本文由以下作者完成：Ueli Rutishauser、Ian B. Ross、Adam N. Mamelak 和 Erin M. Schuman。主要实验与数据分析工作由Ueli Rutishauser与Erin M. Schuman主导，而Adam N. Mamelak和Ian B. Ross负责临床手术和记录数据的相关工作。文章发表于2010年4月8日的Nature期刊，标题为“Human memory strength is predicted by theta-frequency phase-locking of single neurons”。
本文作者所属研究机构包括：California Institute of Technology（加州理工学院），Huntington Memorial Hospital（亨廷顿纪念医院），Cedars-Sinai Medical Center（西达赛奈医疗中心），以及Max Planck Institute for Brain Research（马克斯普朗克脑研究所）。
记忆的形成是认知神经科学的重要研究领域之一。已知哺乳动物的内侧颞叶（medial temporal lobe, MTL）在快速记忆形成中扮演着关键角色。研究显示，突触可塑性及相邻神经元群体的动作电位协同时间模式对记忆形成至关重要。脑电中不同频率的振荡被认为与突触可塑性和记忆行为有关，其中theta频率范围（3–8 Hz）的振荡尤其显著。以往在动物模型中的研究表明，theta振荡的增强促进了任务学习与记忆形成的效率。然而，人类单神经元活动如何与theta振荡协同来影响记忆的形成，仍是未解之谜。
基于此，本文的研究目标是探索在人类学习任务中，单个神经元的动作电位时间同步性与局部场电位（local field potentials, LFP）中的theta振荡之间的关系，从而预测记忆形成的成功与否。
本研究对象为9名癫痫患者，他们因临床癫痫手术评估而接受了颞叶植入深部电极的操作。这些电极记录了杏仁核和海马区的神经活动。共有305个单神经元被隔离记录，其中120个来自海马区，185个来自杏仁核。
实验分为“学习阶段”和“记忆辨认阶段”两部分： - 学习阶段：受试者被展示100张全新图片（包括汽车、人、动物、工具等），每张图片呈现1秒。 - 记忆辨认阶段：15分钟后，受试者需要识别100张图片，其中一半是学习阶段的图片（旧图片），另一半是新图片。受试者需在六级信心评分上选择“熟悉”或“不熟悉”，并报告辨认信心。
研究通过植入微电极，实现单神经元动作电位与LFP的同步记录。高通滤波300 Hz后检测动作电位，并通过模板匹配法完成单神经元分类。LFP信号则低通300 Hz后降采样至1000 Hz，以便进一步数据处理和theta相位分析。
研究显示，305个单神经元中有21%（65个）对视觉刺激有显著响应，但这些响应的发放率并未直接关联后续记忆表现。同时，另有21%的神经元（51个）在3–8 Hz的振荡频率中显著表现出theta相位锁定（phase-locking）。这些神经元的发放偏好集中于theta周期的峰值或低谷位置。
通过分析“记住”与“遗忘”两组学习试次的SFC差异，发现“记住”组的theta范围内SFC显著高于“遗忘”组，约高出50%。这一现象在海马和杏仁核的神经元中均被观察到。
滑动窗口分析结果显示，神经元动作电位与theta频率LFP的同步性在两个时间点最为显著：一个是刺激呈现前，一个是刺激呈现后约500毫秒。这提示记忆形成可能不仅与当前刺激状态有关，也依赖于刺激前的脑状态。
进一步分析发现，较高信心水平的“记住”试次在3–6 Hz与7–9 Hz范围内的SFC显著高于低信心“记住”试次。这表明不同频段的theta振荡可能分别参与两个不同的编码过程。
本文通过记录人类内侧颞叶的单神经元活动，揭示了theta振荡的相位锁定在记忆形成中的作用。研究指出： 1. 神经元动作电位的时序精确性对theta频率振荡的锁定程度影响显著，这类锁定预测了记忆的成功与否。 2. theta相位锁定的特性不仅仅表达了记忆的存在，还与记忆强度密切相关。 3. 记忆的形成可能源于刺激前后时序动态脑状态的协同作用。
这些发现为探讨更广义的神经回路活动如何支持记忆形成提供线索，具有重要的科学意义。
本文的研究对理解神经认知机制具有广泛应用前景，也可能为治疗记忆障碍性疾病（如阿尔茨海默病）提供新思路。此外，基于theta相位锁定的脑机接口或认知增强技术也可能从中获益。