神经群体的“集体记忆”之谜:大脑如何编码我们的过去?

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想象一下,当你在回忆童年某个生日派对的细节时,大脑里正上演着一场精密的“交响乐”。这不是单个神经元的独奏,而是成千上万个神经元协同演奏的动态模式。

最近发表在《Neuron》上的一篇综述文章,系统梳理了关于“神经群体如何编码记忆”的最新科学发现。来自汉堡大学的Stefano Panzeri教授带领我们深入大脑的“记忆工厂”,揭开群体神经活动的运作密码。

神经群体的“集体记忆”之谜:大脑如何编码我们的过去?

记忆不是“静态照片”,而是“动态电影”

传统认为,记忆分三个阶段:获取、保持和提取。但现代神经科学发现,记忆的存储和提取远非固定不变——它更像一部不断重新剪辑的电影:

这一切由被称为“记忆印迹(engram)”的神经元集群承载,它们就像是记忆的“物质载体”。

神经群体的“集体记忆”之谜:大脑如何编码我们的过去?

图1记忆信息流与神经群体活动模式 记忆的“功能特性”对应着“编码特征”

记忆系统要同时满足很多看似矛盾的需求:既要稳定(长期不忘),又要灵活(随时更新);既要详细(记住细节),又要高效(节省能量)。

研究发现,这些功能特性是通过神经群体活动的不同编码特征实现的:

记忆功能对应的神经编码特征长期稳定存储稀疏放电、跨时间相关性快速读取与共享神经元共激活、信息广播细节与泛化兼顾高维几何结构(如流形嵌入)持续更新与预测序贯活动、表征“脚手架”适应多变环境异质性响应、动态相关性

神经群体的“集体记忆”之谜:大脑如何编码我们的过去?

图2记忆活动模式特性与神经群体编码特征的潜在对应关系 几何学也在大脑里:记忆的“高维空间”

记忆的编码并不杂乱。神经群体的活动模式实际上被组织在一个高维几何空间中,这个空间的结构直接影响记忆的表现。

比如在海马体(大脑的记忆中心):

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图3神经活动几何结构在群体编码中的可能作用

大脑的“最优权衡”策略

大脑在处理记忆时,常常需要在冲突的需求间做选择。它不是追求某一方面的极致,而是寻找最佳平衡点。

比如:

神经群体的“集体记忆”之谜:大脑如何编码我们的过去?

图4通过最优权衡实现功能平衡 记忆的“脚手架”与“广播”机制

大脑如何做到终身学习而不破坏旧记忆?

关键在于 “表征脚手架” 策略:

同时,大脑可能采用 “信息广播” 方式:同一群神经元的活动,可同时向多个脑区发送信息,每个接收者按需解读自己所需的部分,实现高效协同。

总结:记忆是群体编码的艺术

这项研究告诉我们:

记忆是动态的——它通过神经群体的时空活动模式不断重新组织。

编码是结构化的——几何、维度、相关性等特征共同塑造记忆的功能。

系统是平衡的——大脑在稳定与灵活、精度与效率之间持续寻找最优解。

这不仅深化了我们对记忆本质的理解,也为未来治疗记忆障碍(如阿尔茨海默病)提供了新思路:或许关键在于恢复神经群体编码的“平衡态”,让记忆的交响乐重新和谐奏响。

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.11.007

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