深圳新聞網(wǎng)2024年9月6日訊（記者 何亞南）空間信息和時(shí)間信息是情景記憶的主要組織維度，幾十年的研究確定了海馬是參與情景記憶的關(guān)鍵大腦區(qū)域，并不斷證明其在空間和時(shí)間認(rèn)知中的關(guān)鍵作用。9月5日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦認(rèn)知與腦疾病研究所王成研究員團(tuán)隊(duì)和南方科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳小菁助理教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在Neuron雜志發(fā)表題為“Integration and competition between space and time in the hippocampus”的研究論文，揭示了海馬這個(gè)大腦中的記憶中心如何同時(shí)處理并整合空間和時(shí)間信息，為情景記憶的形成提供了新的理解。這項(xiàng)研究為探索大腦如何構(gòu)建我們對(duì)經(jīng)歷的時(shí)空表征提供了重要線索，或?qū)⑼苿?dòng)記憶障礙治療的發(fā)展。
海馬在涉及位置和時(shí)間的認(rèn)知任務(wù)中扮演著至關(guān)重要的角色。前人研究發(fā)現(xiàn)，在個(gè)體探索空間環(huán)境的過程中海馬神經(jīng)元會(huì)選擇性地在特定的位置放電，這類神經(jīng)元被命名為位置細(xì)胞（Place Cell）。類似的，在固定時(shí)間的實(shí)驗(yàn)范式中，海馬神經(jīng)元會(huì)選擇性地在設(shè)特定時(shí)刻放電，這類神經(jīng)元被稱為時(shí)間細(xì)胞（Time Cell）。位置細(xì)胞和時(shí)間細(xì)胞分別負(fù)責(zé)編碼個(gè)體在環(huán)境中的位置以及特定時(shí)間點(diǎn)的記憶。然而，空間信息和時(shí)間信息如何交互和整合，形成我們記憶中的情境背景，一直是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的未解之謎。
（海馬神經(jīng)元的時(shí)空表征：整合和競(jìng)爭(zhēng)。在同一任務(wù)中，海馬神經(jīng)元的位置場(chǎng)和時(shí)間場(chǎng)呈負(fù)相關(guān)。）
在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)多種時(shí)空導(dǎo)航任務(wù)，同時(shí)記錄小鼠海馬CA1神經(jīng)元的活動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)，在同一任務(wù)中，許多CA1神經(jīng)元同時(shí)具有位置細(xì)胞和時(shí)間細(xì)胞的功能。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了以往認(rèn)為空間和時(shí)間信息是獨(dú)立處理的傳統(tǒng)觀念。更為引人注目的是，研究揭示了空間和時(shí)間表征之間的復(fù)雜關(guān)系——神經(jīng)元表征的空間位置與其經(jīng)歷的時(shí)間長(zhǎng)度之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即當(dāng)經(jīng)歷的時(shí)間變長(zhǎng)時(shí)，神經(jīng)元表征的空間位置會(huì)向環(huán)境起點(diǎn)方向移動(dòng)。這種相關(guān)性增強(qiáng)了空間和時(shí)間維度的信息含量。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步指出，這種在單個(gè)神經(jīng)元層面上對(duì)空間和時(shí)間的綜合編碼，表明海馬體能夠創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)態(tài)、靈活的神經(jīng)圖譜，以適應(yīng)不斷變化的時(shí)空背景。這一發(fā)現(xiàn)不僅加深了我們對(duì)大腦如何處理連續(xù)體驗(yàn)的理解，還可能為開發(fā)針對(duì)記憶障礙的干預(yù)策略提供新的思路。
此外，研究還發(fā)現(xiàn)CA3區(qū)域在調(diào)控這種空間與時(shí)間編碼之間的關(guān)系方面發(fā)揮了重要作用，這暗示著在維持空間和時(shí)間編碼的平衡時(shí)，可能有更為復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參與其中。團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的整體協(xié)同作用，或許能夠解釋為何海馬能夠在不同情境下靈活應(yīng)對(duì)時(shí)間和空間的動(dòng)態(tài)變化。
這一研究不僅為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域帶來了新的突破，也為更廣泛的科學(xué)研究提供了新的方向，尤其是在探討大腦如何處理時(shí)空連續(xù)體驗(yàn)以及開發(fā)針對(duì)記憶相關(guān)疾病的特定療法方面。
陳小菁課題組博士研究生陳士杰、王成課題組助理研究員程寧博士為本論文的共同第一作者。陳小菁和王成為論文共同通訊作者。該研究是在國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、科技部腦計(jì)劃重大專項(xiàng)、廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目、深圳市抑郁障礙精準(zhǔn)診療重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等資助下完成。
（本文由南科大供圖）