近日，美國國家衛生研究院(NIH)的神經疾病與中風研究所(National Institute of Neurological Disorders and Stroke)研究發現，大腦中有兩類細胞影響人類記憶的建立、儲存和提取，這項研究未來有望可以應用於開發治療阿茲海默症等記憶障礙疾病的新療法。該研究發表於《Nature Neuroscience》。
 
此項研究是獲美國總統歐巴馬於2013年提出「使用先進創新神經技術的大腦研究計畫」(Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies, BRAIN)支持。
 
這項研究起源於美國錫安山醫學中心(Cedars-Sinai Medical Center)神經外科教授Ueli Rutishauser提出的問題：「人們清醒的時候是一段很長的持續時間，但是生活中不同時間點所發生的事件卻是單獨儲存的，這被稱為『事件分割理論(Event segmentation theory)』，而在每件事件之間，大腦是如何標記事件的記憶的開始和結束？如何形成與組織記憶？」
 
為研究這個問題，研究人員與20名需評估抗藥性癲癇手術治療而正在接受顱內腦電圖的患者合作，觀察當播放不同類型的「認知邊界(cognitive boundaries)」電影剪輯時，患者大腦活動的變化。
 
透過影片間的場景切換，來觸發記憶儲存的「邊界」，如同記憶的「起點和終點」。
 
第一種認知邊界類型的影片，稱為「軟邊界(soft boundary)」，其為同個故事的影片，從一個場景切換到另一個場景，例如，在一場棒球比賽中，從投手的鏡頭切換到打擊者的鏡頭。
 
而第二種認知邊界類型的影片，稱為「硬邊界(hard boundary)」，則是影片從第一個故事完全切換到不同的故事，例如，從棒球比賽的擊球畫面直接切換到廣告。
 
研究人員記錄下受試者觀看影片時的大腦活動，並且發現兩組不同的細胞會在觀看不同影片時增加活動量。
 
第一種細胞為邊界細胞(boundary cells)，不論是在觀看軟邊界或硬邊界影片時的反應都更加活躍，而另一種細胞，研究人員稱其為「事件細胞(event cells)」，只對硬邊界的影片有反應。
 
因此，研究人員假設，只有當硬邊界的事件發生，邊界細胞與事件細胞的活動反應都到達高峰時，才會產生新的記憶。
 
研究人員指出，記憶如何在大腦中儲存與提取，就像是照片儲存在手機或電腦裡一樣，通常，照片會依據拍攝時間和地點進行分類，然後顯示該事件的重點照片，若要看到更多照片就需要點擊該重點照片。
 
Rutishauser表示，可以將事件的邊界視為創造一組新的相簿，當開始建立記憶時，就像新照片被添加進該相簿中，而當硬邊界事件發生時，該段記憶就結束，另一段新的記憶開始，而軟邊界則是該段記憶中的過程。
 
研究人員接下來進一步研究如何搜尋記憶以及如何觸發邊界細胞與事件細胞，研究人員推測，大腦利用邊界細胞活化的高峰值作為瀏覽記憶的標記，類似使用重點照片辨別事件。當大腦發現放電模式與該段記憶很類似時，就會「打開」該事件。
 
研究人員運用兩種不同的記憶測試方式來驗證這個推測，首先，先給受試者觀看一系列靜止圖像，並問受試者這些圖像中是否有出現在剛剛的影片中。
 
研究發現，受試者比較有可能會記住在硬邊界或軟邊界剛轉換後出現的圖像。
 
而第二項測試則是從剛剛觀看的影片中擷取區兩張圖像，讓受試者回答兩張圖片在影片中出現的順序。
 
研究結果顯示，如果兩張圖片是在硬邊界的不同側，受試者回答正確的難度更高，可能是因為兩張圖片被記憶在不同的「事件」中。
 
這項研究發現了人類大腦是如何建立、儲存和提取記憶，由於每個不同事件的分割可能是影響記憶障礙患者關鍵，因此這項研究未來有望可以應用於開發新療法。
 
Rutishauser也正在開發兩種可能成為新療法的機制，第一種為邊界細胞和事件細胞可能會活化產生多巴胺(Dopamine, DA)的神經元，達到加強記憶的形成。
 
而第二種可能成為新療法的機制，則是利用大腦中與學習和記憶相關的δ波，若事件細胞活性與δ波越接近，受試者就更容易記住圖片出現的順序。而未來有望可以運用腦深層電刺激(Deep Brain Stimulation, DBS)來影響δ波，成為記憶障礙患者的新療法。
 
參考資料：https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220307113145.htm
論文：DOI：10.1038/s41593-022-01020-w

(編譯/李林璦)