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過去和現(xiàn)在的邊界，到底在哪里？

人類，又是如何在時(shí)間混沌中區(qū)分出過往與當(dāng)下的？

注意，這不是一個(gè)哲學(xué)問題。（手動狗頭）

而是科學(xué)家們的最新研究。

兩個(gè)普林斯頓的神經(jīng)學(xué)家，用幾何的方式回答了這一問題。

他們發(fā)現(xiàn)，人的大腦是通過“旋轉(zhuǎn)”的方式，來區(qū)分新的感官信息和早期記憶。

旋轉(zhuǎn)個(gè)90度，讓過去和現(xiàn)在互不干擾。

具體是如何實(shí)現(xiàn)的？

大腦如何感受時(shí)間？

一直以來，我們理解周圍環(huán)境、學(xué)習(xí)、行動和思考的能力，都有賴于感官和記憶之間連續(xù)、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(shí)，還要保持對早期現(xiàn)象、事件的短期記憶。

而要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就需要大腦識別出感官和記憶的區(qū)別。

但以往的經(jīng)驗(yàn)表明，大腦并沒有將短期記憶功能，完整劃分到高級認(rèn)知區(qū)域。

相反的，更多是劃分到表征經(jīng)驗(yàn)的感知區(qū)域、以及其他皮質(zhì)中樞。

最近，兩位神經(jīng)學(xué)家發(fā)表在Nature Neuroscience的研究，就揭示了大腦是如何同時(shí)處理兩者。

一句話來說就是，大腦“旋轉(zhuǎn)”感官信息，將其編碼為記憶。

兩個(gè)“正交”表征，同時(shí)從神經(jīng)活動中提取信息，互不干擾。

要發(fā)現(xiàn)這事兒，科學(xué)家們將目光瞄準(zhǔn)了小鼠的聽覺感知。

他們讓小鼠反復(fù)聽四個(gè)和弦序列，從而建立和弦之間的關(guān)聯(lián)。

當(dāng)小鼠聽到一個(gè)初始和弦與另一個(gè)和弦時(shí)，能預(yù)測接下來會有什么聲音

這時(shí)候，科學(xué)家們訓(xùn)練ML分類器來分析小鼠在聆聽過程中聽覺皮層上的神經(jīng)活動。

隨著時(shí)間的推移，他們發(fā)現(xiàn)，關(guān)聯(lián)和弦的神經(jīng)表征開始彼此相似。

不過也觀察到，當(dāng)遇到不熟悉的和弦序列時(shí)，小鼠會改變它對先前輸入的表征。

這些神經(jīng)元對過去刺激的編碼進(jìn)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(xùn)練了另一個(gè)分類器來識別和區(qū)分過程中的記憶表征。

比如，當(dāng)一個(gè)意外的和弦喚起與一個(gè)更熟悉的序列之間的比較時(shí)， 神經(jīng)元的激活方式。

結(jié)果，分類器的確看到了完整的神經(jīng)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(fā)現(xiàn)沒有空間里，就要把紙張旋轉(zhuǎn)90度，在另一側(cè)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(gè)感覺輸入，將它寫在紙上然后旋轉(zhuǎn)個(gè)90度。這樣就可以寫進(jìn)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(jīng)元獨(dú)立處理感官和記憶表征的可能性。

他們發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元的活動可以整齊地分為兩類。

一類是負(fù)責(zé)感覺和記憶表征的“穩(wěn)定”神經(jīng)元，一類是活動時(shí)翻轉(zhuǎn)其反應(yīng)模式的“轉(zhuǎn)換”神經(jīng)元

感覺信息轉(zhuǎn)化為記憶的過程中，”穩(wěn)定 “神經(jīng)元和 “切換 “神經(jīng)元的組合促進(jìn)了感覺信息的轉(zhuǎn)化，前者隨著時(shí)間的推移保持其選擇性，后者隨著時(shí)間的推移顛倒其選擇性。

這些神經(jīng)反應(yīng)共同旋轉(zhuǎn)了群體表征，將感覺輸入轉(zhuǎn)化為記憶。

事實(shí)證明，這樣的方式需要的神經(jīng)元和能量會更少。

這一研究來自普林斯頓大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家Timothy Buschman 和他實(shí)驗(yàn)室的研究生 Alexandra Libby。

△Timothy Buschman

Libby表示，這一研究有助于會給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供新的設(shè)計(jì)思路，尤其是多任務(wù)處理的那種。