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给小鼠来一次“盗梦空间”:在睡眠中植入人工记忆

时间:2015-03-18 15:10来源:网络 作者:未知 阅读:

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。(编辑:球藻怪)

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参考文献:

  1. Gaetan de Lavilléon, Marie Masako Lacroix, Laure Rondi-Reig and Karim Benchenane. Explicit memory creation during sleep demonstrates a causal role of place cells in navigation. Nature Neuroscience. 2015
  2. Jeffery KJ, Anderson MI, Hayman R and Chakraborty S.A proposed architecture for the neural representation of spatial context.Neurosci Biobehav Rev, 2004, 28:201-218

文章题图:blogspot.com

(责任编辑:泉水)
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