在大脑的电波纹中，记忆的标记出现了

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我打破生物学中的某些东西很容易，”他说罗兰弗兰克他是加州大学旧金山分校(University of California, San Francisco)的神经学家。“让它们更好地工作真的很难。”

然而，纽约大学医学院的研究人员却不以为然报道今年夏天早些时候，他们通过调整实验动物大脑中动态信号的长度来改善它们的记忆——这个信号让弗兰克这样的神经学家着迷了几十年。这一壮举本身就令人兴奋，而且有可能在某一天提高人们的记忆力。但它也指出了一种更全面的思考记忆的方法，并确定了一个重要的线索，它植根于一个神经事件的持续时间，这可能为更好地理解记忆是如何工作的铺平道路。

自20世纪80年代以来，科学家们一直在研究大脑中被称为海马体的区域同步神经活动的短脉冲。这种活动由复杂的级联电模式组成，如果记录下来，“听起来就像一场爆炸，”他说Shantanu Jadhav他是布兰代斯大学的神经科学家。自从他们的发现以来，这些“尖锐的波浪涟漪”一直与记忆有关，因为当神经元突然以加速的方式复制先前的放电模式时，这些涟漪就会出现，就像快速重放先前经历的片段一样。它们在动物睡觉时这样做，大概是为了巩固新获得的知识，以便长期储存。

随着时间的推移，人们越来越清楚地认识到，尖锐的波浪波纹不仅仅是被动记忆巩固的标志;他们还参与更积极的基于记忆的过程，如记忆提取和使用记忆指导新的推论。海马体的“烟火”支配着睡眠时间，也经常发生在醒着但闲散、粗心的动物身上，或者在做决定的时候，或者在探索新环境的时候。“涟漪中的信息内容可能是以前发生过的事情的真实再现，”他说布拉德·菲佛德克萨斯大学西南医学中心(University of Texas Southwestern Medical Center)的一位神经科学家说，“也可以是对未来可能发生的事情的想象。”

也就是说，尖锐的涟漪“看起来就像你想象的记忆在大脑中的样子……或者像基于过去经历的对可能未来经历的探索，”弗兰克说。不管怎样，涟漪“似乎是驱动大脑学习的重要部分，是大脑学习新事物的关键方面”——认知生物标志物记忆可以有多种形式。

弗兰克，贾达夫和他们的同事巩固了这一想法是在2012年提出的，当时他们使用电脉冲来干扰老鼠学习导航一个类似三叉戟头部的三叉迷宫时产生的尖波涟漪。当动物在迷宫的一个外臂上时，它必须返回中心以获得奖励；当它在中间手臂上时，如果它以前选择向右，它必须向左，如果它以前选择向左，它必须向右。涟漪干扰对老鼠在第一部分任务中的表现没有影响，当它们只需要回到起点时。但是，这导致了他们选择往外手臂走哪条路的能力显著下降，这部分任务要求他们记住自己先前决定向右走还是向左走。

现在，由神经科学家领导的研究人员乔治- Buzsaki他们最终提供了锐波涟漪在记忆中起作用的积极证据：人工延长老鼠的涟漪可以改善它们在弗兰克的小组使用的相同记忆任务中的表现。这项工作很成功发表在科学6月。

弗兰克说：“我认为，他们提出了一种通过放大实际存在的活动模式来加速学习的方法，这一事实确实具有创造性和有效性，并且确实有助于我们在这种模式与学习和记忆之间建立更紧密的联系。”

但这一成就也凸显了涟漪的一个特性的重要性，而研究人员此前并未真正考虑到这一点:它们的长度。科学家们此前已经观察到，海马体中大多数自然产生的涟漪只持续了大约十分之一秒，尽管有一小部分持续的时间超过了十分之一秒，但他们没有探究这种持续时间是否相关，或者它可能有什么相关。“人们知道尖锐的波纹有不同的长度，但我想他们之前认为这是随机的，”说答:大卫Redish他是明尼苏达大学的神经学家，没有参与这项研究。

事实上，这种偏态分布已经存在出现例如，在大脑的多个尺度上，神经元的放电频率、突触的强度和轴突的传导速度。Buzsáki说，专家们普遍认为，“它允许动态系统中相互竞争的需求之间取得平衡”，这可能有助于提高稳定性或鲁棒性。但他和他的团队决定更深入地研究这对尖锐的波浪涟漪意味着什么。

当老鼠进入一个新的环境时——例如，当它们刚开始在三叉迷宫中导航时——研究人员注意到，长波纹的数量往往比平时要多。当这些动物反复暴露在相同的环境中，涟漪持续的时间越来越短。其他实验比较也得出了同样的结论:更长的涟漪可能与需要更大记忆或认知负荷的任务有关。瑞迪什说:“就好像有一个内部过程在说，‘我需要更长的尖锐的波纹。’”

当Buzsáki和他的同事用光刺激大脑，使波纹持续更长时间时，他们发现其他相关的神经元也加入了这种模式。海马体似乎重复了更多的序列——在这种情况下，反映了更多关于老鼠之前穿过迷宫路线的信息，“展示了整个旅程，”Buzsáki说。

Jadhav说:“扩大涟漪实际上延长了被重新激活的轨迹。”“很有可能，这是一种机制，可以让老鼠想象出所有可能的路径”，然后不得不从中选择。

“打破生物学中的某些东西很容易。让它们更好地发挥作用真的很难。”——罗兰·弗兰克

总而言之，这表明“尖波波纹的长度很重要，”Redish说。“这与大脑内部处理的信息有关，而处理更多信息的锐波涟漪对记忆更有必要。”

现在，研究人员可以回到他们以前的工作，看看涟漪的长度是否为记忆机制提供了一个新的视角。例如，Redish之前就发现，锐利的波浪涟漪是老鼠建立新的精神联系的神经状态的特征；他说，事后看来，这些涟漪也更长了。“因此，这些较长的尖波涟漪也可能与更好的连接功能有关。”

然而，这种可能性也引发了其他各种各样的问题——较短的涟漪可能在做什么，涟漪的长度可能与较远的记忆或未来的计划有关，长短的涟漪与海马体以外的大脑区域的互动是否不同。(Buzsáki现在开始进行最后的调查。)

弗兰克和Buzsáki用来研究的关于剧烈波动的研究也很有趣，因为它包含了许多不同的思考记忆的方式。Buzsáki说:“我们有各种各样的区别，记忆是过去，规划和想象是未来，”大脑的一个区域负责积极的短期记忆，另一个区域负责“离线”的长期记忆。但大脑可能不会这样工作。这些东西不是那么容易分离的。”

他补充说，也许有一个论点可以用来“更一般地”研究记忆。

当谈到如何定义记忆以及如何最好地研究它时，弗兰克说:“我并不认为这是一个我们知道自己在做什么的领域。”“我们仍在黑暗中跌跌撞撞。”但在这些脉动活动中，也许我们会找到一些启示。

Jordana Cepelewicz是广达杂志生物学特约撰稿人。