时间，这一无形却又无所不在的概念，是人类理解世界、组织回忆、乃至日常生活的关键要素。无论是在闲聊中把握对话节奏，还是驾驶时估算路程所需，我们无时不刻不在进行着复杂而几乎无意识的时间计算。
近日，一篇发表在国际杂志Nature Neuroscience上题为“Medial entorhinal cortex mediates learning of context-dependent interval timing behavior”的研究报告中，来自犹他大学等机构的科学家们通过研究发现，在小鼠机体中，一种特定的“时间细胞”群对于机体学习复杂的行为至关重要，就好像时钟的秒针一样，“时间细胞”会按顺序激活并为每种事件模式编码独特的标识。这一发现有望为早期诊断诸如阿尔茨海默病等影响时间感知的神经退行性疾病开辟新径。
通过融合精细的时间学习任务与尖端的大脑成像技术，研究人员得以观测到小鼠学习过程中，“时间细胞”活动模式的动态变化。首先，研究人员开展了一项实验，实验设计要求小鼠识别、区分不同事件的气味刺激模式，在试验中，为了获得奖励，小鼠就必须学会区分不同事件的气味刺激模式，类似于学习简化的摩尔斯电码。
在小鼠学习前和学习后，研究人员利用显微镜技术来实时观察单个“时间细胞”的活性。首先，这些“时间细胞”对每一种气味刺激都会产生相同的反应，但当其学习了不同的刺激时间模式后，小鼠就会针对每一种事件模式产生不同的时间细胞活性模式。值得注意的是，在小鼠出错的实验中，研究人员观察到“时间细胞”往往会错误地提前或延迟激活，这就表明，“时间细胞”活性的正确顺序对于执行基于时间的任务至关重要。
大脑中的时间细胞对于机体的复杂学习能力非常重要图片来源：Nature Neuroscience (2024). DOI:10.1038/s41593-024-01683-7
更进一步，研究发现，“时间细胞”还展现出超越单纯计时的复杂功能。当研究人员暂时抑制包含时间细胞的内嗅皮层（MEC）区域时，虽然小鼠仍能感知并预测事件的时间，但却无法重新学习复杂的时间关联任务。研究者Bigus补充道：“MEC并非简单的秒表，适用于所有情境下的时间追踪，其作用似乎在于学习这些更复杂的时间关系。”
有趣的是，先前关于MEC的研究表明，它还参与了空间信息的学习及“心理地图”的构建。在基于时间的学习任务中观察到的大脑活动模式，与涉及空间学习的模式存在某些共通之处——即便动物未主动学习，这些模式的某些特征依然持续显现。尽管后续研究仍需深入，但现有成果提示，大脑处理空间与时间的方式具有惊人的相似性。James Heys博士提出：“我们认为，内嗅皮层可能兼具双重职能，既作为衡量距离的里程计，也作为记录时间流逝的时钟。”
鉴于内嗅皮层是阿尔茨海默病影响的关键区域之一，研究者们对复杂时间任务能否作为检测该疾病早期迹象的有效方法产生了浓厚兴趣。他们坚信，深入理解大脑如何处理时间信息，最终将助力于诸如阿尔茨海默病等神经退行性疾病的早期诊断。本研究证实，内嗅皮层中时间细胞的“时钟式”激活能够被学习过程调制，进而允许追踪由经验塑造的多样化时间结构，为认知科学领域带来了新的启示。
参考文献：
Bigus, E.R., Lee, HW., Bowler, J.C. et al. Medial entorhinal cortex mediates learning of context-dependent interval timing behavior. Nat Neurosci (2024). doi：10.1038/s41593-024-01683-7
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