時間感是我們理解、回憶和與世界互動的基礎(chǔ)。從交談到開車，各種任務(wù)都需要我們記住并感知事情需要多長時間——這是一種復(fù)雜但基本上是無意識的計算，在我們的思想表面下不斷運行。
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“時間細胞”對于學(xué)習(xí)復(fù)雜的行為至關(guān)重要，而時間是至關(guān)重要的。就像時鐘的秒針一樣，時間細胞按順序激活以繪制短時間。
但研究人員發(fā)現(xiàn)，時間細胞不僅僅是一個簡單的時鐘——當(dāng)動物學(xué)會區(qū)分不同的時間事件時，時間細胞活動的模式會發(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)影響時間感的神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默氏癥。
這項新研究發(fā)表在《Nature Neuroscience》雜志上。
鼠標(biāo)的代碼
通過將復(fù)雜的基于時間的學(xué)習(xí)任務(wù)與先進的腦成像相結(jié)合，研究人員能夠觀察到隨著小鼠學(xué)習(xí)，時間細胞的活動模式變得更加復(fù)雜。研究人員首先進行了一項試驗，在該試驗中，了解事件發(fā)生時間的差異至關(guān)重要。為了獲得獎勵，小鼠必須學(xué)會區(qū)分不同時間的氣味刺激模式，就像它們在學(xué)習(xí)一種非常簡單的莫爾斯電碼一樣。
在小鼠學(xué)習(xí)之前和之后，研究人員使用先進的顯微鏡觀察單個時間細胞的實時活動。起初，他們的時間細胞對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)了不同的刺激時間模式后，小鼠對不同的事件模式產(chǎn)生了不同的時間細胞活動模式。
值得注意的是，在小鼠出錯的實驗中，研究人員可以看到它們的時間細胞經(jīng)常以錯誤的順序激活，這表明正確的時間細胞活動序列對于執(zhí)行基于時間的任務(wù)至關(guān)重要。“時間細胞應(yīng)該在試驗期間的特定時刻活躍，”猶他大學(xué)斯賓塞·?？怂?middot;?？藸査贯t(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。“但當(dāng)小鼠犯錯時，這種選擇性活動就變得混亂了。”
不僅僅是一個秒表
令人驚訝的是，時間細胞扮演著比僅僅追蹤時間更復(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。當(dāng)研究人員暫時阻斷含有時間細胞的大腦區(qū)域，即內(nèi)側(cè)內(nèi)嗅皮層(MEC)的活動時，小鼠仍然可以感知甚至預(yù)測事件的時間。但他們無法從頭開始學(xué)習(xí)復(fù)雜的與時間有關(guān)的任務(wù)。“MEC并不像一個簡單的秒表，在任何簡單的情況下都需要它來跟蹤時間，”Bigus說。“它的作用似乎是學(xué)習(xí)這些更復(fù)雜的時間關(guān)系。”
有趣的是，先前對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)。在這項新研究中，研究人員注意到，在學(xué)習(xí)基于時間的任務(wù)時發(fā)生的大腦活動模式與之前觀察到的空間學(xué)習(xí)模式有一些相似之處，即使動物沒有主動學(xué)習(xí)，這兩種模式的某些方面也會持續(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:“我們認為，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，也可以作為記錄時間流逝的時鐘。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)雜的時間行為任務(wù)是否可能是檢測阿爾茨海默病早期發(fā)病的有用方法。”
研究人員說，了解大腦是如何處理時間的，最終將有助于檢測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)雜的計時任務(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
（文章來源:www.ebiotrade.com/newsf/2024-6/20240619095326317.htm）
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