新的研究發現，大腦中的「計時細胞」可能是動物生物鐘的基礎

是的，你的寵物會報時

喂你的寵物的時候，你會花時間嗎?弗拉菲和菲多對你很感興趣，他們能分辨出你什麼時候磨蹭。西北大學的一項新研究發現了動物能判斷時間的一些最清晰的證據。通過檢查大腦的內側內鼻孔皮質，研究人員發現了一組以前不為人知的神經元，當動物在等待時，它們會像時鐘一樣啟動。「你的狗知道你吃東西的時間是昨天的兩倍嗎?」以前沒有一個好的答案，」領導這項研究的丹尼爾·多姆貝克說。「這是最令人信服的實驗之一，表明當動物們被要求測量一個時間間隔時，它們的大腦中確實有一個明確的時間表徵。」

在計劃這項研究時，多姆貝克的團隊把重點放在了內側鼻內耳皮質上。內側鼻內耳皮質位於大腦顳葉，與記憶和導航有關。因為大腦的這一部分對情景性記憶中的空間信息進行編碼，多貝克假設這個區域也可能負責編碼時間。「每一次記憶都有點不同，」多姆貝克實驗室的博士後研究員詹姆斯·海斯(James Heys)說。但所有情景記憶都有兩個中心特徵:空間和時間。它們總是發生在特定的環境中，並且總是在特定的時間內構建。

為了驗證他們的假設，Dombeck和Heys建立了一個名為虛擬「關門」任務的實驗。在實驗中，一隻老鼠在虛擬現實環境中的跑步機上跑步。老鼠學會了從走廊跑到一扇門，那扇門位於跑道的中間。六秒鐘後，門打開，讓滑鼠繼續沿著走廊接受獎勵。經過幾次訓練，研究人員讓虛擬現實場景中的門隱形。在新的場景中，滑鼠仍然根據地板變化的紋理知道現在看不見的「門」的位置。它仍然在「門口」等了六秒鐘，才突然跑下跑道去取它的獎賞。

論文的第一作者Heys說:「重要的是，滑鼠不知道門是開著的還是關著的，因為它是看不見的。」「他能有效解決這個問題的唯一方法就是利用大腦內部對時間的感覺。」通過使用虛擬現實，Dombeck和他的團隊可以巧妙地控制潛在的影響因素，比如門打開的聲音。「在真實的環境中，我們不可能讓門完全隱形，」多姆貝克說。「動物可以觸摸它，聽到它，聞到它，或者以某種方式感覺到它。他們不需要判斷時間;當門打開時，他們就能感覺到。在虛擬現實中，我們可以帶走所有的感官線索。

但多姆貝克和他的團隊不止是看著老鼠們一遍又一遍地完成「關門」任務。他們進一步對老鼠的大腦活動進行了成像。多姆貝克和海斯利用雙光子顯微鏡觀察老鼠的神經元活動，這種方法可以對大腦進行高級的高解析度成像。多姆貝克說:「當這些動物沿著跑道跑到那扇看不見的門前時，我們看到細胞在放電，控制著空間編碼。」「然後，當動物停在門口時，我們看到那些細胞關閉了，一組新的細胞打開了。這是一個很大的驚喜和新發現。多姆貝克注意到，這些「計時單元」在活動跑步時並不會啟動——只有在休息時才會啟動。「這些細胞不僅在休息時活躍，」他說，「它們實際上還能記錄動物休息的時間。」

這項工作的含義遠遠超出了你的不耐煩狗狗。現在研究人員已經發現了這些新的時間編碼神經元，他們可以研究神經退行性疾病如何影響這組細胞。「阿爾茨海默氏症患者明顯會忘記什麼時候發生的事情，」Heys說。「這可能是因為它們正在喪失鼻內皮層的一些基本功能，而鼻內皮層是最早受該疾病影響的大腦區域之一。」「因此，這可能會導致對阿爾茨海默氏症新的早期檢測測試，」多姆貝克補充說。「我們可以開始讓人們判斷已經過去了多少時間，或者讓他們在虛擬現實環境中漫遊——基本上就是讓一個人做一個『關門』任務。」

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