研究表明大脑中的时间细胞对于复杂的学习至关重要

发布时间：2024-07-31 14:33:14 栏目：精选知识

导读 时间感是我们理解、回忆和与世界互动的基础。从交谈到开车，各种各样的任务都需要我们记住和感知事情需要多长时间——这是一种复杂但很大程...

时间感是我们理解、回忆和与世界互动的基础。从交谈到开车，各种各样的任务都需要我们记住和感知事情需要多长时间——这是一种复杂但很大程度上无意识的计算，在我们的思维表面下不断运行。



现在，犹他大学健康中心的研究人员发现，在小鼠中，特定群体的“时间细胞”对于学习时间至关重要的复杂行为至关重要。就像时钟的秒针一样，时间细胞按顺序发射以绘制短时间。

但研究人员发现，时间细胞不仅仅是一个简单的时钟——当动物学会区分不同时间的事件时，时间细胞活动的模式会发生变化，以不同的方式表示每个事件模式。这一发现最终可能有助于早期发现影响时间感的神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏症。

这项新研究发表在《自然神经科学》杂志上。

鼠标代码

通过将复杂的基于时间的学习任务与先进的大脑成像相结合，研究人员能够观察到随着小鼠的学习，时间细胞活动的模式变得越来越复杂。研究人员首先设置了一个试验，其中学习事件时间的差异至关重要。为了获得奖励，小鼠必须学会区分具有可变时间的气味刺激模式，就好像它们正在学习一种非常简单的摩尔斯电码一样。

在小鼠学习之前和之后，研究人员使用尖端显微镜实时观察单个时间细胞的激活情况。起初，它们的时间细胞对每种气味刺激模式的反应都相同。但随着它们学习不同时间的刺激模式，小鼠对每种事件模式形成了不同的时间细胞活动模式。

值得注意的是，在小鼠犯错的试验中，研究人员发现它们的时间细胞经常以错误的顺序激活，这表明正确的时间细胞活动顺序对于执行基于时间的任务至关重要。犹他州大学斯宾塞·福克斯·埃克尔斯医学院神经生物学博士后研究员、这项研究的共同第一作者 Hyunwoo Lee 博士说：“时间细胞应该在试验期间的特定时刻活跃。但当小鼠犯错时，这种选择性活动就变得混乱了。”

不仅仅是秒表

令人惊讶的是，时间细胞的作用远不止追踪时间，神经生物学研究生助理、这项研究的共同第一作者艾琳·比格斯 (Erin Bigus)说。当研究人员暂时阻断包含时间细胞的大脑区域——内侧内嗅皮层 (MEC) 的活动时，小鼠仍然可以感知甚至预测事件的时间。但它们无法从头开始学习与时间相关的复杂任务。“MEC 并不像在任何简单情况下追踪时间所必需的非常简单的秒表，”比格斯说。“它的作用似乎在于实际学习这些更复杂的时间关系。”

有趣的是，之前对 MEC 的研究发现，它还参与学习空间信息和构建“思维导图”。在这项新研究中，研究人员注意到，学习基于时间的任务时出现的大脑活动模式与之前观察到的空间学习模式有一些相似之处;即使动物没有主动学习，这两种模式的某些方面也会持续存在。

研究人员表示，虽然还需要更多研究，但这些结果表明大脑能够以基本相似的方式处理空间和时间。“我们认为内嗅皮层可能具有双重作用，既可以作为里程表来追踪距离，又可以作为时钟来追踪时间流逝，”神经生物学助理教授、这项研究的资深作者James Heys 博士说。

“这些是大脑中第一个受到阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病影响的区域。我们感兴趣的是探索复杂的计时行为任务是否可以成为检测阿尔茨海默氏症早期发作的有效方法。” – James Heys

研究人员表示，了解大脑如何处理时间最终可能有助于发现阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病。MEC 是阿尔茨海默氏症最先影响的大脑区域之一，这暗示复杂的计时任务可能是及早发现这种疾病的一种方法。