编码人类经验：研究揭示了脑细胞如何计算时间流

由加州大学洛杉矶分校健康中心领导的一项具有里程碑意义的研究开始揭开神经科学的一个基本谜团——人类大脑是如何对时间和经历的流动进行编码和理解的。

发表在《自然》杂志上的这项研究直接记录了人类单个神经元的活动，发现特定类型的脑细胞以一种主要反映一个人经历的顺序和结构的方式放电。他们发现，在经历结束后，大脑会保留这些独特的放电模式，并能在休息时快速回放。此外，大脑还能够利用这些习得的模式，为以后的刺激做好准备。这些发现提供了第一个关于特定脑细胞如何整合“什么”和“什么时候”信息来提取和保留经历的表征的经验证据。

该研究的资深作者Itzhak Fried博士说，研究结果可以用于开发神经修复装置，以增强记忆和其他认知功能，并对人工智能对人类大脑认知的理解产生影响。

Fried博士说:“随着时间的推移，从经历中识别模式对人类大脑形成记忆、预测潜在的未来结果和指导行为至关重要。但直到现在，这个过程是如何在细胞水平上在大脑中进行的还不得而知。”

先前的研究，包括弗里德博士的研究，使用大脑记录和神经成像来了解大脑是如何处理空间导航的，在动物和人类模型中显示，大脑的两个区域——海马体和内嗅皮层——起着关键作用。这两个大脑区域在记忆功能中都很重要，它们相互作用，形成一幅“认知地图”。海马体神经元充当“位置细胞”，显示动物何时处于特定位置，类似于地图上的“X”，而内嗅神经元充当“网格细胞”，提供空间距离度量。弗里德的研究小组首先在啮齿动物身上发现了这些细胞，后来又在人类身上发现了这些细胞。

进一步的研究发现，类似的神经活动也能表现非空间体验，如时间、声音频率和物体特征。弗里德和他的同事们的一项开创性发现是，人类海马体和内嗅皮层中的“概念细胞”对特定的个体、地点或不同的物体做出反应，似乎是我们记忆能力的基础。

为了及时检查大脑对事件的处理，加州大学洛杉矶分校的研究招募了17名患有顽治性癫痫的参与者，他们之前曾在大脑中植入深度电极进行临床治疗。

研究人员记录了参与者的神经活动，因为他们经历了一个复杂的过程，包括行为任务、模式识别和图像排序。

参与者首先经历了一个初步的筛选部分，在此期间，大约120张人物、动物、物体和地标的图像在大约40分钟的时间里在电脑上反复向他们展示。参与者被要求完成各种任务，比如判断照片上是否有一个人。这些图片，比如著名演员、音乐家和地方，部分是根据每个参与者的喜好来选择的。

在此之后，参与者进行了一个三个阶段的实验，在这个实验中，他们会对在金字塔形图形的不同位置任意显示的图像做出反应，并执行行为任务。为每个参与者选择了六张图片。

在第一阶段，图像以伪随机顺序显示。下一阶段的图像顺序由金字塔图上的位置决定。最后阶段与第一阶段相同。在观看这些图像时，参与者被要求执行各种与金字塔图上图像位置无关的行为任务。这些任务包括确定图像显示的是男性还是女性，或者给定的图像是否与前一阶段相对应。

在他们的分析中，弗里德和他的同事们发现海马体-内嗅神经元逐渐开始改变，并使它们的活动与金字塔图上图像的顺序密切相关。根据弗里德的说法，这些模式是自然形成的，没有直接指示参与者。此外，神经元模式反映了即将到来的刺激的可能性，即使在任务完成后也保留了编码模式。

该研究的主要作者是Pawel Tacikowski，共同作者是Guldamla calendar和Davide Ciliberti。

“这项研究首次向我们展示了大脑是如何使用类似的机制来表示看似非常不同的信息类型:空间和时间。”“我们已经在神经元水平上证明了这些物体轨迹在时间上的表征是如何被人类海马-内嗅系统所结合的。”