黑頂山雀不會浪費食物。這些毛茸茸的小鳥，有著超大的腦袋和像豆豆娃一樣烏黑的眼睛，總是會儲存額外的食物，如漿果、種子和昆蟲。這種鳥類中的單隻鳥會將剩餘的食物儲存在森林各處的數千個藏身之處，以便在食物匱乏時使用。
哥倫比亞大學研究這些鳥類神經活動的博士後研究員塞爾曼·切蒂赫說：“當[一隻山雀]藏起一顆種子時，它會形成一個關於種子位置的記憶，以便日後使用。”而且這種記憶非常精確：山雀可以精確到釐米地確定它們分散的食物快取的位置——而且它們還記得它們在哪個地點藏了什麼東西。
那麼，這些鳥類是如何儲存和使用如此多的記憶的呢？在週五發表在《細胞》雜誌上的一篇新論文中，切蒂赫和他的團隊驚訝地發現，黑頂山雀在隱藏和取回食物時，會啟用大腦中獨特的條形碼狀模式。這些神經“條形碼”尚未在任何其他物種中觀察到，它們可能使鳥類能夠儲存和檢索許多相似的記憶，而不會將它們混淆。
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像哺乳動物一樣，山雀和其他鳥類在海馬體中形成記憶。這種大腦結構——在食物儲存鳥類中相對較大——儲存過去地點或事件的快照。這些孤立的片段，被稱為情景記憶，可以在以後被訪問以回憶某些經歷。
關於山雀如何訪問情景記憶以找到特定的儲藏點，人們知之甚少。切蒂赫和他的團隊最初認為，這個過程將與海馬體中稱為位置細胞的神經元子集有關，位置細胞編碼動物的 位置在特定時間並形成認知地圖。例如，當一隻山雀在將種子存放在某個地點時形成新的記憶時，海馬體中更高濃度的位置細胞可能會為該特定位置啟用。
為了驗證這一點，切蒂赫和他的團隊將一群山雀放在一個競技場中，競技場有 128 個潛在的食物儲存點，這些儲存點被活板覆蓋。他們透過電動餵食器為山雀提供葵花籽，餵食器只在短時間內開啟，鼓勵鳥類儲存種子以備後用。研究人員為每隻山雀配備了極其輕便的頭戴裝置，用於測量海馬體中的神經活動，他們還使用了多個高解析度攝像機，從多個角度記錄每隻鳥在隱藏每顆種子時的活動。
該團隊預計會發現，當山雀在不同地點儲存種子時，它們的位置細胞的啟用會有所不同。但位置細胞的活動實際上保持相對穩定。相反，科學家們發現，當鳥類將種子儲存在活板下時，稀疏的神經模式會在山雀海馬體中大約 7% 的神經元中放電。當山雀返回到特定的種子快取時，相同的神經模式會重新啟用。
該團隊將這些模式比作條形碼，因為每個條形碼都是獨一無二的，並且似乎儲存了與特定情景記憶相關的資訊。“如果你想到超市裡的條形碼，你可以用一個標籤儲存大量關於食品專案的資訊，比如它的價格、名稱以及它在商店中的位置，”切蒂赫說。他認為，山雀的神經條形碼的工作方式類似，儲存諸如鳥類何時何地儲存了特定種子之類的資訊。
雖然山雀的每個神經條形碼只涉及其海馬體中約 7% 的神經元，但啟用的神經元特定子集會發生變化。例如，即使當山雀將食物專案藏在緊挨著另一個快取的地方時，也會啟用不同的條形碼，該條形碼涉及鳥類海馬體中不同組的神經元。
研究人員假設，這些獨特的條形碼為鳥類提供了一種清晰快捷的方式來儲存特定事物隱藏位置的互不干擾的記憶。切蒂赫說，如果他們只是使用位置細胞來編碼所有這些不同的位置，事情可能會變得混亂。如果沒有條形碼，區分附近的快取可能會變得像區分雜貨通道中彼此相鄰的相似但未標記的物體一樣困難。
安大略省西安大略大學研究鳴禽認知和行為的心理學家和生物學家斯科特·麥克道格-沙克爾頓說，研究結果“非常新穎和令人興奮”。如果其他食物儲存鳥類不利用類似的神經條形碼來記住它們在哪裡儲存了特定的種子，他會感到驚訝。“在更廣泛的鳥類物種，甚至可能是其他動物中，使用這些條形碼作為其他型別重要事件的代表似乎是可能的，”他說。
切蒂赫推測，類似的 hippocampal 神經元過程可能發生在包括人類在內的哺乳動物身上。然而，在其他動物身上觀察到這些短暫的條形碼模式可能很困難。山雀的藏種子行為使得相對容易確定鳥類何時積極形成新的基於地點的記憶。在其他動物中，很難確定這種情況何時發生。“如果你不知道在哪裡以及何時尋找條形碼，就很難看到它，”切蒂赫說。“它可能存在於其他生物體中，但尚未被發現。”