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海马时间的可扩展表示

海马时间细胞可以及时编码组织经历的特定时刻,以支持海马的情景记忆功能。但是对于情节的及时变化期间时间单元的重组知之甚少。日本庆应义University大学理研大脑科学中心和心理学系的Akihiro Shimbo和研究团队对CA1神经元活动进行了研究,这些活动对人类的自传体记忆,心理时间旅行和自律意识至关重要。在时间二等分任务期间,他们设计了一组时间间隔,以在整个试验块之间延长,区分或收缩。团队扩展了theta阶段进动以及时间单元的theta序列,以保持theta周期中各对之间的精细时间关系。他们使用大鼠模型显示了theta序列如何根据其时间反映速率决定。这些发现证明了时间单元的可扩展特征如何支持记忆形成的灵活时间表示。

认知图

神经科学家建议动物具有认知图,以作为世界上实体之间关系的内部表示并支持灵活的行为。海马可以为空间导航提供认知图,因为海马细胞装配体可以组织类似地图的环境表示。海马位置细胞同时使用速率和时间(时间)编码来表示空间。费率编码采用位置接收场的形式。并发theta振荡可强烈调节位置单元的尖峰时序频率为4至10 Hz,同时呈现出尖峰相移,它是相对于接收磁场中心的距离的函数。通过这两种形式的速率和时间编码,海马的空间表示涉及位置和关系信息。相对位置关系比绝对位置可以为海马中的空间识别提供更多基本信息。海马还为非空间实体提供了认知图,包括基于时间的信息。但是,很少有研究集中在研究海马时间的系统重组方面。在这项工作中,Shimbo等人。研究了海马时间的可扩展性。这海马通过时间细胞的顺序活动来表示经过时间的信息。先前的报告详细介绍了包括前额叶皮层和中脑在内的几个大脑区域如何参与时间的感知和表征。

实验

在工作过程中,研究人员对老鼠执行了两等分任务,以区分长时间间隔和短间隔,从而获得奖励。他们注意到,CA1区域中的大多数时间单元代表了跨试验区块的大规模时间信息。Shimbo等。研究了与海马中theta振荡相关的时间单元序列活动的时间结构,以识别时间的可扩展表示的基础。在分析数据时,他们注意到时细胞的活动以根据对时间的感知来反映大鼠的决定。这些发现显示出一种常见的电路机制,由于位置细胞和时间细胞之间的相似性,使得海马中的空间和非空间信息以地图状表示为基础。科学家使用高密度硅探针记录了任务行为期间大鼠海马CA1神经元的情况。他们根据单位的波形和发射速率将其分类为推测的锥体细胞或中间神经元。

时间的可扩展表示

Shimbo等。对大鼠进行了时间平分任务训练,并设置了时间间隔以区分试验块。在实验过程中,他们强迫大鼠在跑步机上长时间或短时间地跑步。强制跑步后,他们在Y形迷宫中选择了左臂或右臂。研究人员在正确的手臂完成每项任务时提供水滴作为奖励。他们首先评估了锥体细胞的时间依赖性活动,并将22.2%的锥体细胞归为时间细胞。他们还确定了CA1锥体细胞的时间表示是否可缩放到收缩方向,以指示CA1锥体细胞的时间表示可在扩展和收缩方向上缩放。

任务依赖于时间的可伸缩表示

为了测试时间的可扩展性特征如何也取决于任务需求,Shimbo等人。在光辨别任务上训练了另一组大鼠,其中不需要动物在时间间隔之间进行辨别。在执行任务期间,他们强迫大鼠以短间隔或长间隔在跑步机上跑步,然后要求动物以光导方式选择Y迷宫的左臂或右臂。然后,他们研究了执行光识别任务的大鼠中CA1神经元的活性。研究人员将7.5%的锥体细胞归为时间细胞,这明显低于颞二等分任务的时间细胞。基于结果,时间单元的形成取决于任务的要求,同时还具有可扩展的经过时间信息表示。

θ相位进动的可伸缩性和时间单元的θ序列

海马细胞组件在空间导航期间以称为theta序列的单个theta周期生成了顺序结构。这些循环压缩地表示过去,当前和将来位置的轨迹序列。Shimbo等。检查在时间平分任务中是否存在θ相进动,该θ相进动是经过时间的函数。在局部场电位在间隔时间段内,稳定的θ频率(4至10 Hz)振荡主导了这一点。该小组研究了单个神经元的相位-时间关系,发现77.3%的时间细胞呈现相位差。Shimbo等。研究了单个theta周期中时间单元装配的尖峰序列的时间结构,以了解时间单元装配是否在任务期间形成了theta序列。

结果显示了单个θ周期中细胞对的时间关系。然后,研究小组评估了时间细胞的theta序列是否仅仅是单个神经元相位进动的结果,或者它们具有比相位进动预测的相关结构更高的相关结构。。结果表明,时间细胞的θ序列不仅是单个神经元相位进动的结果。在一起,这些结果表明时间单元的theta序列如何在整个试验块上可扩展,以及在单个theta周期内如何保持单元对之间的精细时间关系。科学家们还研究了时间细胞的组装如何反映对大鼠过去时间的识别。这项工作表明了这些结果如何表明时间细胞组装的活动,并实际上反映了动物在测试试验中的决定。

外表

这样,Akihiro Shimbo及其同事研究了海马中时间单元相对于速率和时间编码的可扩展性。结果表明相对于速率和时间这两个因素,海马和海马锥体细胞的时间表征具有可扩展性。这项工作提出了一种潜在的通用电路机制,其中海马中的空间和非空间信息以地图状表示。这样可扩展的,地图状的空间-架构时间信息将允许形成灵活的存储器以适应复杂的环境。

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