人腦是如何對時間的流動和體驗進行編碼和理解的？事實上，提取日常體驗中的重複事件的時間模式，對於組織記憶中的資訊、預測未來以及指導行為至關重要。然而，科學家並不瞭解這個過程是如何在細胞水平上完成的。
現在，在一項新發表於《自然》雜誌的研究中，一組研究人員開始揭示這個神經科學中的基礎謎題。
兩個關鍵的腦區
為了理解周圍的世界，我們的腦必須處理大量關於“何事”（what）“何時”（when）“何處”（where）的資訊。那麼，腦是如何隨著時間的推移組織這些資訊的？
在先前的一些研究中，科學家已經先後在齧齒動物和人類身上發現，有兩個腦區對空間導航起到了關鍵作用。這兩個腦區就是海馬和內嗅皮層，它們與記憶和導航有關，可以相互作用形成一幅空間環境的“認知地圖”。
這種“認知地圖”是由一系列相互作用的神經元所編碼的，包括海馬的“位置細胞”和內嗅皮層的“網格細胞”。當動物處於特定位置時，位置細胞會放電；網格細胞則能提供空間距離的度量。
在進一步的後續研究中，科學家發現類似的神經活動也能表現非空間體驗，如時間、聲音訊率、物體特徵。
在新的研究中，為了研究人腦對時間事件的處理，研究人員對17名患有頑固性癲癇的患者進行了研究。這些參與了研究的患者的腦中被植入了為手術治療而準備的電極。這些電極使研究人員可以直接捕捉多個腦區的單個神經元活動。
影象實驗
在實驗中，研究人員首先在大約40分鐘的時間裡，透過電腦反覆向參與者展示約120張影象。在這些影象中顯示的人物、動物、物體和地標，部分是根據參與者的偏好（例如最喜歡的演員、音樂家、地點等）選擇的。在此過程中，參與者會被要求完成一系列任務，比如判斷每張影象中是否有人，判斷每張影象中是否有植物等等。
研究人員會部分根據每個參與者的喜好，為每個參與者選出6張有人臉的影象，這些影象能促使參與者腦中的某個神經元被強烈地啟用。然後，他們會將每個參與者的6張圖片排成一個三角形，每個角各有一張，每條邊上也各有一張，每張圖象都與相鄰的影象透過線段相連。
模式識別：研究人員將6張圖片排列在一個三角形上。當研究參與者看到一張圖片時，下一張看到的就是與之相鄰的圖片。（圖/Tacikowski et al. ）
當實驗開始時，研究人員會採用一種簡單的順序來展示影象：當一張影象被展示之後，下一張展示的都會是在三角形上與之相連的影象。例如，如果第一張圖是三角形左下角的“1”，那麼第二張要展示的則是與之相連的“2”或“3”。
在進行這項實驗時，參與者對於這一規則並不知情。而且在實驗過程中，研究人員都會問參與者有關影象內容的問題，以分散他們的注意力。與此同時，研究人員會記錄下參與者在經歷這些涉及到行為任務、模式識別和影象排序的複雜任務時的神經活動。
無意識地識別
研究結果表明，每個參與者的海馬和內嗅皮層的神經元，不僅逐漸開始對呈現的影象做出反應，而且還開始對三角形上與之直接相連的影象做出反應。而當參與者被問及他們是否注意到了影象順序上存在的任何規律時，他們表示沒有。但他們的腦細胞仍然習得了這種模式，這表明人腦可以在無意識的情況下識別模式。
此外，研究人員還觀察到，在實驗結束後，參與者的那些特定神經元仍會重放它們習得的東西，並且在沒有任何刺激的情況下自行迴圈使用這些模式。 這表明人腦可以在學習模式的基礎上，學習預測未來的事件。
這項研究首次在神經元水平向我們展示了，事物的軌跡在時間上的表徵是如何被人類的海馬和內嗅皮層系統所結合的。這些結果可用於幫助開發能增強記憶和其他認知功能的神經假肢，並有助於人工智慧對人腦認知的理解。
#創作團隊：
編譯：糖獸
排版：雯雯
#參考來源：
https://www.uclahealth.org/news/release/encoding-human-experience-study-reveals-how-brain-cells
https://www.nature.com/articles/d41586-024-03116-8
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07973-1
#圖片來源：
封面圖&首圖：Bioscience Image Library by Fayette Reynolds
