大脑创造和存储记忆的能力非常神秘。记忆并非总是可靠，但它对生存至关重要。在食物匮乏的冬季，记住食物藏在哪里对许多动物来说是必需的，包括黑顶山雀。新研究表明，这些拥有完美记忆力的鸟类使用一种类似于你在杂货店看到的系统的机制。它们似乎利用大脑细胞活动来记忆每个食物地点，其功能类似于条形码的工作方式。这些发现发表在 3 月 29 日的《Cell》杂志上。
“我们通过对物体、地点和人物的记忆来看待世界，”该研究的合著者、哥伦比亚大学神经科学家 Dmitriy Aronov 在一份声明中说。“记忆完全定义了我们看待和与世界互动的方式。通过这种鸟，我们可以以一种极其简化的方式来理解记忆，通过理解它们的记忆，我们将了解一些关于我们自身的东西。”
“记忆天才”
科学家们长期以来一直知道，大脑的海马体对于存储情景记忆至关重要，例如汽车停在哪里或食物放在哪里。要理解这些记忆是如何在大脑中编码的，则更加困难，因为很难知道动物在特定时间可能在回忆什么。
为了解决这个问题，这项新研究着眼于黑顶山雀。Aronov 称这些鸟为“记忆天才”和情景记忆大师。大多数山雀生活在较冷的地方，并且不像其他鸟类那样在冬天迁徙。它们的生存取决于记住在夏季和秋季隐藏食物的位置，一些鸟类每天可以储存多达 5000 份食物。
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“每次储存都是一个明确的、公开的、易于观察的时间点，在此期间会形成新的记忆，”Aronov 说。“通过专注于这些特殊的时间点，我们能够识别出以前未曾注意到的与记忆相关的活动模式。”
海马体“条形码”
在该研究中，研究小组建造了受鸟类自然栖息地启发的室内竞技场。在实验过程中，一只黑顶山雀本能地将葵花籽藏在竞技场的洞里，同时研究小组使用植入式记录系统监测了这只鸟海马体的活动。该设备允许研究小组在鸟类自由活动时监测它们的大脑，并在录音会话之间取出。同时，六台摄像机记录了山雀飞行以及一个人工智能系统自动追踪它们储存和取出种子。
“这些是极其引人注目的活动模式，但它们非常短暂——平均只有一秒钟，”该研究的合著者、博士后研究员 Selmaan Chettih 在一份声明中说。“如果你不知道它们何时何地发生，就很容易错过它们。”
他们发现，当山雀在特定地点储存食物时，海马体神经元都会以独特的模式放电。每次记忆都被标记上海马体中的独特模式，当鸟取出储存的食物时，该模式会亮起。研究小组将这些模式称为条形码，因为它们是单个记忆的非常具体的标签。
“例如，即使两个不同的储存点紧挨着，它们的条形码也是不相关的，”Aronov 说。
这些类似条形码的模式也独立于海马体神经元的其他活动发生，这种活动被称为位置细胞。这些细胞编码大脑中的地点记忆。这些伪条形码中的每一个都保持清晰，即使是隐藏在同一地点但不同时间储存的食物，或是在短时间内快速制作的附近储存点。
“许多海马体研究都集中在位置细胞上，2014 年诺贝尔奖就授予了对它们的研究，”Aronov 说。“因此，该领域的假设是，情景记忆必然与位置细胞的变化有关。我们发现，当鸟类形成新记忆时，位置细胞实际上并没有改变。相反，在食物储存过程中，存在超出位置细胞所见的活动模式。”
这对人类可能意味着什么
据研究团队称，这些模式在多大程度上以及如何被大脑用于驱动行为仍然是一个问题。目前尚不完全清楚山雀是否会激活这些“条形码”并利用这些记忆来决定下一步去哪里。
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在未来的研究中，研究团队希望了解当鸟类在更偏远或更复杂的环境中寻找储存点时，它们是否会激活这些类似条形码的模式。他们还计划在鸟类做出选择访问哪个储存点时记录它们的大脑活动。
研究团队还热切希望了解这种条形码策略是否在其他动物中广泛使用——包括我们人类，因为记忆是人类体验的关键部分。
“如果你想想人们如何定义自己，他们认为自己是谁，他们的自我意识，那么特定事件的情景记忆就是其中的核心，”Chettih 说。“这就是我们试图理解的。”
