【科学普及】时间顺序是如何在大脑记忆的？(2)

图1：猕猴空间序列记忆任务
03 神经元“抱群”，信息降维存入
从研究单个神经元到研究神经元“群像”，是思路上的一个飞跃。这就像我们观察单个铁屑可能并不能看出什么异样，但观察某个区域的一堆铁屑，却可能从它们的排列趋势看出影响它们的磁场形状。
通过分析钙成像获得的高维数据，研究人员发现，经过猕猴大脑的编码，序列信息被存储在了前额叶的神经元群体中，最终整合成了三个独立的二维平面。在神经元群体活动的高维状态空间中，他们可以找到对应不同时间次序的低维子空间。这些子空间就像一个个抽屉，可以存放不同的信息。这个实验中，屏幕上第一个点、第二个点、第三个点的空间位置，分别被存放在了三个子空间里的二维平面上（即大脑中的“屏幕”）。在“屏幕”上的点所属的位置，与真实屏幕上的环状结构是相对应的！

图2：序列记忆在神经高维向量空间的表征
中科院院士、著名神经科学家和生物物理学家郭爱克在为此撰写的同行评价中这样写道：“这个发现揭示了序列信息编码利用了降维原则，从而降低了神经计算复杂性”“这使我想起了哲学家叔本华所说，‘简约性永远是真理和天才的共同特征’。”
有趣的是，尽管这三个“屏幕”上的环相似，却依次变小。一个可能的解释是，次序靠后的信息所分配到的注意资源更少，导致对应的信息区分度降低。另外，第二和第三个“屏幕”之间会有略微的重叠，这对应了猴子有时会把后面两个点的顺序搞反。而且这与人们“先入为主”的记忆经验也比较符合，我们总是对最先听到、看到的内容印象比较深刻，后面的就容易记混或记错。研究人员进一步用机器学习的方法对数据进行了解码分析，发现用于存储不同次序信息的子空间是稳定而通用的。比如，用第一天的数据训练的解码器可以在第四天的数据上依旧获得较好的解码效果——这意味着同一群神经元在不同天做着相同的事情。同时，不同长度序列的数据集所训练的解码器也是通用的，也就是说不管是做长度为2还是3的序列，猴子都用到了相同的‘屏幕’来储存前两个信息。