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大脑在形成记忆的过程中并不总是处于最佳状态

德国图宾根大学的研究团队发现，自然的警觉性变化能够短暂改变海马体的状态，使其记忆电路对新信息的接收能力增强。这项研究的结果表明，记忆形成不仅依赖于我们所经历的事件，还与大脑在特定时刻的状态密切相关。

研究由神经生物学研究所和韦尔纳·赖希哈特综合神经科学中心的安德烈亚·布尔加洛西教授领导，发表在《自然通讯》期刊上。研究团队专注于海马体，这一大脑区域在帮助创建特定地点和事件的情景记忆方面发挥着重要作用。在小鼠和人类中，海马体包含位置细胞，这些神经元在特定位置变得活跃，帮助构建周围世界的内部表征。

“在实验室环境中，我们可以让小鼠暴露于不同的环境中，观察位置细胞如何变得活跃，”研究的主要作者之一、图宾根大学的爱德华多·布兰科-埃尔南德斯博士说。“不同组的位置细胞代表不同的环境。观察它们的活动就像实时观察记忆的形成或重新激活。”

警觉性重塑记忆电路

在记录小鼠的神经元活动时，研究人员还跟踪了动物的警觉性水平。大脑并不总是处于一种稳定的状态，即使在休息时，它也会不断在较低和较高的唤醒状态之间移动，这会改变其网络处理信息的方式。

“内部大脑状态可以通过瞳孔大小来估计，”研究的共同作者、CIN的尼古拉·萨尔托拉托说。“当我们变得更加警觉或参与时，瞳孔会扩张，小鼠也是如此。”

随着小鼠的警觉性提高，特定组的位置细胞变得更加活跃。这种变化即使在动物不移动的情况下也发生，表明这种活动的变化与内部状态相关，而不是新的位置或行为。

“当动物变得更加警觉时，特定子集的位置细胞变得特别活跃，”尼古拉解释道，“这表明内部状态可以迅速重塑情景记忆的神经基础。”

大脑节律信号准备状态

相同的模式出现在与学习、导航和记忆编码相关的θ波振荡中。这些神经活动的节律波动强度随着警觉性变化而升降，进一步表明海马体反复在不同的准备状态之间转换。

研究人员怀疑，这些短暂的时期可能代表着高度可塑性的窗口，当神经电路特别能够改变时。可塑性使神经元能够增强、削弱或重组其连接，从而创造出保存经历的物理变化。

“可塑性对记忆至关重要，因为它是大脑物理存储经历的过程，”布尔加洛西教授说。

这种灵活性对于情景记忆尤其重要。与可以重复学习的事实不同，许多个人经历仅发生一次，可能只持续几秒钟。因此，大脑必须迅速捕捉和组织信息。

“这对于情景记忆尤其重要，因为我们生活中经历的事件仅发生一次。没有重复，没有排练——因此大脑必须快速有效地实时捕捉和存储它们，”布尔加洛西说。

创造新的记忆细胞

为了测试警觉性提高是否使海马体更容易重塑，研究人员在这些时期刺激个别与记忆相关的神经元。那些之前未对特定位置作出反应的神经元开始发展出位置特异性的活动，实际上成为新的位置细胞。这一结果表明，即使是有限的刺激，在正确的时刻施加，也可以将新的“记忆细胞”招募到海马体网络中。

研究结果描绘了记忆形成的过程是不断开启和关闭的。海马体似乎并不总是同样准备好存储信息。相反，它进入短暂的时期，其电路变得异常响应并更容易重新配置。

“令人兴奋的是，我们现在可以通过关注大脑自然更具可塑性的时刻，以受控的方式研究这些过程，”布尔加洛西说。