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文丨學術頭條，作者丨劉芳，編審丨黃珊
還記得在《初戀 50 次》裡由 Drew Barrymore 飾演的失憶女孩嗎？
由于一次車禍，她會在第二天太陽升起時把前一天的事情全部忘光，以至于 Adam Sandler 需要給她五十次初戀，讓她在每天重新墜入愛河。
這聽上去是一個極緻浪漫的故事，但對于失去了情景記憶功能的人來說，遺忘是一種切身之痛。
那麼，人類到底是如何合成情景記憶的？在回憶往昔時，我們的大腦又進行着哪些活動呢？
圖 | 50 first dates 劇照
近日，來自 UT Southwestern Peter O'Donnell Jr. Brian Institute 的研究人員在人類大腦的海馬區發現了 103 個特殊的神經元，它們在提取情景記憶的過程中發揮着關鍵作用。這一發現可能會為新的深度腦刺激療法（Deep brain stimulation, DBS）指明方向，讓患有創傷性腦損傷（TBI）、阿爾茨海默氏症和心境障礙等患者從中受益。
12 月15日，相關論文将以 Neurons in the human medial temporal lobe track multiple temporal contexts during episodic memory processing 為題，發表在 Science Direct 期刊上。
論文的主要作者之一，Bradley Lega 博士說：“這是迄今為止關于記憶如何形成及提取的最清晰的證據。”
探索人腦的情景記憶
首先我們來了解一下什麼是情景記憶 (Episodic memory) 。
情景記憶是指發生在一定時間和地點, 對個人親身經曆事件的記憶。第一次接吻的記憶，或聖誕節與朋友喝酒的記憶，都屬于情景記憶。與之相對的另一個概念——語義記憶，則是指我們大腦能夠存儲的一般資訊和事實。
情景記憶屬于遠事記憶範疇，是人類最進階、成熟最晚的記憶系統。大量的實驗證據證明，大腦内側颞葉結構 (medial temporal lobe，MTL) 在情景進行中發揮主要作用。大腦 MTL 結構由海馬及其周邊區域（海馬旁回、内嗅皮質、嗅緣皮質）構成。它可彙聚來自枕、 頂、颞、額諸皮質感覺資訊，并對這些資訊進行整合加工。
記憶編碼和提取實驗示意圖 | 來源：論文
在實驗中，神經科學家們在托馬斯·傑斐遜大學醫院 (TJUH) 和德克薩斯大學西南分校（UTSW）招募了 27 名被診斷為頑固性癫痫的患者。在手術前，他們需要在大腦中植入微電極來找到癫痫病竈，這就為科學家研究情景記憶的編碼模式提供了神經元尺度的實驗資料。
記憶編碼實驗為單詞聯想任務，螢幕上會出現 308 個不同英語名詞。
在實驗期間每個單詞隻出現一次，在螢幕上持續 1.6 秒。之後受試者便進入了幹擾期。
研究人員會随機給受試者出一些算術題，轉移一下受試者的注意力。然後便進入到了精彩的記憶提取時間。受試者需要盡量回憶起這 308 個轉瞬即逝的英語名詞。根據神經元的電極記錄，研究人員最終在大腦的海馬區和内嗅皮層（entorhinal cortex）識别出 103 個在編碼成功時放電頻率具有顯著特性的“相繼記憶效應”（Subsequent memory effect，SME）神經元，其中包括前海馬神經元 51 個（49.5%），後海馬神經元 31 個（30.1%），中或未指定海馬神經元 4 個（3.9%），内嗅皮層神經元 17 個（16.5%）。
SME 神經元示意圖 | 來源：論文
當記憶編碼成功時，這 103 個記憶敏感型神經元的活躍度會增加。
當受試者試圖提取記憶，特别是回憶大量細節時，這些神經元産生了同樣的放電模式。換言之，受試者在編碼單詞時的内側颞葉的神經元放電頻率跟回憶單詞時的放電頻率具有很高的一緻性，且每個單詞編碼模式不同。
辨識記憶和幻覺的關鍵
這個結果從神經元的尺度證明了人腦的“相繼記憶效應”理論，即大腦神經系統尤其内側颞葉結構及前額葉的活動，可在一定程度上預測所經曆的事件是否能夠被正确地重新回憶，記憶成功與記憶失敗所對應的大腦活動差異顯著。
有趣的是，這些單詞出現的先後順序而不是語義對回憶提取非常重要。
在神經學上這稱為時間群集效應（temporal cluster effect），即大腦傾向于對時間上相鄰的資訊進行編碼。是以在成功地回憶往昔時，我們通常也會對一個事件發生的前後情景印象深刻。相比之下，這次發現的 103 個記憶敏感型神經元未能預測不同語義類型的記憶提取方式。為此研究人員特定從維基百科裡找到 10 萬篇文檔，以量化實驗中所給出單詞的語義資訊。
作者認為，這或許是因為實驗設定中未要求受試者按照類别提取記憶，又或者對語義敏感的神經元活動在大腦 MTL 區域之外，例如颞葉和前額葉皮質等區域。
（來源：UT Southwestern Peter O'Donnell Jr. Brian Institute 網站）
除此之外，這項研究還首次在人類大腦中發現，負責提取記憶的神經經元的放電的時間與大腦其他神經元放電時間不同。他們給這種現象取名為“相位差”（phase offset）。
研究人員認為，正是“相位差”讓我們得以清楚地區分回憶和現實。
Bradley Lega 博士稱：“ 我們的發現對這個問題提供了重要的啟示，即你怎麼知道你正在回憶過去，而不是在體驗新的記憶？”
這項發現對阿爾茲海默症和精神分裂患者來說尤為重要。
UT Southwestern 精神病學教授 Carol Tamminga 表示，海馬體的功能障礙是精神分裂症患者無法辨識記憶和幻覺的根本原因：“（精神分裂症等患者的）幻覺和妄想，實際上是被損壞的真實記憶。它們是通過神經記憶系統處理的，就像‘正常’記憶一樣。了解如何使用這種‘相位差’機制來修正這些被損壞的記憶很重要。”
期待在不遠的未來，這項重大發現能夠幫助被幻覺和真實所困擾的人們。
參考文獻：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811921009629?via%3Dihub
https://www.sciencedaily.com/releases/2021/12/211206215953.htm
http://icanbrainlab.bnu.edu.cn/webpic/image/20180910/20180910175322.pdf