海马体是大脑的一个小卷,位于太阳穴下。它在记忆形成中起着至关重要的作用,通过在神经元之间建立新的连接,将我们的经验和互动植入众所周知的石头中。

6月27日发表的一份报告科学揭示了海马体是如何学习和将某些经历硬连接到记忆中的。作者表明,在遵循特定行为后,海马体会反复播放该行为,直到它被内在化。他们还报告了海马体是如何跟踪我们大脑的决策中心来记住我们过去的选择的。

先前的研究表明,啮齿动物的海马体会在睡眠或休息期间重放或重温过去的经历。例如,当一只老鼠在迷宫中导航时,所谓的位置细胞就会被激活,帮助它追踪自己的位置。在它们穿过迷宫的过程中,这些相同的细胞以完全相同的模式被重新激活。以前发生的事情在脑海里又重演了一遍。

这项新研究的作者们很好奇,这种现象是否只适用于之前与某个特定地点的相遇,或者这种海马体的重放是否也适用于更广泛的记忆,包括精神记忆和非空间记忆。

事实证明确实如此。

在这项研究中,研究人员向33名参与者展示了一系列包含面孔和房子的图像。他们必须判断其中一个的年龄。如果在第二次试验中,所选选项的年龄保持不变,则在后续试验中判断的类别也没有变化。如果年龄不同,在下一轮中被评判的类别会转到另一个选项。

在进行这些任务的同时,研究人员对受试者进行了功能磁共振成像(fMRI),这使研究人员能够监测在给定时间内与大脑活跃区域相关的大脑代谢活动。在这种情况下,成像使研究人员能够在做决定任务之前、期间和之后观察不同大脑区域的活动模式。

在40分钟的锻炼之后,参与者在休息5分钟的时候接受了大脑扫描。海马在休息时记录的功能磁共振成像模式似乎重现了在决策任务中发生的活动片段。他们一次又一次地这样做。这就好像大脑不断地倒带一个电影场景,直到它能背诵下来。

此外,新的研究发现,在海马体中重放次数更多的人,表现出的活动更类似于在被称为眶额皮层的大脑区域进行的任务,该区域涉及决策。“我们发现眼窝额叶皮层的活动与海马体的重放有关,这一事实真的很惊人,”该论文的主要作者、柏林马克斯·普朗克人类发展研究所的神经学家尼古拉斯·舒克说。他认为这些发现表明,在静止的海马体中重放任务和决策序列有助于训练大脑皮层在未来更好地解决类似的任务。

该论文的资深作者、普林斯顿大学神经学家雅艾尔·尼弗表示,新的研究结果表明,海马体的重复活动不仅对形成记忆至关重要,而且还有助于了解我们的哪些行为和决定在实现目标时最有效,因此应该重复

没有参与这项研究的佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)心理学教授萨克雷·布朗(Thackery Brown)发现,这项新研究至关重要,它证明了海马体不仅支持导航和空间体验的重放,还支持决策的重放。“尽管空间导航对人类和动物的日常生活都是必不可少的,”他解释道,“我们经常记住发生在时间和空间上的一系列经历。”例如,我们孩子的生日派对的记忆,可能涉及在一个地点随着时间的推移而展开的许多事件。”一旦我们回到家,躺在沙发上,海马体似乎就会一遍又一遍地重复观看这场派对,把它记在记忆里。

正如这项新研究显示的那样,记忆的长期命运取决于海马神经元和大脑皮层高级认知处理区域的神经元之间的连接。布朗认为,海马体的活动,特别是舒克和尼弗描述的重放活动,有助于加强这些联系,使它们提供长期的痕迹,我们可以利用各种记忆线索。他说:“这种‘神经预演’可以鼓励编码记忆的神经元之间建立更强的联系。”

众所周知,当我们在睡觉或冥想时,我们认为我们让大脑休息了,它就会变得忙碌。这项新发现可能与我们在打鼾时进行的记忆巩固有关。舒克解释说,睡眠期间的海马体重放可能有助于形成和储存记忆。一个悬而未决的问题是,在做梦过程中是否也存在重放的角色:将最近发生的事件扭曲成那些梦幻般的夜间故事,可能是为了处理和储存——或者扔掉——我们最近的经历。

Schuck和Niv计划使用他们的大脑分析技术来探索计划任务如何与重放相关。他们想研究有效的计划是否需要回忆和重温过去的经验,以更好地优化我们接近未来的方式。

Schuck说:“我们认为我们的新方法将为更详细地研究人类的回放打开一扇门。”“我们希望我们的新方法为未来研究这些事情铺平道路。”