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2020-01-01從虛擬實境遊戲找到連結空間、物件記憶的關鍵 457 期

Author 作者編輯部

【本刊訊】近日，美國哥倫比亞大學傅氏基金工程與應用科學學院（Columbia Engineering）神經工程學家所領導的團隊於《自然神經科學》（Nature Neuroscience）發表一項研究，與人類提取記憶、連結特定物件位置的秘密有關。

大腦的導航系統

人類的記憶，能根據任何環境中的經驗，連結特定的時刻。舉例來說，當有人向你尋求旅遊路線的建議，而你也已多次造訪該城市，大腦便會讓你選擇性地回想、區分不同旅程中的特定記憶，來決定最終的答覆。這件事情是怎麼發生的？

首先要從人類操作「空間」的能力說起。過去研究顯示，與情節、語意有關的陳述性記憶（declarative memory），仰賴大腦內側顳葉（medial temporal lobe）結構中的海馬迴（hippocampus）及內嗅皮質區（entorhinal cortex）運作，這些區域也對空間導航（spatial navigation）和記憶能力相當重要。2014年諾貝爾生醫獎得主，亦曾於這些區域中發現類似全球定位系統（GPS）功能的位置細胞（place cell）及網格細胞（grid cell）；若人處於環境中的特定位置，神經元便會在導航的過程中活化。

然而，這些大腦中的「空間地圖」與一個人在這些位置的事件記憶是否有關？這些區域中的神經元活動，又如何使人針對特定記憶進行相關的經驗檢索？

被所處位置活化的神經元

此次實驗中，研究人員針對神經外科患者進行虛擬實境中的物體－位置記憶任務（object-location memory task），將單一神經元活動記錄下來，並檢查出空間調諧（spatial tuning）中與記憶有關的變化。他們找來包含哥倫比亞大學埃文醫學中心（Columbia University Irving Medical Center）在內的數家醫院中，在臨床治療中時植入記錄電極的19位抗藥性癲癇患者。透過他們腦中的記錄電極，可測量單一神經元的活動情況。

研究人員將任務設計為沉浸式（immersive）虛擬實境電腦遊戲，臥床患者亦可使用筆電和手持控制器在虛擬環境中移動。執行任務時，受試者要先接受導覽並了解四個物件的位置，然後研究人員會移走這些物件，並要求受試者在每一輪試驗裡面，於空間中移動、標出其中一個特定物件的位置；當受試者在環境中穿梭，團隊便會測量神經元的活動和記憶目標。一開始，他們確定了與位置細胞類似的神經元；當患者經過特定位置時，這些神經元均會被活化，但它們又與記憶目標沒有關聯。

不過研究人員還注意到，其它神經元僅在與該試驗記憶有關的物件位置被活化，當患者受指示回想其它物件位置記憶時，這些神經元的活動就會改變，以媒合新的目標記憶。令他們更興奮的是，可以根據這些神經元的活動，針對患者的特定記憶進行解碼。

定位結合經驗解密大腦奇航

根據ScienceDaily報導，卡西姆指出，腦中的神經元會追蹤人們欲回憶的經歷，且可改變活動方式以區分不同的記憶；它們就像Google地圖上的圖釘一樣，標記了重要事件的位置。透過這個發現，人們得以選擇性地調用過去不同經驗的潛在機制，此次實驗凸顯這些細胞的活動如何影響大腦的空間地圖。

主導該研究的生醫工程學助理教授雅各布（Joshua Jacobs）也在該篇報導提到，實驗中他們在內嗅皮質中發現了記憶痕跡細胞（memory-trace cell），而內嗅皮質也是阿茲海默症患者首批被影響的大腦區域之一。由於這些神經元的活動，與一個人想要記住的事情密切相關，因此它們的活動可能會被阿茲海默症等疾病破壞，進而導致記憶缺失（memory deficits）的問題。這樣的結果，不僅為內嗅皮質及內側顳葉神經活動開闢了新的研究途徑，也幫助科學家釐清大腦中有關空間與記憶的內容如何重疊。

新聞來源
Salman E. Qasim et al., Memory retrieval modulates spatial tuning of single neurons in the human entorhinal cortex, Nature Neuroscience, 2019.

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