给小鼠来一次“盗梦空间”：在睡眠中植入人工记忆

2015-3-17 13:58| 发布者: 高华华| 查看: 2050| 评论: 0|来自: 科学人

摘要: 研究者指出，这表明睡眠过程中使用配对方法可以为小鼠“植入”人为的外显记忆（一种有意识的，对先前经验的回忆），这个依赖于海马体的记忆可以促进小鼠的目标指向性行为。此外，研究结果再次证实位置细胞在空间记忆和导航中发挥了重要作用。

       电影《盗梦空间》中，“盗梦者”柯布可以潜入人们的睡梦，窃取人们潜意识中的秘密，而他在片中的最后一次任务更显得大胆而有吸引力：柯布需要在“富二代”费希尔处于睡梦中时，在他的大脑中植入一个想法，进而影响他的行为。那么电影中的情节，能否在现实中出现呢？

       最近，巴黎市立高等工业物理化学学院以及巴黎第六大学的研究者发现，如果在小鼠熟睡时将它大脑中某个特定位置细胞（place cell）的活动与脑内的奖赏回路联系起来，那么小鼠醒来后就会更喜欢呆在某一特定位置。这一研究成果[1]于3月9日发表在自然出版集团（Nature Publishing Group）旗下的《自然·神经科学》（Nature Neuroscience）期刊上。该研究也首次证明，人工记忆可以在动物睡眠时被植入它们的大脑。【关于位置细胞的更详细介绍，请点击科学人文章：生理学或医学奖深度解读：大脑中的“定位系统”】

       海马体是脑内认知地图的载体。当动物处于空间中特定位置时，海马体中相应神经元会放电，这类表现出位置特异性放电的神经元被称为位置细胞，其所对应的特定区域则被称为位置野（place field）[2]。在睡眠过程中，海马体可以对近期清醒时的有关记忆进行再现，而且位置细胞的活动会与生物体当前所处位置发生短暂的解相关（decorrelation）。根据这些原理，研究人员设计了下面的实验。

       首先，研究人员在40只小鼠的CA1区锥体层（位置细胞所在的海马体区域）植入金属丝，并在内侧前脑束（MFB）植入刺激电极（电极放电时会刺激小鼠大脑中的奖赏回路）。当小鼠自由活动时，研究者记录下了特定位置细胞与位置野之间的对应关系——当小鼠来到某一位置细胞对应的位置野时，位置细胞会出现峰值电位。在之后的实验中，位置细胞达到峰值电位就会自动引起电极放电，这一人为设置的位置–奖赏联系配对会让小鼠觉得：这个地方是个好地方。

       研究者让5只小鼠在睡眠状态下进行了位置–奖赏配对。在配对前，小鼠在空间中的活动是随机的。之后，在小鼠睡觉时，特定位置细胞的再激活所产生的电位，会引发奖赏刺激。在小鼠醒来后，它们待在特定位置野的时间与之前相比增加了4到5倍。

       除此以外，研究者还对小鼠醒来后的运动轨迹进行了分析，发现它们醒来后会直接走向特定的位置野——也就是睡梦中让它们感觉是“好地方”的区域。值得一提的是，这些小鼠在给定的位置野所逗留的时间明显增加，而没有进行奖赏刺激的小鼠在清醒之后没有表现出任何的位置偏好。

       研究者指出，这表明睡眠过程中使用配对方法可以为小鼠“植入”人为的外显记忆（一种有意识的，对先前经验的回忆），这个依赖于海马体的记忆可以促进小鼠的目标指向性行为。此外，研究结果再次证实位置细胞在空间记忆和导航中发挥了重要作用。