時(shí)間感是我們理解、回憶和與世界互動(dòng)的基礎(chǔ)。從交談到開(kāi)車，各種任務(wù)都需要我們記住并感知事情需要多長(zhǎng)時(shí)間——這是一種復(fù)雜但基本上是無(wú)意識(shí)的計(jì)算，在我們的思想表面下不斷運(yùn)行。
現(xiàn)在，猶他健康大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，在小鼠身上，一種特定的“時(shí)間細(xì)胞”對(duì)于學(xué)習(xí)復(fù)雜的行為至關(guān)重要，而時(shí)間是至關(guān)重要的。就像時(shí)鐘的秒針一樣，時(shí)間細(xì)胞按順序激活以繪制短時(shí)間。
但研究人員發(fā)現(xiàn)，時(shí)間細(xì)胞不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的時(shí)鐘——當(dāng)動(dòng)物學(xué)會(huì)區(qū)分不同的時(shí)間事件時(shí)，時(shí)間細(xì)胞活動(dòng)的模式會(huì)發(fā)生變化，以不同的方式代表不同的事件模式。這一發(fā)現(xiàn)最終可能有助于早期發(fā)現(xiàn)影響時(shí)間感的神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默氏癥。
這項(xiàng)新研究發(fā)表在《Nature Neuroscience》雜志上。
鼠標(biāo)的代碼
通過(guò)將復(fù)雜的基于時(shí)間的學(xué)習(xí)任務(wù)與先進(jìn)的腦成像相結(jié)合，研究人員能夠觀察到隨著小鼠學(xué)習(xí)，時(shí)間細(xì)胞的活動(dòng)模式變得更加復(fù)雜。研究人員首先進(jìn)行了一項(xiàng)試驗(yàn)，在該試驗(yàn)中，了解事件發(fā)生時(shí)間的差異至關(guān)重要。為了獲得獎(jiǎng)勵(lì)，小鼠必須學(xué)會(huì)區(qū)分不同時(shí)間的氣味刺激模式，就像它們?cè)趯W(xué)習(xí)一種非常簡(jiǎn)單的莫爾斯電碼一樣。
在小鼠學(xué)習(xí)之前和之后，研究人員使用先進(jìn)的顯微鏡觀察單個(gè)時(shí)間細(xì)胞的實(shí)時(shí)活動(dòng)。起初，他們的時(shí)間細(xì)胞對(duì)每一種氣味刺激都有相同的反應(yīng)。但是當(dāng)他們學(xué)習(xí)了不同的刺激時(shí)間模式后，小鼠對(duì)不同的事件模式產(chǎn)生了不同的時(shí)間細(xì)胞活動(dòng)模式。
值得注意的是，在小鼠出錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)中，研究人員可以看到它們的時(shí)間細(xì)胞經(jīng)常以錯(cuò)誤的順序激活，這表明正確的時(shí)間細(xì)胞活動(dòng)序列對(duì)于執(zhí)行基于時(shí)間的任務(wù)至關(guān)重要。“時(shí)間細(xì)胞應(yīng)該在試驗(yàn)期間的特定時(shí)刻活躍，”猶他大學(xué)斯賓塞·?？怂?middot;埃克爾斯醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)博士后、該研究的第一作者之一Hyunwoo Lee博士說(shuō)。“但當(dāng)小鼠犯錯(cuò)時(shí)，這種選擇性活動(dòng)就變得混亂了。”
不僅僅是一個(gè)秒表
令人驚訝的是，時(shí)間細(xì)胞扮演著比僅僅追蹤時(shí)間更復(fù)雜的角色，神經(jīng)生物學(xué)研究生研究助理、該研究的第一作者之一Erin Bigus說(shuō)。當(dāng)研究人員暫時(shí)阻斷含有時(shí)間細(xì)胞的大腦區(qū)域，即內(nèi)側(cè)內(nèi)嗅皮層(MEC)的活動(dòng)時(shí)，小鼠仍然可以感知甚至預(yù)測(cè)事件的時(shí)間。但他們無(wú)法從頭開(kāi)始學(xué)習(xí)復(fù)雜的與時(shí)間有關(guān)的任務(wù)。“MEC并不像一個(gè)簡(jiǎn)單的秒表，在任何簡(jiǎn)單的情況下都需要它來(lái)跟蹤時(shí)間，”Bigus說(shuō)。“它的作用似乎是學(xué)習(xí)這些更復(fù)雜的時(shí)間關(guān)系。”
有趣的是，先前對(duì)MEC的研究發(fā)現(xiàn)，它還與學(xué)習(xí)空間信息和構(gòu)建“心理地圖”有關(guān)。在這項(xiàng)新研究中，研究人員注意到，在學(xué)習(xí)基于時(shí)間的任務(wù)時(shí)發(fā)生的大腦活動(dòng)模式與之前觀察到的空間學(xué)習(xí)模式有一些相似之處，即使動(dòng)物沒(méi)有主動(dòng)學(xué)習(xí)，這兩種模式的某些方面也會(huì)持續(xù)存在。
雖然還需要更多的研究，但研究人員表示，這些結(jié)果表明，大腦處理空間和時(shí)間的方式基本相似。神經(jīng)生物學(xué)助理教授、該研究的資深作者James Heys 博士說(shuō):“我們認(rèn)為，內(nèi)嗅皮層可能有雙重作用，既可以作為記錄距離的里程表，也可以作為記錄時(shí)間流逝的時(shí)鐘。這些是大腦中最先受到阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病影響的區(qū)域。我們感興趣的是探索復(fù)雜的時(shí)間行為任務(wù)是否可能是檢測(cè)阿爾茨海默病早期發(fā)病的有用方法。”
研究人員說(shuō)，了解大腦是如何處理時(shí)間的，最終將有助于檢測(cè)阿爾茨海默氏癥等神經(jīng)退行性疾病。MEC是阿爾茨海默病最先影響的大腦區(qū)域之一，這暗示著復(fù)雜的計(jì)時(shí)任務(wù)可能是早期發(fā)現(xiàn)這種疾病的一種方法。
Medial entorhinal cortex mediates learning of context-dependent interval timing behavior
（文章來(lái)源:www.ebiotrade.com/newsf/2024-6/20240619095326317.htm）
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