探求大脑的影象存储“芯片”
◎宋闻凯 演习 朱 玺
无论是小朋友第一次记住回家的路，还是在朋友生日的时候第一韶光送上祝福，在人类的高等认知活动中，影象无疑拥有不可替代的主要地位——人类之以是能够认识天下和改造天下，关键在于人类大脑有超凡的思维能力和影象能力。那么，大脑的影象存储“芯片”在哪儿？大脑如何进行影象分类检索和掌握？
3月31日刊载于美国有线电视新闻网站上的一则研究将人们的视线拉回影象这一话题。在这项研究中，纽约洛克菲勒大学的研究职员为老鼠开拓了一个迷宫实验，试图解开永劫影象的存储之谜。
探秘人类影象加工厂
从保持韶光是非上看， 影象可以分为觉得影象、短时影象和永劫影象。人的觉得影象类似键盘和摄像头，从外界感知到的视觉、听觉等所有刺激在转化为信息之后都会在觉得影象中登记。它只能保持极短的韶光，容量也极为有限。大部分信息在觉得影象阶段就会消逝，少部分信息因得到把稳而进入短时影象并在几分钟内辅导人们实行决策，帮助人们完成当下的任务。但短时影象的容量也较为有限。随后，一些主要的短时影象被进一步加工，进入永劫影象的“仓库”，保存几天乃至几年、几十年的韶光。永劫影象的容量一样平常被认为上限很高，乃至没有明显上限。但与短时影象比较，其回顾和再认是一大难点，也是影象干系演习着重加强的部分。
那么，这些不同类型的影象都储存在大脑的哪个区域呢？
一样平常认为，影象形成旗子暗记紧张存储在大脑皮层、小脑、海马体和杏仁核等大脑构造中。个中，大脑皮层和海马体是与影象干系的关键部位。位于内侧颞叶的海马区是影象加工的主要场所，这个海马状构造位于太阳穴向内几厘米，对短时影象的加工、存储以及永劫影象的提取都尤为主要。影象能力与海马体的激活、海马体中新神经元的产生速率以及海马体构造的大小干系。2006年，一项揭橥于《科学》杂志的研究利用电生理和分子生物学技能，阐明了内侧颞叶丢失之后人类无法建立新影象的缘故原由。
随着韶光的推移，形成已久的影象逐渐表现出独立于海马体的趋势。20世纪中后期和本世纪初的研究都表明，短时影象紧张由海马组织加工，而永劫影象很大程度上依赖大脑皮层，例如前额叶和前扣带回皮质等联合皮层区域。大脑皮层是全体中枢神经的最高级中枢，其高度进化也是哺乳动物进化的标志。个中位于两眼正中间的前额叶皮层与措辞影象等高等认知功能密切干系。海马体能处理储存的信息较为有限，因此适宜处理短时须要把稳的信息，而随着海马体与皮层的沟通，短时影象进入永劫影象，前额叶皮层也不断被激活，永劫影象终极被固化下来。
2021年，复旦大学学者揭橥在《自然·通讯》杂志的研究论文进一步显示，永劫影象中的语义影象和情景影象拥有一个共用的神经环路，二者更好的提取可能跟左侧额下回和前岛叶皮层等区域与腹内侧前额叶皮层功能连接的弱化有关。
脑科学研究走向深入
近年来，随着研究深入，我们对影象的认识有了以下几方面进展。
首先，科学家逐渐意识到，影象并不是像仓库里的商品一样固定地储存在某个脑区里。“并不是说每段影象都会被存放在一个细胞里，然后填满全体大脑。”美国密苏里大学的认知心理学家尼尔森·科万指出。影象的过程依赖不同大脑构造之间的网状连接，以及由此形成的具有不同功能的神经环路。这些被激活的神经元可以看作一个个旗子暗记单位，它们按顺序被引发而构成的神经环路中的神经编码，就代表一组影象。
其次，人们对与影象干系的大脑构造有了更风雅化的认识。从海马体到大脑皮层之间的神经通路也在逐渐被补充。在文章开头提到的研究中，来自美国洛克菲勒大学的研究职员创造连接海马体和大脑皮层的一个大脑区域——前端丘脑，是影象巩固过程的关键。
在这项研究中，为了弄清楚在海马体的短期任务和大脑皮层的永劫影象之间发生了什么，科学家们须要记录大脑连续几周内的活动。现有的电生理研究可以同时捕捉多个脑区，但在韶光尺度上较为受限。传统的显微镜虽然可以记录数周的大脑活动，但它们一样平常只能关注大脑的一个狭窄区域。
于是，研究职员开拓了一种新的三通路单细胞成像技能，在几周内不雅观察追踪海马体和大脑皮层中间区域中的神经元，以此研究小鼠的影象如何巩固。他们让小鼠在一个不断旋转的泡沫塑料球上原地跑步，同时不雅观看虚拟现实迷宫，就像超级马里奥游戏中那样。迷宫里有些是高等褒奖，有些是悲观刺激。一个月后，这些小鼠只记得那些包含褒奖的区域。
在这个过程中，研究职员不断记录小鼠的影象过程并丈量其神经回路的差异。他们后续的研究创造，前端丘脑这一构造在小鼠的影象巩固中起着关键浸染。在随后的两个实验中，研究职员创造，抑制前端丘脑会毁坏小鼠长期影象的形成。反之，强化前端丘脑会保留原来不会被长期储存的影象，并使它们连续保持下去。
北京脑科学与类脑研究中央的博士后研究员赵韶苓表示，这项研究的意义在于，它利用新的成像技能在韶光和空间尺度上同时进行了打破性拓展，同时也发掘出前端丘脑这个促进影象由出发点向终点转变的“守门员”，为进一步揭示短期影象与长期影象的关系打开了打破口。
她指出，该研究有望在未来运用于与影象障碍干系的多种神经退行性疾病的诊断与治疗，如阿尔茨海默症、健忘症等。
来源： 科技日报
