运动的记忆在睡眠中随机回放

睡眠对大脑来说绝不是一段不活跃的时间:当老鼠(和人类)睡着时，海马体中的神经元会迅速激活。当一只老鼠反复地从一个地方移动到另一个地方时，在老鼠移动时发出信号的神经元会在老鼠睡着时“回放”这种信号，也就是说，它们以同样的方式发出信号，但速度更快。以前，人们认为重放模式只与老鼠清醒时反复做的旅行相对应。写在神经元今天，奥地利科学技术研究所(IST Austria)的博士后Federico Stella和Jozsef Csicsvari教授也表明，当老鼠自由漫游时，海马体在睡眠中重演，但它以随机的方式重演，类似于由随机移动的粒子所知的著名的布朗运动。

的地方细胞当我们(或进行实验的大鼠)处于某个特定位置时，海马体中的细胞会被激活吗?为了形成记忆，能够回忆起来并做出决定，他们需要在睡眠中回放发射模式。在数据中很容易看到回放，而且发生得很快，Csicsvari解释说:“当老鼠睡着时，海马体是沉默的。但突然间，很多地方的细胞然后海马体再次陷入沉默。这种发射是非常压缩时间的。清醒时1秒的放电活动相当于睡眠时10毫秒的放电活动。”

开放环境取代迷宫

之前的研究主要集中在老鼠以一定顺序访问迷宫中的位置后的回放。他们发现，定位细胞放电的顺序与大鼠的运动相对应，在睡眠期间也观察到这种回放模式。在这项新的研究中，Csicsvari和Stella研究了当老鼠穿过一个开放的环境(比如一个盒子)时会发生什么。研究人员让这些动物在周围环境中奔跑，同时随机扔下食物奖励，同时记录多达400个位置细胞是如何同时放电的。然后，他们记录了老鼠睡觉时同一部位的细胞是如何放电的。

Csicsvari说，他们的发现出乎意料。“神经元在大鼠探索过的地方放电，但放电所表达的地方序列遵循随机轨迹。令人惊讶的是，这些随机轨迹与布朗运动相似，布朗运动是粒子移动、碰撞和改变方向时看到的随机运动。”一个精确的统计量定义了A是否随机过程是否遵循布朗运动。“当我们进行统计时，我们发现回放模式遵循布朗运动。但这与老鼠的实际运动并不一致——老鼠并不是随意跑来跑去的。相反，海马体的复杂回路产生了一种模式，就像一个简单的物理情况。”

测量技术的进展

斯特拉说，这一新发现之所以成为可能，完全是因为录音技术的快速发展。“五年前，人们认为当一只老鼠随机跑来跑去时，只有单一的地方会被回放。现在我们可以从上百个的地方同时，我们可以区分位于彼此附近的细胞之间的放电——以前被误认为是同一区域的放电。”

重玩是一种抽象的体验

Csicsvari解释说，随机回放让研究人员深入了解海马体的电路动力学。“在像我们这样的实验环境中，动物并不是通过隐藏的食物奖励来了解环境的海马体自行生成射击轨迹。我们的工作表明，大脑回路本身具有复杂的动态，它影响着神经元的放电方式。经验可能会限制玩家能够重玩什么内容。”

斯特拉认为随机回放是对老鼠体验的抽象。“这种抽象可以用于认知目的，比如在相同的环境中规划新的行为，或者在不同的经历中进行概括。”在未来，斯特拉计划研究回放在记忆后处理中的作用以及如何发挥作用老鼠可以使用重播来计划行为。“当老鼠有意图时，随机性是如何受到影响的?这正是我现在想知道的。”