產生了一類簡單的處理手段——"導航"，用於處理一些十分複雜的問題，管理記憶。即便如此，他也懷疑僅僅從大鼠在跑步機上的這幾秒鐘得出這麼多的結論有點解讀過度。

如果位於海馬體與嗅內皮層的「網格」細胞真正幫助我們管理與探尋我們的記憶，它們所能表示的時間長度就不僅僅是幾秒而已，而是一生的長度。"這將會是科學研究的大飛躍"。 （生物谷bioon.com）

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During Running in Place， Grid Cells Integrate Elapsed Time and Distance Run

DOI： http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2015.09.031

Summary

The spatial scale of grid cells may be provided by self-generated motion information or by external sensory information from environmental cues. To determine whether grid cell activity reflects distance traveled or elapsed time independent of external information， we recorded grid cells as animals ran in place on a treadmill. Grid cell activity was only weakly influenced by location， but most grid cells and other neurons recorded from the same electrodes strongly signaled a combination of distance and time， with some signaling only distance or time. Grid cells were more sharply tuned to time and distance than non-grid cells. Many grid cells exhibited multiple firing fields during treadmill running， parallel to the periodic firing fields observed in open fields， suggesting a common mode of information processing. These observations indicate that， in the absence of external dynamic cues， grid cells integrate self-generated distance and time information to encode a representation of experience.

 

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