Nature Neuroscience: 大脑中的“计时细胞”，或是生物钟的基础

是不是没有及时给你的宠物喂食？它正盯着你呢，知道你又偷懒了。近日，美国西北大学的一项新研究发现了迄今为止最明确的证据表明动物能够判断时间。研究人员通过检查动物大脑的内侧内嗅皮层，发现了一组过去未知的神经元，在它们等待的时候这些神经元就会像钟表一样启动。

“你的狗狗知道你今天比平常晚了很久才给它喂食吗？在过去这个问题并没有一个好的答案。”研究负责人、西北大学温伯格文理学院神经生物学助理教授Daniel Dombeck说：“这是目前最具说服力的实验之一，它表明在尝试衡量时间间隔的时候，动物确实在他们的大脑中有明确的时间表示。”该研究近日已发表在《Nature Neuroscience》上。

来源：中国生物技术网

选稿：Brainnews| Simon

题图：网络

在计划这项研究的时候，Dombeck的团队把重点放在了内侧内嗅皮层，这是一个位于大脑颞叶的区域，与记忆和导航有关。因为该区域在情景记忆中编码空间信息，Dombeck猜测它可能也负责编码时间。

Daniel Dombeck

研究第一作者、Dombeck实验室中的博士后研究员James Heys说：“每一次记忆都有差异，但是所有的情景记忆都会有两种显著特征：空间和时间。它们总是发生在特定的环境中，并且总是在特定的时间内构建。”

为了验证这种猜测，Dombeck和Heys设计了一个虚拟“门禁”任务的实验。实验中，小鼠在一个虚拟现实环境中真实的跑步机上跑步。小鼠学习沿着走廊跑向一扇门，门位于走廊的半路上，并在6秒之后会打开，小鼠可以继续完成后半程并获得奖励。

在经过几轮训练后，研究人员使这扇门在虚拟现实环境中变得不可见。在这个新场景中，小鼠仍然能够根据地面变化的纹理知道这扇“不可见的门”位于哪里。在冲过这扇“门”去获得奖励之前，小鼠仍然会在“门”处等待6秒。

Heys说：“这里重要的一点是小鼠不知道门什么时候打开和关闭，因为门是不可见的。它们高效完成这个任务的唯一方法就是利用大脑的内在时间感。”

Dombeck及其团队利用虚拟现实技术巧妙地控制了潜在影响因素，比如开门的声音。Dombeck说：“在真实环境中我们无法做到让门完全不可见。小鼠能通过触摸、听、闻或者以其他的方式感知到，这样它们就不必判断时间，只需要感觉门打开即可。在虚拟现实环境中，我们可以消除所有的感官线索。”

但是Dombeck及其团队做的不仅仅是观察老鼠一遍又一遍地完成任务。他们还对实验进一步深化，对小鼠大脑活动进行成像。Dombeck和Heys利用双光子显微镜（能对大脑进行高分辨率成像的先进技术）观察到了小鼠大脑中的神经元释放脉冲。

Dombeck说：“当小鼠跑步并且到达‘不可见’门时，我们观察到控制空间编码的细胞释放脉冲。然后，当小鼠停在门口时，我们观察到这些细胞关闭了，另外一组新细胞开启。这是一项令人惊喜的新发现。”

Dombeck指出，这些“计时细胞”在小鼠主动奔跑时并没有释放脉冲，而只是在休息时才活动。他说：“这些细胞不但在小鼠静止的时候开始活动，而且还会编码它们休息的时间。”

这项研究的意义不仅仅在于解释为什么你的宠物会不耐烦。现在研究人员已经发现了这些新的编码时间的神经元，他们可以研究神经退行性疾病如何影响这组细胞。

Heys说：“阿尔兹海默症患者经常忘记事情发生的时间。也许是因为他们的内嗅皮层失去了部分基本功能，这是受疾病影响的第一个大脑区域之一。因此，这项研究有助于我们开发针对阿尔兹海默症新的早期检测方法，可以让患者判断过去了多长时间，或者要求他们在一个虚拟现实环境中进行导航，也就是说进行人类的‘门禁’实验。”

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