当动物探索它们的环境时，它们会学会掌握它。例如，通过发现掠夺性攻击之前的声音，或者什么气味可以预测晚餐，它们会形成一种生物洞察力 - 一种根据已经发生的事情来预测接下来会发生什么的方法。现在，洛克菲勒的科学家们发现，动物的教育不仅依赖于它获得的经验，还依赖于它何时获得它们。
在研究果蝇时，研究人员表明，一种气味可能对动物有吸引力或令人厌恶，这取决于相对于奖励何时遇到气味。这项研究在Cell的一份报告中有所描述，该研究还表明，动物可以迅速修正这些记忆，并展示这一过程如何在细胞水平上展开 - 这些见解可能不仅与苍蝇有关，而且与整个动物王国的学习有关。
哪个先来?
在最基本的层面上，记忆相当于一系列联想：在喂狗之前敲响钟声，最终狗会在铃声响起时学会垂涎欲滴。
“在这种情况下，铃声出现在食物之前，因此可以预测奖励，”Vanessa Ruta实验室研究员，Gabrielle H. Reem和Herbert J. Kayden副教授Annie Handler说。“但我们怀疑动物发现重要事件不仅仅是一个事件顺序。它们也应该能够从追随奖励的线索中提取意义。”
例如，如果一只狗在用餐结束后听到铃声，那么它应该与该声音形成负面关联，因为它表示食物的结束。为了更好地理解时间如何影响记忆，Ruta和Handler检查了果蝇的大脑和行为。
研究人员使用一种称为光遗传学的技术来刺激通常在动物获得奖励时变得活跃的神经元，而不是为动物提供美味的食物，这种方法可以让他们精确控制正反馈的时间。他们发现，如果这些神经元在中性气味之后立即被刺激，那么苍蝇就会对这种气味产生吸引力。相反，如果他们在将苍蝇暴露于相同的气味之前激活神经元，动物就开始避开它。
“时间的差异只有一两秒钟，但苍蝇形成完全相反的联想，”汉德勒说。“在大脑的某个地方 - 不同的一秒 - 气味是在奖励之前还是之后 - 产生了巨大的差异。”
大脑具有时间感的事实看似直观; 但究竟神经元如何在细胞水平上编码事件序列远非明显。飞脑相对小而简单，为研究这种现象背后的神经回路提供了独特的机会 - 而这正是Ruta和Handler所做的。
重塑记忆
为了确定苍蝇如何区分事件的时间，研究人员监测了称为蘑菇体的大脑区域的变化。已知涉及联想学习，该区域包含带有气味信号的Kenyon细胞，携带奖励信号的多巴胺神经元，以及输出调节苍蝇对气味的吸引力的神经元。
Kenyon细胞可以与输出神经元强烈或弱连接; 和多巴胺调节这些连接或突触的强度。如果检测到特定气味的Kenyon细胞与输出神经元形成弱连接，则动物会被该气味吸引; 然而，如果这种突触变得更强，那么气味就会变得毫无意义，甚至会对动物产生厌恶。分析这种类型的连接，Ruta和Handler确定了一种信号通路，可以加强或削弱突触，这取决于多巴胺神经元变得活跃的精确时刻。
“这种途径对时间敏感，因此在气味之前或之后多巴胺神经元是否被激活会对蘑菇体内细胞之间的连接强度产生重大影响，”Ruta说。“我们相信这是大脑计算事件顺序的机制。”
通过修补这条路径，研究人员还发现他们可以迅速使强大的突触变弱，反之亦然，这表明记忆可以像它们形成时一样快速地消除。当他们分析飞行行为时，他们发现了进一步证明能够修改心理联想的证据。
“我们进行了50次试验。每次我们改变气味相对于奖励的时间;每次动物或多或少地吸引气味，取决于它在一分钟之前经历的情况，”汉德勒说。
换句话说，即使苍蝇先前已学会将气味与奖励相关联，如果气味未能在未来的试验中预测奖励，它也可能很快忘记了这种关联。回忆不是一成不变的; 相反，它们被置于突触中，可以作为动物的环境进行修改并体验变化。事实上，这个实验强调生存不仅取决于形成记忆的能力，还取决于忘记它们。
“我们每天都记得很多东西，所以我们坚持那些记录为预测性的记忆;我们抛弃那些不正确或不相关的联想，”鲁塔说。“当你生活在动态的环境中 - 苍蝇和人类都会这样做 - 这似乎是一个非常好的策略。”