人腦是如何紀錄事件所發生的時間順序的呢

編輯記憶的神經元

新研究顯示,被認為表現著時間資訊的「時間細胞」,也就是海馬迴(hippocampus)中的神經細胞,可能就是將我們記憶以正確的順序黏在一起的漿糊。如此一來,我們就可以恰當地回想起事情發生的正確順序。

先前,已經於老鼠當中發現這些追蹤時序的時間細胞的證據,當中特定的神經元群被認為會幫助回憶事件與計畫動作順序,但是對於情節記憶(episodic memories)是如何編碼於大腦中的,人類所知還是很少。

為了調查,由來自法國大腦與認知研究中心(Brain and Cognition Research Center,CerCo)的神經科學家萊拉·雷迪(Leila Reddy)所領導的團隊使用植入於海馬迴中的微電極,來監控 15 位癲癇病人大腦中的電流活動。

研究人員在他們的研究中解釋說:「建立情節記憶所需的是,將一段經驗的不同事件,忠實地以時間序連結在一起。有鑑於海馬迴在序列學習與時序判斷上的重要性,我們測試了,當受試者學習一序列項目的順序時,人類海馬迴的神經元是否能表現出時間資訊。」

實驗過程與結果

此實驗是在進行醫學測試時所進行的,而此醫學測試為使用電極來局部化病人大腦中癲癇發作的源頭。因此,除了為前瞻性癲癇治療目的而已進行的植入以外,此研究不需要再任何侵入性或具有風險的植入。

在實驗中,受試者觀察了以事先決定的順序所呈現的影像,並且被要求記下它們的序列。在過程之中,電極記錄下了海馬迴中對實驗而發出訊息的特定神經元,這包括在影像被播放時的特定時刻之間、在影像沒有被示出的間隔之間、以及在受試者被要求從已展示過的序列中,預測下一張影像會是什麼的暫停時刻。

根據研究人員,參與其中的神經元就是時間細胞的證據:「時間細胞就是在一個清楚定義的時間框架內,受時間脈絡而調整其活動的神經元。」

研究人員表示,這些神經元當中,有一些很活躍地參與記憶並回想實驗中的影像序列;但是,有一些神經元在沒有視覺刺激時亦很活躍。這指出,即使當沒有任何特別的正在發生,它們亦會對時間流動進行編碼。

研究人員在研究當中寫到:「時間細胞被觀察到,在這些空白的時段中,也會在連續時刻傳出訊息。在這些間隔區間的時間調節不可能是由外在事件所驅動。它們似乎代表著演進的時間訊號,這是由於在等待時,病人的經驗產生了改變。」

多功能時間神經元

根據研究人員,大腦中的時間細胞是「多面向的」,能夠對與時間相關的資訊進行編碼,也可以對不同種類的感官資訊或資訊進行反應。

研究團隊認為,很有可能就是這些時間神經元的多面向行為,記錄下了人類經驗當中的「什麼」、「哪裡」、以及「何時」,並從雜亂的訊息輸入中,將這些元素縫合起來,組成連貫的記憶。

研究人員說:「主觀的『心理時空旅行』現象是情節記憶的一個基石。我們能鮮明地回想起發生在特定地點以及特定時間序的特定事件的能力,對於重溫過去的體驗而言是很重要的。我的的研究結果提供更進一步的證據,證明人類海馬迴中的神經元表現著一段經驗中的時間流動。」

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參考資料:

  1. Dockrill, P., (2021, July 2). ‘Time Cells’ Identified in Our Brains Encode the Flow of Time, Scientists Say. ScienceAlert
  2. Reddy, L. et al., (2021, June 28). Human hippocampal neurons track moments in a sequence of events. The Journal of Neuroscience. doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3157-20.2021
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/time-cells-identified-in-the-human-brain-encode-the-flow-of-time-scientists-say(圖:agsandrew/Getty Images)
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