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過去和現在的邊界，到底在哪里？

人類，又是如何在時間混沌中區分出過往與當下的？

注意，這不是一個哲學問題。（手動狗頭）

而是科學家們的最新研究。

兩個普林斯頓的神經學家，用幾何的方式回答了這一問題。

他們發現，人的大腦是通過“旋轉”的方式，來區分新的感官信息和早期記憶。

旋轉個90度，讓過去和現在互不干擾。

具體是如何實現的？

大腦如何感受時間？

一直以來，我們理解周圍環境、學習、行動和思考的能力，都有賴于感官和記憶之間連續、靈活的互動。

一方面，我們必須通過感官吸收周圍世界的新信息。與此同時，還要保持對早期現象、事件的短期記憶。

而要實現這一點，就需要大腦識別出感官和記憶的區別。

但以往的經驗表明，大腦并沒有將短期記憶功能，完整劃分到高級認知區域。

相反的，更多是劃分到表征經驗的感知區域、以及其他皮質中樞。

最近，兩位神經學家發表在Nature Neuroscience的研究，就揭示了大腦是如何同時處理兩者。

一句話來說就是，大腦“旋轉”感官信息，將其編碼為記憶。

兩個“正交”表征，同時從神經活動中提取信息，互不干擾。

要發現這事兒，科學家們將目光瞄準了小鼠的聽覺感知。

他們讓小鼠反復聽四個和弦序列，從而建立和弦之間的關聯。

當小鼠聽到一個初始和弦與另一個和弦時，能預測接下來會有什么聲音

這時候，科學家們訓練ML分類器來分析小鼠在聆聽過程中聽覺皮層上的神經活動。

隨著時間的推移，他們發現，關聯和弦的神經表征開始彼此相似。

不過也觀察到，當遇到不熟悉的和弦序列時，小鼠會改變它對先前輸入的表征。

這些神經元對過去刺激的編碼進行反向改變，使之與動物對后來刺激的編碼相匹配。

那么大腦又是如何對抗這些干擾，來保存正確的記憶呢？

研究人員訓練了另一個分類器來識別和區分過程中的記憶表征。

比如，當一個意外的和弦喚起與一個更熟悉的序列之間的比較時， 神經元的激活方式。

結果，分類器的確看到了完整的神經活動模式，并非直接去“修正”。

那些記憶編碼看起來與感官表征有很大不同，他們是通過“正交”維度組織起來的。

研究者表示，這一過程就像是在紙上寫筆記。

寫著寫著發現沒有空間里，就要把紙張旋轉90度，在另一側頁邊空白處寫字。

大概就像這樣。

這基本上就是大腦正在做的事情。

它得到了第一個感覺輸入，將它寫在紙上然后旋轉個90度。這樣就可以寫進新的感覺輸入，而不會受到干擾和覆蓋。

此外，他們排除了由不同的神經元獨立處理感官和記憶表征的可能性。

他們發現，神經元的活動可以整齊地分為兩類。

一類是負責感覺和記憶表征的“穩定”神經元，一類是活動時翻轉其反應模式的“轉換”神經元

感覺信息轉化為記憶的過程中，”穩定 “神經元和 “切換 “神經元的組合促進了感覺信息的轉化，前者隨著時間的推移保持其選擇性，后者隨著時間的推移顛倒其選擇性。

這些神經反應共同旋轉了群體表征，將感覺輸入轉化為記憶。

事實證明，這樣的方式需要的神經元和能量會更少。

這一研究來自普林斯頓大學的神經科學家Timothy Buschman 和他實驗室的研究生 Alexandra Libby。

△Timothy Buschman

Libby表示，這一研究有助于會給神經網絡架構提供新的設計思路，尤其是多任務處理的那種。