我们对事件的回忆通常不像安全摄像头的数字视频回放那样——一种被动的观察，忠实地重建了发生的一切的空间和感官细节。更常见的情况是，记忆将我们的经历分割成一连串离散的、相互关联的事件。例如，您可能记得上周某个时间在午餐前去散步，但不记得人行道上散落的苏打水瓶、院子里橡树上呱呱叫的乌鸦，或者您回来后吃的鸡肉沙拉三明治。您的头脑为“散步”指定了一个心理篮子，为“午餐”指定了一个随后的箱子，一旦访问，许多更精细的细节就变得可用。这种安排提出了大脑如何执行这种分类的问题。
麻省理工学院的神经科学家利根川进及其同事的一项新研究声称，他们发现了使记忆组织成离散单元成为可能的神经处理过程。这项工作对于理解人类如何概括知识具有重要意义，并且可能有助于开发更快学习的AI系统。
一个名为海马体的大脑区域对于记忆形成至关重要，并且似乎也参与导航。海马体中称为“位置”细胞的神经元选择性地响应处于特定位置，形成环境的认知地图。这种空间信息对于“情景性”（自传式而非事实性）记忆显然很重要。但是，经验的其他方面，例如不断变化的感官输入，也很重要。有证据表明，海马体中的神经元通过改变其放电频率来编码感官变化，这种现象被称为“速率重映射”。根据加州大学旧金山分校的神经科学家洛伦·弗兰克及其同事的研究，这种变化也可能编码有关动物去过哪里以及要去哪里，使速率重映射能够代表行进轨迹的信息。
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除了编码不断变化的变量（无论是感官输入还是路线轨迹）之外，一些影像学研究先前表明，大脑也将经验处理为分段的事件。但究竟如何在神经水平上实现这个过程尚不清楚。在新研究中，该研究上周发表在《自然神经科学》杂志上，由利根川实验室的研究生陈 sun 领导的团队设计了一项任务，试图将事件的离散、分段性质与从一个时刻到另一个时刻的经验的不断变化的空间和感官细节区分开来。研究人员训练小鼠绕方形跑道跑。跑完四圈后，动物会得到甜点奖励。它们在每跑完一圈后都会访问奖励箱，将每次试验分成四个“事件”（奖励定义了试验的结束）。每圈都经过相同的路线，因此感官和位置信息从一个事件到下一个事件都是恒定的，这使得研究人员可以将大脑活动差异归因于发生变化的事情：圈数或事件。
研究人员在小鼠执行这项任务时记录了数百个海马细胞的活动，发现大约30%的细胞显示出圈数特定的模式。其中一些细胞在啮齿动物跑过它在第一圈响应的位置时高度活跃，而在其余三圈中相对安静。另一些细胞在第二圈的反应远比其余圈数更强烈，依此类推。这些神经元被研究人员称为“事件特定速率重映射”或 ESR 细胞，似乎在发出小鼠正在跑第几圈的信号。
为了确认 ESR 细胞确实在编码事件，研究人员进行了使用沿着一个维度拉长的跑道的实验，增加了它们的长度。即使圈长在试验之间随机改变，这些细胞在其首选圈数上仍然活跃得多，表明活动可能与经过的时间或行进的距离无关。“结果支持了海马体可以表达相关变量的表征的想法，包括在本例中，自奖励交付以来的圈数，”弗兰克说，他没有参与这项研究。
在另一个实验中，研究小组在第一天在方形跑道上训练小鼠，然后在第二天换成圆形跑道。转移到新环境导致 ESR 细胞的空间反应完全重新映射到圆形跑道上。然而，引人注目的是，这些神经元优先响应的圈数保持不变。这些发现表明，ESR 活动代表了分段的经验单元——并且这种“事件代码”可以在共享共同结构的不同经验之间转移。
利根川将这个过程比作一个熟悉的场景。“如果你去餐厅和你的朋友共进晚餐，这个事件是由不同的片段组成的：你到达餐厅，然后点开胃菜，然后你选择主菜，然后，通常，你会有甜点，”他说。“当这一切都在进行时，刺激不断地传递给你。但与此同时，它是由不同的事件组成的，你在开胃菜、吃主菜、甜点等等之间切换。”研究中揭示的编码可能解释了大脑如何在不同的餐厅、与不同的朋友的不同次就餐中抽象出“主菜”等事件。这个想法可能为大脑如何概括知识以有效学习提供见解。“你正在转移你已经拥有的知识，基于过去的经验，来学习新事物，”利根川说。“这就是为什么我们可以更快地学习事物。”他认为，这些见解可以帮助工程师开发能够将能力从一个环境转移到另一个环境的AI系统，例如用于在医院之间移动的医疗机器人。
圆形跑道实验表明，指定您精确位置的大脑反应可以在不影响事件特定活动的情况下被改变。在最后一个实验中，研究小组询问反过来是否也成立。一个名为内侧内嗅皮层 (MEC) 的区域在空间认知和导航方面与海马体密切合作。也有证据表明它参与将经验分割成连续的事件。研究人员使用光遗传学（一种涉及基因改造细胞的技术，使其可以使用光激活或抑制）来关闭从 MEC 到海马体的信号，同时小鼠执行跑步任务。这样做对位置特定反应没有影响，但完全扰乱了圈数特定反应，表明位置和事件编码可以被分别操纵——即使相同的细胞处理经验的这两个方面。
这项研究的一个局限性是，反复绕跑道跑步不同于大多数自然体验。“没有证据表明这些与事件相关的模式在动物第一次经历一组事件时就存在——仅在多次重复现在熟悉的序列后才出现，”弗兰克说。“这与我们的情景记忆并不完全相同，在情景记忆中，每次新的体验都会被单独编码并作为事件在第一次（通常也是唯一一次）发生时存储。”他认为这些细胞代表了“经验中经过充分学习且相关的元素，具有重复元素”。他说，这种安排让人想起海马神经元研究的报告，“在同一环境的几何重复元素中以相似但不完全相同的方式放电”。
“这是一项有见地的实验，以利根川实验室特有的细致和众多对照进行，”纽约大学格罗斯曼医学院的神经科学家吉尔吉·布扎基说，他没有参与这项研究，但他向研究人员提供了评论。但布扎基对正在发生的事情有更激进的看法。他认为研究人员分配给海马神经元的所有特性都是同一基本机制的不同方面。为了解释这个想法，他将其比作车辆发动机的运动与其行进距离和行程时间之间的关系——不同的变量反映了单一的潜在过程。
在情景记忆的情况下，假设的要素是什么、在哪里和何时。“情景记忆的定义是：‘什么事发生在我身上，在哪里，何时？’”布扎基说。当您组合这些要素时，它会重新创建事件。“这就是所谓的记忆，”他补充道。研究人员将他们观察到的活动与什么、在哪里或何时联系起来，但海马体所做的只是有效地将经验编码成神经元序列。海马体“就像一个图书管理员，告诉你去第五层架子，第二排。然后下一本书是这本，然后是这本，等等，”他说。但图书管理员对这些序列的内容一无所知，这些内容是在皮层中构建的。因此，布扎基对新发现的解释是，细胞并没有编码抽象的“事件特定”属性——例如一个人正在经历的圈数或晚餐课程——而更多的是生成赋予记忆顺序的顺序序列，使我们能够理解它。