研究人員在人類的大腦中發現了兩種類型的細胞，它們根據它們發生的時間來組織離散的記憶。這一發現提高了研究人員對人腦如何形成記憶的理解，並可能對記憶障礙（如阿爾茨海默病）產生影響。這項研究得到了美國國立衛生研究院（NIH）“通過推進創新神經技術進行大腦研究”（BRAIN）計劃的支持，並發表在《自然-神經科學》上。
美國國家神經疾病和中風研究所和美國國立衛生研究院BRAIN計劃的項目主任Jim Gnadt博士說：“這項工作在研究人員如何研究人類大腦的思維方式方面是變革性的。它為人類神經科學帶來了以前在非人靈長類動物和嚙齒類動物中使用的方法，即直接記錄正在產生思想的神經元。”
這項研究由洛杉磯Cedars-Sinai醫療中心的神經外科、神經學和生物醫學教授Ueli Rutishauser博士領導，從一個看似簡單的問題開始：我們的大腦如何形成和組織記憶？我們清醒的生活是一個連續的經歷，但根據人類行為研究，人們認為我們把這些生活事件作為單獨的、獨特的時刻來存儲。什麼標誌着一個記憶的開始和結束？這一理論被稱為“事件分割”，而我們對這一過程在人腦中是如何運作的了解相對較少。
人腦如何存儲和檢索記憶
為了研究這一點，Rutishauser和他的同事們與20名患者一起工作，他們正在接受顱內記錄大腦活動，以指導治療他們的耐藥性癲癇的手術。他們研究了在播放含有不同類型的“認知邊界 ”的電影片段時，患者的大腦活動會受到怎樣的影響–這種過渡被認為會引發記憶存儲方式的改變，並標誌着大腦中記憶“文件”的開始和結束。
第一種類型被稱為 “軟邊界”，是包含一個場景的視頻，然後切到另一個場景，繼續同一個故事。例如，在一場棒球比賽中，投出一個球，當擊球手擊球時，鏡頭切到外野手接球的鏡頭。相比之下，“硬邊界”是切入一個完全不同的故事–想象一下，如果擊球后立即切入一個廣告。
波士頓兒童醫院的博士后、該研究的第一作者鄭傑（音譯）解釋了這兩種邊界的關鍵區別。“這是同一個故事中的一個新場景，還是我們正在觀看一個完全不同的故事？敘事從一個片段到下一個片段的變化程度決定了認知邊界的類型，”鄭傑說。
研究人員在參與者觀看視頻時記錄了他們的大腦活動，他們注意到有兩組不同的細胞通過增加它們的活動對不同類型的邊界作出反應。一組被稱為“邊界細胞”，在應對“軟”或“硬”邊界時變得更加活躍。第二組被稱為“事件細胞”，只對“硬邊界”做出反應。這導致了這樣一個理論：當邊界細胞和事件細胞的活動達到高峰時，就會產生新的記憶，而這是只有在“硬邊界”之後才會發生的事情。
關於記憶如何在大腦中存儲和訪問的一個比喻是照片如何存儲在你的手機或電腦上。通常情況下，照片會根據拍攝時間和地點被自動分組為事件，然後作為該事件的關鍵照片顯示給你。當你點選或點擊那張照片時，你可以深入了解該特定事件。
“一個邊界反應可以被認為是創造一個新的照片事件，”Rutishauser博士說。“當你建立記憶時，就像新的照片被添加到該事件中。當硬邊界發生時，該事件被關閉，一個新的事件開始。軟邊界可以被認為是代表在一個單一事件中創建的新圖像。”
研究人員接下來研究了記憶檢索，以及這一過程與邊界和事件細胞的發射有什麼關係。他們推測，大腦使用邊界峰作為”掠過”過去記憶的標記，就像使用關鍵照片來識別事件一樣。當大腦發現一個看起來很熟悉的發射模式時，它就會“打開”該事件。
為研究這一理論，我們使用了兩個不同的記憶測試。在第一個測試中，參與者被展示了一系列靜態圖像，並被問及這些圖像是否來自他們剛剛觀看的電影片段中的某個場景。研究參與者更有可能記住發生在硬邊界或軟邊界之後不久的圖像，這時新的“照片”或“事件”將被創造。
第二項測試涉及展示從他們剛剛觀看的電影片段中提取的兩張圖像。然後，參與者被問及這兩張圖片中哪張先出現。結果發現，如果這兩張圖片出現在一個硬邊界的不同側面，他們就很難選擇正確的圖片，可能是因為它們被放在不同的”事件”中。
這些發現讓我們看到了人類大腦是如何創造、儲存和獲取記憶的。由於事件分割是一個在記憶障礙患者中可能受到影響的過程，這些見解可以應用於新療法的開發。
在未來，Rutishauser博士和他的團隊計劃研究兩個可能的途徑來開發與這些發現有關的療法。首先，使用化學物質多巴胺的神經元，因其在獎勵機制中的作用而最為人所知，可能會被邊界和事件細胞激活，這表明一個可能的目標是幫助加強記憶的形成。
其次，大腦的正常內部節奏之一，即所謂的θ節奏，已經與學習和記憶有關。如果事件細胞與該節奏同步發射，參與者更容易記住他們所看到的圖像的順序。由於深層腦刺激可以影響θ節奏，這可能是治療某些記憶障礙患者的另一個途徑。