深圳新聞網(wǎng)2024年9月6日訊（記者 何亞南）空間信息和時間信息是情景記憶的主要組織維度，幾十年的研究確定了海馬是參與情景記憶的關(guān)鍵大腦區(qū)域，并不斷證明其在空間和時間認知中的關(guān)鍵作用。9月5日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院腦認知與腦疾病研究所王成研究員團隊和南方科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳小菁助理教授團隊聯(lián)合在Neuron雜志發(fā)表題為“Integration and competition between space and time in the hippocampus”的研究論文，揭示了海馬這個大腦中的記憶中心如何同時處理并整合空間和時間信息，為情景記憶的形成提供了新的理解。這項研究為探索大腦如何構(gòu)建我們對經(jīng)歷的時空表征提供了重要線索，或?qū)⑼苿佑洃浾系K治療的發(fā)展。
海馬在涉及位置和時間的認知任務(wù)中扮演著至關(guān)重要的角色。前人研究發(fā)現(xiàn)，在個體探索空間環(huán)境的過程中海馬神經(jīng)元會選擇性地在特定的位置放電，這類神經(jīng)元被命名為位置細胞（Place Cell）。類似的，在固定時間的實驗范式中，海馬神經(jīng)元會選擇性地在設(shè)特定時刻放電，這類神經(jīng)元被稱為時間細胞（Time Cell）。位置細胞和時間細胞分別負責(zé)編碼個體在環(huán)境中的位置以及特定時間點的記憶。然而，空間信息和時間信息如何交互和整合，形成我們記憶中的情境背景，一直是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的未解之謎。
（海馬神經(jīng)元的時空表征：整合和競爭。在同一任務(wù)中，海馬神經(jīng)元的位置場和時間場呈負相關(guān)。）
在這項研究中，研究團隊通過設(shè)計多種時空導(dǎo)航任務(wù)，同時記錄小鼠海馬CA1神經(jīng)元的活動。研究發(fā)現(xiàn)，在同一任務(wù)中，許多CA1神經(jīng)元同時具有位置細胞和時間細胞的功能。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了以往認為空間和時間信息是獨立處理的傳統(tǒng)觀念。更為引人注目的是，研究揭示了空間和時間表征之間的復(fù)雜關(guān)系——神經(jīng)元表征的空間位置與其經(jīng)歷的時間長度之間存在顯著的負相關(guān)關(guān)系，即當經(jīng)歷的時間變長時，神經(jīng)元表征的空間位置會向環(huán)境起點方向移動。這種相關(guān)性增強了空間和時間維度的信息含量。
研究團隊進一步指出，這種在單個神經(jīng)元層面上對空間和時間的綜合編碼，表明海馬體能夠創(chuàng)建一個動態(tài)、靈活的神經(jīng)圖譜，以適應(yīng)不斷變化的時空背景。這一發(fā)現(xiàn)不僅加深了我們對大腦如何處理連續(xù)體驗的理解，還可能為開發(fā)針對記憶障礙的干預(yù)策略提供新的思路。
此外，研究還發(fā)現(xiàn)CA3區(qū)域在調(diào)控這種空間與時間編碼之間的關(guān)系方面發(fā)揮了重要作用，這暗示著在維持空間和時間編碼的平衡時，可能有更為復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參與其中。團隊認為，這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的整體協(xié)同作用，或許能夠解釋為何海馬能夠在不同情境下靈活應(yīng)對時間和空間的動態(tài)變化。
這一研究不僅為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域帶來了新的突破，也為更廣泛的科學(xué)研究提供了新的方向，尤其是在探討大腦如何處理時空連續(xù)體驗以及開發(fā)針對記憶相關(guān)疾病的特定療法方面。
陳小菁課題組博士研究生陳士杰、王成課題組助理研究員程寧博士為本論文的共同第一作者。陳小菁和王成為論文共同通訊作者。該研究是在國家自然科學(xué)基金面上項目、科技部腦計劃重大專項、廣東省自然科學(xué)基金項目、深圳市抑郁障礙精準診療重點實驗室等資助下完成。
（本文由南科大供圖）