(左)当老鼠在环境中奔跑时，用双光子成像成像的海马位置细胞(中间)在特定的位置依次活跃-右图中的每个刻度对应于所示的7个行程之一中特定细胞的活动
像元和栅格图通过首选位置选择性进行颜色编码
(右)之后，当动物安静地坐着时，这些神经元自发地重放它们先前学习的位置序列
功劳:格罗斯马克等人
海马体是大脑中已知在长期记忆编码中起关键作用的区域
除了有助于事件相关记忆的形成，这个大脑区域还支持所谓的认知地图的创建
这些是指导人类在已知环境中导航的世界心理地图；例如，向他们展示如何从一个地方到另一个地方
过去的神经科学研究发现，当人类和动物探索附近的空间时，海马位置细胞，即顺序编码与这些空间相关的信息的神经元，往往会在探索后“重放”相同的活动序列
这个迷人的过程类似于人类倒带和重放他们在老式磁带上录制的歌曲的方式
哥伦比亚大学医学中心的研究人员最近开展了一项研究，通过在小鼠完成空间奖励学习任务时以及随后在它们休息时检查小鼠大脑中的海马位置细胞，进一步研究海马的再激活模式
他们发表在《自然神经科学》上的论文表明，随着时间的推移，海马体的再激活模式在整合不带偏见的认知地图中起着至关重要的作用
“有趣的是，与探索相关的地点序列不同，海马体中的顺序再激活事件发生在不活动期间，即使在与正在重放的环境不同的环境中，也会继续发生，”Andres D
该研究的首席研究员格罗斯马克告诉《医学快报》
“它们发生的时间比与探索相关的序列更快，因此，例如，在探索过程中花费10秒钟的序列可能在半秒钟内重放
" 海马神经元似乎在进行虚拟的精神旅行，这一事实表明，它们实际上可能在“排练”受试者在探索周围环境时学习的空间序列
因此，神经科学家假设，通过一种被称为记忆巩固的过程，再激活模式有助于让新记忆永久化
Grosmark说:“重要的是，并非所有的海马表征都是永久的，事实上，即使在完全相同的环境中，一些神经元稳定地为空间编码，而其他神经元每天都在改变它们的空间选择性。”
“我们假设，单个神经元参与的回放越多，它们的表征就会变得越持久、越稳定
" 为了验证他们的假设，格罗斯马克和他的同事们必须克服一系列技术限制
更具体地说，到目前为止，神经科学家可以研究记忆回放(I
e
海马中的再激活模式),或者在几天的过程中监测海马中的一般变化
为了研究海马神经元参与的重放量是否会影响它们创建的神经表征的稳定性，研究人员必须同时研究这两个方面
因此，他们采用了两种方法来研究小鼠的长期记忆，即钙成像和电生理学
Grosmark说:“这使我们能够利用电生理学的能力来观察非常快速的时间尺度动态，包括回放，并能够在几周内跟踪与钙成像技术相关的神经元群体。”
“在我们的研究中，我们将钙成像和电生理结合起来，在两周的时间内跟踪小鼠海马神经元大群体空间记忆的形成和巩固
" 研究人员使用的第一种方法是钙成像，这是一种显微镜技术，允许科学家光学检测神经活动
钙成像使用病毒技术使神经元表达对钙敏感的荧光团，这样当它们变得活跃时会短暂地改变颜色
格罗斯马克说:“使用一些非常奇特的光学仪器和激光，这使我们能够跟踪清醒、行为正常的老鼠体内大量神经元的活动。”
“钙成像的一个关键优势是，由于你在物理上观察神经元，你可以长时间跟踪它们
" Grosmark和他的同事采用的第二种技术叫做神经元电生理学，需要使用非常小的导线来记录大脑内部的电活动
通过测量这种电活动，神经科学家可以监测特定大脑区域或整个大脑发生的变化
格罗斯马克解释说:“这项技术有两个关键优势。”
“首先，它能非常迅速地记录电信号，让我们能够观察到大脑活动的非常快或非常短的变化
其次，使用电生理学的几十年经验允许我们使用观察到的电活动来解码大脑状态，例如在线和离线状态
" 大脑活动可以分为两大类:线上和线下活动
在线状态发生在人类或动物积极参与周围世界的时候，例如，当他们探索周围环境或完成任务的时候
另一方面，线下状态是人类和动物脱离世界的时期
“离线状态的一个例子是睡眠；然而，我们在研究中调查的线下状态是自发出现的“安静休息”期，此时老鼠醒着，但安静地坐着，”格罗斯马克说
“除了外在的行为差异，在线和离线状态也可以很容易地通过在这些状态下观察到的大脑活动振荡的独特模式来区分
这些不同的大脑机制被认为支持不同的功能
" 由于学习通常与对环境的积极探索相关联，因此它被认为发生在在线状态期间
另一方面，离线状态被认为对巩固探索过程中获得的记忆和知识很重要
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在线状态下)
Grosmark解释说:“虽然我们同意这个整体框架，但我们的结果表明，与在线状态相比，离线状态在选择哪些记忆成为永久记忆方面发挥了积极作用，因此在学习中发挥了补充作用，而不是简单地被动巩固记忆。”
在过去的几十年里，越来越多的神经科学研究探索了如何在大脑中强化对奖励行为的记忆
与以前的理论相反，格罗斯马克和他的同事假设，为了支持灵活行为的学习，大脑还应该包含在获得时没有明显奖励价值的信息
格罗斯马克说:“例如，当我们在一个新城市四处走动时，我们可能会发现自己只是反复地从A点到B点——然而，在走这条路线的多次过程中，我们会慢慢地建立一张中间所有点的详细地图，即使我们实际上从未停下来欣赏它们。”
“反过来，当我们的时间表发生变化，我们想从A到C时，我们悄悄建立的这张‘潜在’地图很可能会证明自己真的很有用。”
而且，学习不是在真空中发生的；它发生在与我们周围的世界不断接触和脱离的循环中，对应于我们所说的线上和线下状态
" 在他们的实验中，研究人员观察到学习后再激活事件中海马神经元的募集实际上预测了它们在许多天后的长期稳定性
此外，这种整合效应仅在远离动物被奖励的位置的空间表示中观察到
这表明离线记忆巩固有选择地加强了行为上不太重要神经表征，因此容易被遗忘
“我们真的很兴奋，我们的研究让我们对这些不同的参与和脱离状态在学习中扮演的角色有了新的认识；合作产生认知上广泛的长期记忆，这对我们找到回到重要地方的路和灵活到达新的意想不到的目的地都是有用的，”格罗斯马克说
这些发现可以极大地增强目前对动物和人类如何随着时间的推移巩固其环境的心理地图的理解
未来，他们可以为进一步研究海马体的再激活模式铺平道路，这可能会带来新的重要发现
格罗斯马克补充说:“事实上，记忆巩固似乎在学习中发挥着独特而积极的作用，这为长期记忆内容的塑造开辟了令人兴奋的途径。”
“我们现在计划揭示这种离线选择过程背后的神经回路机制，并研究它们如何在已知影响长期记忆的精神疾病中变得失调
"
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