該圖像說明了尖銳波紋在人類記憶形成和回憶中的核心作用。漣漪是電場中的短暫振盪波動，反映了海馬體中神經元活動的快速爆發，海馬體是人類情景記憶的核心區域。在波紋的時間窗口期間，皮層和海馬體相互作用以恢復記憶的內容。
登陸足球場的外星科學家會突然站起來，一致地大喊大叫。以類似的方式，自九十年代以來，研究人員在齧齒動物中觀察到一種特殊的神經元活動模式：成千上萬的神經細胞在稱為海馬體的大腦中一致發射。但是，就像一個外星科學家一樣，當這些神秘的同步爆發發生時，研究人員無法理解齧齒動物心靈的“語言”。
最近魏茨曼研究所的科學家成功地在人腦中記錄了這些快速爆發的活動 - 稱為“海馬漣漪” - 他們能夠證明它們作為新記憶雕刻和隨後召回的神經機制的重要性。這些研究結果今天出現在科學。
“波紋在其強度和時間上都是一個驚人的事件。它是由約15％的海馬神經元同步激活的精心策劃的爆發- 所有在大約十分之一秒內一起發射。這是一個神經細胞煙花表演，”該研究所神經生物學系的Rafi Malach教授。首先發現它們在睡眠和休息的精神狀態中出現，並且它們在齧齒動物的空間導航記憶中起重要作用。直到最近才發現，在清醒狀態期間，大群神經元中的這種同步電活動也發生在靈長類動物海馬體中。然而，直到現在，科學家一直處於黑暗中，關於漣漪在人類認知和心理活動中的作用。
用MRI觀察，植入癲癇監測患者海馬的電極（黃點）。顏色表示海馬的亞區域。尖銳的波紋在CA1區域最為突出，以紅色顯示。圖片來源：魏茨曼科學研究所
當然，人類可以傳達他們的想法，但大多數研究方法並沒有讓科學家詳細瞭解大腦內部同時發生的事情。Yitzhak Norman，博士 馬拉奇實驗室的學生，他與美國Feinstein醫學研究所的Ashesh Mehta教授一起領導了當前的研究，招募了在醫學診斷過程中進行侵入性記錄的患者。在該臨床手術中，患有難治性癲癇的患者將電極植入多個腦區域以定位癲癇灶並通過手術將其移除。這些患者在癲癇發作期間在醫院等待期間自願參加記憶實驗。
在實驗過程中，為患者呈現了著名人物（如巴拉克·奧巴馬，烏瑪·瑟曼）或著名古蹟（如自由女神像，比薩斜塔）的圖片，顏色豐富，視覺細節豐富。 。要求患者儘可能詳細地記住這些照片。在這個觀影階段之後，在完成一個短暫的分心任務之後，他們被要求，他們的眼睛被遮住，可以自由地回憶起這些照片並詳細描述它們。在整個實驗過程中，患者的談話與他們相應的大腦活動同時被記錄，這通過植入海馬中的電極以及大腦皮層中的其他區域來揭示。
關聯大腦的活動和患者的口頭報告揭示了一些引人注目的觀察結果。首先，人們發現漣漪爆發在自由回憶過程中起著至關重要的作用：在患者回憶並開始描述新圖片之前大約一兩秒鐘，預期召回的漣漪效率顯著增加。重要的是，海馬漣漪重新表達了圖片的內容：在觀看階段引起更多漣漪的圖片在隨後的召回過程中也引發了更多的漣漪。
該圖像描繪了顱內電極（紅色圓圈），其在觀看圖像時測量皮層電場的變化並且稍後自由地回憶相同的圖像。在回憶期間，當海馬體引發同步神經元活動（波紋）的快速爆發時，恢復視覺活動。
由於大腦活動同時記錄在海馬和大腦皮質中，研究人員能夠證明漣漪與皮質激活同步，特別是在大腦的視覺中心，其中可能存儲詳細的視覺信息。此外，已知高級視覺中心專門用於表示特定視覺類別 - 例如，面部在一個皮質區域中表示，而在另一個區域中表示紀念碑。因此，當患者召回一張臉時，例如巴拉克奧巴馬，或者另外一個紀念碑，例如艾菲爾鐵塔，在相應的視覺中心中選擇性地增強皮質活動。諾曼解釋說：“在此期間，一些中心的精心策劃行動被揭露出來，
這些發現大大擴展了我們對海馬功能的理解。他們強調同步神經元群體活動的重要性。應該記住，海馬爆發涉及數十萬神經細胞的同步激活。“這構成了我們對人類記憶神經元機制的理解的重大進展，”馬拉奇總結道。“雕刻記憶，它們的存儲和回憶自然取決於一系列複雜的過程。然而，這種同步海馬爆發的'神經元戲劇'清楚地表明它們在記憶形成和回憶中的核心作用。”
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