时间感是我们理解、回忆和与世界互动的基础。从交谈到开车，各种任务都需要我们记住并感知事情需要多长时间——这是一种复杂但基本上是无意识的计算，在我们的思想表面下不断运行。

现在，犹他健康大学的研究人员发现，在小鼠身上，一种特定的“时间细胞”对于学习复杂的行为至关重要，而时间是至关重要的。就像时钟的秒针一样，时间细胞按顺序激活以绘制短时间。

但研究人员发现，时间细胞不仅仅是一个简单的时钟——当动物学会区分不同的时间事件时，时间细胞活动的模式会发生变化，以不同的方式代表不同的事件模式。这一发现最终可能有助于早期发现影响时间感的神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏症。

这项新研究发表在《Nature Neuroscience》杂志上。

鼠标的代码

通过将复杂的基于时间的学习任务与先进的脑成像相结合，研究人员能够观察到随着小鼠学习，时间细胞的活动模式变得更加复杂。研究人员首先进行了一项试验，在该试验中，了解事件发生时间的差异至关重要。为了获得奖励，小鼠必须学会区分不同时间的气味刺激模式，就像它们在学习一种非常简单的莫尔斯电码一样。

在小鼠学习之前和之后，研究人员使用先进的显微镜观察单个时间细胞的实时活动。起初，他们的时间细胞对每一种气味刺激都有相同的反应。但是当他们学习了不同的刺激时间模式后，小鼠对不同的事件模式产生了不同的时间细胞活动模式。

值得注意的是，在小鼠出错的实验中，研究人员可以看到它们的时间细胞经常以错误的顺序激活，这表明正确的时间细胞活动序列对于执行基于时间的任务至关重要。“时间细胞应该在试验期间的特定时刻活跃，”犹他大学斯宾塞·福克斯·埃克尔斯医学院神经生物学博士后、该研究的第一作者之一Hyunwoo Lee博士说。“但当小鼠犯错时，这种选择性活动就变得混乱了。”

不仅仅是一个秒表

令人惊讶的是，时间细胞扮演着比仅仅追踪时间更复杂的角色，神经生物学研究生研究助理、该研究的第一作者之一Erin Bigus说。当研究人员暂时阻断含有时间细胞的大脑区域，即内侧内嗅皮层(MEC)的活动时，小鼠仍然可以感知甚至预测事件的时间。但他们无法从头开始学习复杂的与时间有关的任务。“MEC并不像一个简单的秒表，在任何简单的情况下都需要它来跟踪时间，”Bigus说。“它的作用似乎是学习这些更复杂的时间关系。”

有趣的是，先前对MEC的研究发现，它还与学习空间信息和构建“心理地图”有关。在这项新研究中，研究人员注意到，在学习基于时间的任务时发生的大脑活动模式与之前观察到的空间学习模式有一些相似之处，即使动物没有主动学习，这两种模式的某些方面也会持续存在。

虽然还需要更多的研究，但研究人员表示，这些结果表明，大脑处理空间和时间的方式基本相似。神经生物学助理教授、该研究的资深作者James Heys 博士说:“我们认为，内嗅皮层可能有双重作用，既可以作为记录距离的里程表，也可以作为记录时间流逝的时钟。这些是大脑中最先受到阿尔茨海默病等神经退行性疾病影响的区域。我们感兴趣的是探索复杂的时间行为任务是否可能是检测阿尔茨海默病早期发病的有用方法。”

研究人员说，了解大脑是如何处理时间的，最终将有助于检测阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病。MEC是阿尔茨海默病最先影响的大脑区域之一，这暗示着复杂的计时任务可能是早期发现这种疾病的一种方法。

 Medial entorhinal cortex mediates learning of context-dependent interval timing behavior