大脑某些区域的神经元整合“什么”和“何时”的信息来实时辨别事件中隐藏的顺序。
海马体中的神经元有助于从大脑中涌入的大量信息中找出规律。
一项针对因医疗原因在脑组织中植入电极的人群的神经活动的研究 1 发现，人类的大脑不断地从日常经历中获取模式，并且无需 有意识的思考就能做到这一点。
研究表明，大脑关键区域的神经元会整合事件发生的时间和事件信息，让大脑能够识别事件随时间推移而形成的模式。作者表示，这有助于大脑预测即将发生的事件。这项研究成果今天发表在《自然》杂志上。
挪威特隆赫姆科技大学的神经学家爱德华·莫泽说：“大脑会做很多我们没有意识到的事情。这次也不例外。”
数据风暴
为了理解我们周围的世界，大脑必须处理大量信息，包括发生了什么、发生在哪里以及何时发生。这项研究的作者希望探索大脑如何随着时间的推移组织这些信息——这是 学习和记忆 的关键步骤。
研究团队研究了 17 名 患有癫痫病的患者，他们在大脑中植入了电极 以准备接受手术治疗。这些电极使作者能够直接捕捉多个大脑区域中单个神经元的活动。
这些区域包括 海马体 和 内嗅皮层，它们与记忆和 导航 有关。这些区域包含时间和位置细胞，它们充当人体的内部时钟和 GPS 系统，对时间和位置进行编码。“进入我们大脑的所有外部世界都必须通过该系统进行过滤，”研究合著者、加州大学洛杉矶分校的神经外科医生和神经科学家伊扎克·弗里德 (Itzhak Fried) 说。
各种面孔
在准备主要实验时，研究人员向每位参与者展示了各种面部图像。对于每位参与者，科学家确定了六张 促使参与者大脑中单个神经元 强烈放电的面孔。例如，参与者可能有一个“戴太阳镜的男人”神经元，以及一个“戴帽子的女人”神经元，以及另外四个分别偏爱特定面孔的神经元。
研究团队将每位参与者的六张图片排列成一个三角形，每个角上和边上各有一张图片。每张图片都通过三角形边上和内部的线条与最近的相邻图片相连。
在一项实验中，参与者观看了一系列人脸图像。图像的顺序由一条简单的规则决定：每张脸后面都会有一张与它在三角形上相连的人脸（参见“模式识别”）。例如，如果第一张脸是三角形左下角的脸，那么第二张脸将是它的两个直接邻居之一：三角形底部中间的脸或三角形左侧中间的脸。实验者没有向参与者透露这条规则。更重要的是，他们在每次试验中向参与者询问有关图像内容的问题来分散他们的注意力。
来源：参考文献 1
在实验过程中，每个参与者的海马体和内嗅皮层中的神经元逐渐开始不仅对呈现的面孔做出反应，而且对三角形上与其直接相连的面孔做出反应。当被问及他们是否注意到图像顺序中的任何模式时，参与者说他们没有。但他们的脑细胞仍然学习了这种模式，表明大脑可以在没有意识的情况下识别模式。在两次试验之间的休息时间，参与者的“面部”神经元会重现他们所学到的内容，在没有受到刺激的情况下自行循环播放这些模式。
“这不是显性的东西，而是隐性的。大脑基本上很快就能理解，我们可以在单个细胞中看到这些变化，”弗里德说。
面向未来的神经元
作者发现，神经元还可以预测接下来会出现什么图像，这表明大脑可以根据学习模式来学习预测未来事件。
英国布里斯托尔大学的神经学家马特·琼斯 (Matt Jones) 表示：“在没有任何外部激励的情况下，这种现象的发生真的很有趣。”他补充道：“许多发现与啮齿动物研究的预测非常一致，突显了海马回路是如何进化来构建我们的认知地图的。”
了解大脑如何组织事件序列信息可能具有重要的临床应用价值。例如， 记忆增强疗法 可能专注于增强代表重要记忆的特定神经元模式，弗里德说。“这最终是一个及时将事物拼凑在一起的问题。这才是记忆的关键。”
机构编号: https://doi.org/10.1038/d41586-024-03116-8
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