Cellular code for mnemonic pattern separation in the human hippocampus is revealed by false memories
通过记录人类患者在执行识别记忆任务时的单神经元活动，研究人员识别出了能够信号化表征记忆模式分离（mnemonic pattern separation）的特定海马神经元，从而建立了区分相似记忆的细胞相关性，并证明了它们在防止虚假记忆中的关键作用。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
人类的大脑是记忆的大师，能够存储庞大的个人经历库，从童年一顿饭的味道到朋友的面孔。然而，这种能力依赖于一种微妙的平衡行为。为了正常运作，大脑必须识别出熟悉的物体就是之前见过的那个，即使光线或角度发生了变化。与此同时，它必须足够敏锐，能够区分出一个与旧物体几乎完全一致的新物体，以防止混淆。这种分辨极其相似事物的能力被称为“模式分离”（pattern separation）。几十年来，科学家们一直在争论人类大脑是否确实拥有这种特定的计算能力。虽然在啮齿动物的研究中，已在海马体（一个对记忆至关重要的深层大脑结构）中发现了这种过程的明确证据，但针对人类的研究结论却一直不一。以往试图通过脑部扫描来观察这一现象的研究由于分辨率过低，无法显示单个细胞的工作，而其他研究则表明，人类的记忆细胞过于宽泛和通用，无法进行精细的区别。由于缺乏来自单个神经元的清晰信号，关于人类是否真正拥有这种精细调优的记忆过滤器的问题一直悬而未决。
一组研究人员现在通过直接聆听人类大脑中单个细胞的电活动，解决了这场争论。他们与 97 名正在接受癫痫手术的患者合作，这些患者患有癫痫，需要医生将微小的电极植入大脑深处以定位癫痫发作的源头。这些电极使科学家能够在患者玩记忆游戏时记录下 3,506 个神经元的活动。在游戏中，患者首先学习一系列图像。随后，他们会被展示一些旧图像以及一些与旧图像非常相似的新图像。患者必须判断他们以前是否见过每张图像，并对该答案的信心程度如何。有时，患者会犯错，错误地认为自己见过一张新图像。这些被称为“虚假警报”（false alarms）的错误，发生在脑部未能将新图像与旧记忆分离的时候。通过分析这些特定的错误时刻，研究人员得以观察大脑是如何处理这种混淆的。
研究显示，大脑确实拥有一种模式分离机制，但它是通过一种特定的、罕见的细胞类型来实现的。研究人员发现，当患者正确记住一张旧图像时，许多脑细胞会以一种可预测的方式放电。然而，关键的发现出现在患者犯错并将一张新的、相似的图像误认为“旧”的时刻。在这些时刻，海马体中一组独特的细胞仍然在发出信号，表明该图像实际上是新的，尽管患者认为它是旧的。这些细胞忽略了患者错误的决定，并坚持了图像真实的属性。研究人员称这些细胞为“模式分离”细胞。他们发现这些细胞存在于海马体、杏仁核及其他区域，但在海马体中最为有效。相比之下，大脑中的其他细胞仅仅是在传达患者所做的决定，而不管这个决定是对是错。这表明大脑包含两股平行的信息流：一股承载着记忆的事实真相，另一股则反映了人最终做出的选择。
研究人员进一步研究了这些细胞如何创造记忆强度的感觉。当人们对某事记忆非常笃定时，其大脑活动很强；当不确定时，活动则较弱。研究表明，模式分离细胞负责创造这种平滑的信心梯度。当研究人员在分析中通过数学方法移除这些特定细胞的活动时，高信心记忆、低信心记忆与虚假警报之间的清晰区别便消失了。大脑区分强记忆与弱记忆的能力随之崩溃。这表明，这些稀有的细胞是驱动我们感知记忆确定程度的引擎。如果没有它们，大脑将难以区分生动的回忆与仅仅是猜测。
这些细胞的位置也至关重要。模式分离信号在右侧海马体（大脑处理视觉信息的区域）最为强烈。在那些癫痫发作源于这些记录细胞所在区域的患者中，该信号较弱或缺失，这与这些患者常见的记忆问题相吻合。研究还证实，患者犯的错误并非随机的。混淆新图像与旧图像的可能性完全取决于两张图像在视觉上的相似程度。图像看起来越像，大脑在分离它们时就越容易失败，从而导致虚假记忆。这证实了这些错误是由于大脑在区分相似模式时面临困难而直接导致的，而非由于注意力缺乏或随机猜测。
这项工作首次在单个细胞水平上提供了人类大脑存在模式分离的直接证据。它表明，人类的海马体包含一群专门的神经元，它们充当过滤器，确保新的、相似的经历与旧的经历保持区分。当这个过滤器发挥作用时，我们可以辨别熟悉的面孔和地点而不产生混淆。当它失效时，我们可能会把陌生人误认为朋友，或者把新物体误认为旧物体。这项研究不仅证实了这一过程的存在，还识别出了使其成为可能的特定生物机制，为我们了解人类心智如何保持记忆清晰且独特提供了一个全新的窗口。
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