假设你在火车站遇见一位老朋友。她站在你前方约一米处，你右侧的轨道上刚有一列火车驶入车站。朋友身后是一家面包店。我们常常能生动地记住这样的场景。但我们究竟如何通过形成心理图像做到这一点，长期以来一直有些神秘。
许多研究人员将人们回忆人生经历中的某个片段（情景记忆）比作重新经历原始事件。尚不清楚的是，这一过程如何在大脑中、在单个脑细胞（神经元）的层面上实现。如今，我们发表于eLife的新研究提出了一种解释。
测量单个脑细胞的活动是可行的。对啮齿动物的实验表明，当动物处于环境中的某个特定位置时，某些细胞就会活跃。因此，这些所谓的“位置细胞”表征动物在特定环境中的位置。
类似地，当环境边界（例如房间的墙壁）位于动物某个特定距离和方向时，其他脑细胞也会放电。这些发现为我们提供了线索，帮助我们了解大脑如何表征空间关系。当你在火车站遇见朋友时，大脑中表征你相对于火车站位置的细胞应当会活跃起来。同样，其他细胞会发出信号，表示你周围特定距离和方向上存在“物体”（例如你的朋友、面包店和火车）。还有一些细胞则会发出信号，标示这些事物的身份。然而，我们尚不清楚这些细胞如何协同工作，实现感知、记忆乃至想象人生事件所涉及的心理过程。
从更抽象的层面看，所有这些元素——你的朋友、面包店和火车——以及它们的空间排列，共同构成心理学家所说的“场景”。“场景构建”一词指的是感知、记忆乃至想象场景所涉及的所有心理过程。因此，了解不同细胞如何协同工作，有助于从单个细胞的层面理解这些抽象概念。
大脑中一个称为海马体的区域早已被认为对记忆至关重要。然而，据报道，海马体受损的患者也难以想象连贯的空间场景，这表明想象空间体验与记忆有关。此后，脑部扫描显示，想象新的体验和回忆记忆确实会调动重叠的脑区。
脑成像技术通常只能识别大脑中可能包含数百万个细胞的区域，其中由许多个体网络组成，而这些网络可能分别表征不同的信息。因此，仅凭脑部扫描很难判断各个细胞网络如何活动。
记忆建模
我们的目标是汇总单个神经元层面的所有证据，并据此建立模型，模拟包含有意义事物的场景（例如你在火车站遇见朋友）的编码和回忆。为此，我们为大量具有空间选择性的细胞（例如位置细胞）赋予特定功能，并在模型中通过突触连接将它们联系起来。
此前已有研究提出，具有空间选择性的脑细胞参与记忆；但将这些细胞与我们的体验联系起来后，却显现出一个有趣的差异。具有空间选择性的细胞会相对于场景本身来表征场景中的元素。也就是说，这些脑细胞以“以世界为中心”的方式编码我们的位置以及场景中各元素的位置。为便于理解，我们可以把这一参照系比作指南针方位——火车位于面包店的东南方，因为无论我们自身身处何处、朝向何方，这一点都不变。
然而，我们感知场景时直接的空间体验本质上是“以自我为中心”的。也就是说，我们感知到火车在右侧，朋友在前方。那么，在我们记忆场景时，海马体内及其附近的神经元如何开始以“以世界为中心”的形式表征环境边界和物体呢？
以“以世界为中心”的方式记忆场景布局，一个好处是只需记住一组相关信息——例如火车位于面包店的东南方，而不受我们朝向的影响（根据我们面朝的方向，火车可能在左侧，也可能在右侧）。
神经表征的转换
我们的模型显示，这种从“以自我为中心”到“以世界为中心”的转换，可能由另一个具有空间选择性的神经元网络完成。表征物体在自我中心参照系中位置（前方、左侧、右侧）的神经元会驱动转换网络中的细胞，而后者又会激活构成世界中心表征的细胞。随后，加强这些细胞之间的连接，就相当于将记忆存入长期记忆。
关键的是，这种转换回路也会反向运作——编码长期记忆的神经元可以重新激活那些以自我中心方式表征物体位置的细胞。换言之，原始事件可以在之后再次被体验。因此，这一记忆模型实现了一种心理意象：原始事件发生时由感知驱动的细胞，之后会从记忆中重新激活。值得注意的是，重建内容的具体细节取决于想象中的朝向。如果转换回路激活的细胞表征火车在你的左侧而不是右侧，我们想象的就是面朝南方，而不是北方。
这一模型让我们能够模拟人类和啮齿动物的脑损伤，并研究失忆症的不同方面。例如，转换回路发生病变可能导致我们无法回忆起某段记忆。有趣的是，我们的模型表明，这段记忆实际上仍存在于海马体内及其附近，但个体将无法重建与之相关的心理图像。
现在要模拟阿尔茨海默病等特定疾病还为时过早，但这一模型或可作为良好的起点，帮助我们推断弥漫性脑损伤——即波及多个功能不同、含有不同空间选择性细胞的脑区的损伤——可能如何影响认知。
