如果你患上阿尔茨海默病，你不仅会失去对时间的感知，还会失去对空间位置的感知。时间和空间可能是同一枚硬币的两面吗？目前全球约有5500万人患有痴呆症（如阿尔茨海默病），预计到2050年这一数字将增长三倍。在奥斯陆大学基础医学科学研究所，研究人员正致力于更深入地了解大脑内部发生的变化，以便预防或延缓此类疾病的发展。
“所有记忆都由不同成分构成。你不仅记得昨天晚餐吃了什么，还记得时间和地点。”教授科恩·韦尔瓦克（Koen Vervaeke）说，“我们通常将时间和空间视为独立范畴，这是哲学家和物理学家提出的区分，对组织生活非常实用。但我们的大脑细胞并不这么看。”这些细胞并不会区分空间中的一步前进和时间中的一秒流逝。相反，它们只是简单记录来自感官的不断变化的信息流，追踪事件如何展开。对大脑内部网络而言，时间和空间实际上是同一枚硬币的两面，他解释道。“因此，在阿尔茨海默病中，两者同时受到影响并不奇怪；当神经网络受损时，我们对‘哪里’和‘何时’的感知会一起崩溃。”
寂静的气味：观察大脑的内部接力
记住某事发生的地点、时间和方式被称为情景记忆。在你的大脑中，数十亿个神经细胞形成庞大的网络，像接力赛一样传递信号，处理来自感官的信息——你生活中的声音、气味和景象。我们已经知道，将记忆与时间和空间联系起来的细胞位于海马体中。但韦尔瓦克和他的研究小组推测，大脑的另一个区域也参与其中，即后扣带回皮层。这个区域位于大脑皮层后部，靠近海马体，此前只知道它负责将记忆与空间位置联系起来。
为了测试该区域是否也追踪时间，研究团队为小鼠设计了一项记忆挑战。任务要求小鼠在短暂时间内将特定气味保持在“工作记忆”中。他们的研究发表在《细胞报告》（Cell Reports）上。
“我们给小鼠呈现一个简单的序列：一种气味，停顿五秒，接着第二种气味。如果两种气味不同（比如香蕉味后是薄荷味），小鼠就舔吸管以获得糖水奖励。如果气味相同，它们必须保持不动。”韦尔瓦克解释道。起初，小鼠很急躁，不停地舔吸管。但经过一周的训练后，它们掌握了任务。“它们学会了利用那五秒寂静将第一个记忆保持在脑海中，等待下一个气味是否匹配或改变。”
通用脚本：经验的统一理论
为了观察大脑内部发生了什么，研究人员使用显微镜监测小鼠在执行任务时后扣带回皮层中的神经细胞。“在显微镜下，我们看到两组不同的神经细胞活跃起来。”韦尔瓦克说，“第一组像气味专家，只在特定气味（如香蕉或薄荷）出现时活跃。但第二组更令人着迷：这些细胞在五秒寂静期间以精确顺序活跃。就像接力赛，一个细胞将信号传递给下一个，‘保持’住第一个气味的记忆，直到第二个气味出现。通过协同工作，这些细胞同时完成两项任务：识别气味并追踪经过了多长时间。”
最引人注目的发现是，后扣带回皮层对空间和时间使用了相同的“神经脚本”。“我们发现，无论小鼠是实际在房间里奔跑，还是仅仅在脑海中保持一个记忆五秒钟，后扣带回皮层中神经元活动的序列看起来几乎相同。”韦尔瓦克说。
重新定义现实以治愈痴呆症
这一发现将我们带回到阿尔茨海默病的悲惨现实：患者难以在时间和空间上定位自己。通过证明大脑对两者使用相同的“神经脚本”，我们的研究解释了为什么这两种感知常常同时失灵，教授说。这项工作也挑战了我们对周围世界的认知方式。虽然我们使用时间和空间的概念来组织生活，但这种区分很大程度上是人类构建的。事实上，现代物理学中的一些理论正逐渐不再将时间和空间作为宇宙的基本构建块。大脑的内部布线似乎反映了这一更深层的现实，他说。
“关于健康大脑如何运作，我们仍有大量东西需要学习。”韦尔瓦克解释道，“如果你不先了解发动机正常运转时的工作原理，几乎不可能修复一辆汽车。同样，我们必须先理解健康大脑的‘蓝图’——它是如何构建和存储这些情景记忆的——然后才能真正理解痴呆症中出了什么问题。这些发现让我们离目标更近了一步。”
出版信息：Anna Christina Garvert 等人，新皮层中时间信息的区域特异性编码，《细胞报告》（2025年）。DOI: 10.1016/j.celrep.2025.115363
期刊信息：《细胞报告》
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