人脑是如何对时间的流动和体验进行编码和理解的？事实上，提取日常体验中的重复事件的时间模式，对于组织记忆中的信息、预测未来以及指导行为至关重要。然而，科学家并不了解这个过程是如何在细胞水平上完成的。
现在，在一项新发表于《自然》杂志的研究中，一组研究人员开始揭示这个神经科学中的基础谜题。
两个关键的脑区
为了理解周围的世界，我们的脑必须处理大量关于“何事”（what）“何时”（when）“何处”（where）的信息。那么，脑是如何随着时间的推移组织这些信息的？
在先前的一些研究中，科学家已经先后在啮齿动物和人类身上发现，有两个脑区对空间导航起到了关键作用。这两个脑区就是海马和内嗅皮层，它们与记忆和导航有关，可以相互作用形成一幅空间环境的“认知地图”。
这种“认知地图”是由一系列相互作用的神经元所编码的，包括海马的“位置细胞”和内嗅皮层的“网格细胞”。当动物处于特定位置时，位置细胞会放电；网格细胞则能提供空间距离的度量。
在进一步的后续研究中，科学家发现类似的神经活动也能表现非空间体验，如时间、声音频率、物体特征。
在新的研究中，为了研究人脑对时间事件的处理，研究人员对17名患有顽固性癫痫的患者进行了研究。这些参与了研究的患者的脑中被植入了为手术治疗而准备的电极。这些电极使研究人员可以直接捕捉多个脑区的单个神经元活动。
图像实验
在实验中，研究人员首先在大约40分钟的时间里，通过电脑反复向参与者展示约120张图像。在这些图像中显示的人物、动物、物体和地标，部分是根据参与者的偏好（例如最喜欢的演员、音乐家、地点等）选择的。在此过程中，参与者会被要求完成一系列任务，比如判断每张图像中是否有人，判断每张图像中是否有植物等等。
研究人员会部分根据每个参与者的喜好，为每个参与者选出6张有人脸的图像，这些图像能促使参与者脑中的某个神经元被强烈地激活。然后，他们会将每个参与者的6张图片排成一个三角形，每个角各有一张，每条边上也各有一张，每张图象都与相邻的图像通过线段相连。
模式识别：研究人员将6张图片排列在一个三角形上。当研究参与者看到一张图片时，下一张看到的就是与之相邻的图片。（图/Tacikowski et al. ）
当实验开始时，研究人员会采用一种简单的顺序来展示图像：当一张图像被展示之后，下一张展示的都会是在三角形上与之相连的图像。例如，如果第一张图是三角形左下角的“1”，那么第二张要展示的则是与之相连的“2”或“3”。
在进行这项实验时，参与者对于这一规则并不知情。而且在实验过程中，研究人员都会问参与者有关图像内容的问题，以分散他们的注意力。与此同时，研究人员会记录下参与者在经历这些涉及到行为任务、模式识别和图像排序的复杂任务时的神经活动。
无意识地识别
研究结果表明，每个参与者的海马和内嗅皮层的神经元，不仅逐渐开始对呈现的图像做出反应，而且还开始对三角形上与之直接相连的图像做出反应。而当参与者被问及他们是否注意到了图像顺序上存在的任何规律时，他们表示没有。但他们的脑细胞仍然习得了这种模式，这表明人脑可以在无意识的情况下识别模式。
此外，研究人员还观察到，在实验结束后，参与者的那些特定神经元仍会重放它们习得的东西，并且在没有任何刺激的情况下自行循环使用这些模式。 这表明人脑可以在学习模式的基础上，学习预测未来的事件。
这项研究首次在神经元水平向我们展示了，事物的轨迹在时间上的表征是如何被人类的海马和内嗅皮层系统所结合的。这些结果可用于帮助开发能增强记忆和其他认知功能的神经假肢，并有助于人工智能对人脑认知的理解。
#创作团队：
编译：糖兽
排版：雯雯
#参考来源：
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
#图片来源：
封面图&首图：Bioscience Image Library by Fayette Reynolds
