你在街上看到一位女士，看起来很眼熟——但你不记得在哪里见过她。你的大脑无法将任何先前的经历与这个人联系起来。几个小时后，你突然想起在朋友家聚会上见过她，你才意识到她是谁。
在一项针对小鼠的新研究中，研究人员发现了大脑中负责两种熟悉感——模糊的识别和完全的回忆——的区域。而且，两者都由两种不同的神经代码表示。这项发表在2月20日《神经元》杂志上的研究结果，展示了使用先进的计算机算法来理解大脑如何编码诸如社会新奇性和个体身份等概念，哥伦比亚大学莫蒂默·B·祖克曼心智大脑行为研究所的神经科学家、该研究的共同作者史蒂文·西格尔鲍姆说。
陌生人的大脑特征比老朋友的特征更简单——西格尔鲍姆说，考虑到这两种关系所需的记忆需求截然不同，这很有道理。“你在哪里，你在做什么，你什么时候做的，还有谁[在那里]——对熟悉的人的记忆是一种更丰富的记忆，”西格尔鲍姆说。“如果你遇到一个陌生人，就没什么可回忆的。”
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这一活动发生在被称为海马体的大脑区域的一小部分中，海马体以其在形成记忆中的重要性而闻名。所讨论的这一小部分被称为CA2，似乎专门研究用于回忆关系的某种记忆。“[这项新工作]真正强调了这个大脑区域对社会处理的重要性”，至少在小鼠中是这样，美国国家环境健康科学研究所的神经科学家塞雷娜·杜德克说，她没有参与这项研究。
大约十年前，西格尔鲍姆实验室的一名学生帮助确定了这一作用，当时他开发了一种在小鼠中沉默CA2的基因方法。在CA2失效的情况下，小鼠无法区分不熟悉的小鼠和同窝小鼠。记忆缺陷仅限于社交背景，而不是例如对物体或没有社交意义的位置的记忆：例如，小鼠仍然可以识别熟悉的物体，或在迷宫中导航。“令人惊讶的是，这个特定的子区域对于小鼠的社交记忆至关重要，”西格尔鲍姆说。
但这仍然不清楚该区域的细胞是如何执行这项功能的。“问题是：在CA2区域，这些小鼠的大脑中发生了什么？”西格尔鲍姆说。为了回答这个问题，西格尔鲍姆的团队必须设计一种方法来记录社交互动期间CA2中的神经活动，并分析这种活动。
2018年，当时的博士生拉拉·博伊尔开始着手解决使用微型显微镜记录CA2内部活动的问题，微型显微镜是一种小到可以像帽子一样戴在小鼠头上的显微镜。博伊尔是这篇新论文的共同作者，她赋予CA2神经元一种在钙存在下会发光的蛋白质，钙是一种矿物质，当细胞活跃时会涌入神经元。她定位显微镜以检测辉光，测量其强度，并将测量结果转换为电信号，供计算机处理。
当一只小鼠与两只不熟悉的小鼠、两只同窝小鼠或一只同窝小鼠和一只陌生小鼠互动时，该装置一次记录50到60个神经元的活动。每对小鼠分别被关在笼子左右两侧的小型金属丝“杯子”中。研究人员希望，通过比较互动期间的大脑活动，可以揭示小鼠如何将其他小鼠识别为陌生小鼠或同窝小鼠，或者如何区分它们作为个体。然而，事实证明，科学家们最初无法充分理解这些信号，以确定大脑是如何做出这些判断的。
因此，在2020年，博伊尔和西格尔鲍姆与祖克曼神经科学家斯特凡诺·富西和博士后研究员洛伦佐·波萨尼合作，他们构建了一个“线性解码器”，这是一种可以破译大量神经模式的软件。正如新论文报道的那样，解码器处理了单个小鼠的反应，以找出大脑如何加密社会熟悉度和身份。富西说，小鼠大脑使用“非常特殊的代码”来表示其他小鼠。
解码器揭示了一种适用于各种成对的新遇到的和熟悉的小鼠的新奇性和熟悉性概念的神经特征。“[俗话说]大脑中的某个地方会亮起一盏灯，说‘新奇性’或‘熟悉性’，与这些小鼠的身份无关，”西格尔鲍姆说。“这可能是这项研究最大的顿悟时刻之一。”
更重要的是，小鼠的CA2神经元区分新奇动物和熟悉动物的能力越强，这种动物似乎就越擅长区分杯子中的小鼠。因为小鼠喜欢新奇事物，所以它们更喜欢与陌生小鼠而不是同窝小鼠相处。因此，线性解码器识别出大脑具有最敏锐的新奇性探测器的小鼠，与熟悉的小鼠相比，花费更多的时间嗅探新奇的小鼠。
研究人员还发现了使小鼠能够区分两只熟悉动物或两只陌生动物的神经模式。“你可以以高于偶然的水平解码，不仅可以解码[小鼠是否感知到]一只新奇动物或一只熟悉动物，还可以解码[也]那只动物的身份，”杜德克说。
西格尔鲍姆说，大脑捕捉身份的方式对于陌生动物和熟悉动物是不同的。例如，研究人员确定，当这些小鼠是熟悉的时，社会身份的神经代码在更大程度上取决于小鼠在杯子中的位置，这与已知个体的记忆扎根于地点以及其他细节的想法一致。相比之下，陌生人没有附加此类细节，因此代码更简单，他说。
富西说，这些新发现的大脑特征背后的原理可以为更好的机器学习系统提供信息。目前，计算机必须以非常特殊的方式接受新信息的训练，否则它们会遭受先前知识的“灾难性遗忘”。“如果你想让[机器学习系统]在整个生命周期中不断学习，我们没有办法做到这一点，”富西说。“机器不像我们一样在自然环境中学习。”他说，对动物大脑如何编码社会信息的新理解，可能会为解决灾难性遗忘问题产生想法。
日本理化学研究所脑科学中心的神经科学家托马斯·麦克休说，这项研究的结果也代表着朝着完全理解社会记忆迈出的一小步，他没有参与这项研究。“我们作为一个领域真正想要理解的是，如何形成一个整合所有这些组成部分的记忆——我们与谁互动，我们在哪里，我们在做什么——事件或情节的内容，”麦克休说。“这项[研究]为我们提供了关于我们如何做到这一点的一些想法。”
杜德克说，CA2不太可能在这个过程中单独行动，因为它与其他大脑区域相连，这些区域也在社会学习、记忆和行为中发挥作用。但是，如果小鼠的发现适用于人类，这项工作可能有助于研究人员揭示人类社会困难的根源，例如精神分裂症和自闭症中发生的那些困难。例如，科学家可以寻找这些疾病的基因小鼠模型中CA2神经元神经代码的变化。“拥有这些基线数据对于理解这些模型中的变化至关重要”，这是理解人类变化的第一步，麦克休说。
西格尔鲍姆说，从那里，研究人员可能会找到使该回路正常化的方法，以改善社会记忆。“有多少种不同的记忆障碍？”他补充说。“它们都涉及神经处理的相同类型的变化，还是与不同形式的疾病相关的更具体的变化？”西格尔鲍姆说，更好地分类这些变化可能会带来更有针对性的治疗方法。