科学家发现大脑靠“旋转”区分过去和现在，给AI架构设计提供思路

本文经AI新媒体量子位（公众号ID:QbitAI）授权转载，转载请联系出处。

过去和现在的边界，到底在哪里？

人类，又是如何在时间混沌中区分出过往与当下的？

注意，这不是一个科学哲学问题。（手动狗头）

而是科学家们的最新研究。

两个普林斯顿的神经学家，用几何的方式回答了这一问题。

他们发现，人的大脑是通过“旋转”的方式，来区分新的感官信息和早期记忆。

旋转个90度，让家发过去和现在互不干扰。

具体是如何实现的？

大脑如何感受时间？

一直以来，我们理解周围环境、学习、行动和思考的能力，都有赖于感官和记忆之间连续、灵活的互动。

一方面，我们必须通过感官吸收周围现大世界的新信息。与此同时，还要保持对早期现象、事件的短期记忆。

而要实现这一点，就需要大脑识别出感官和记忆的区别。

但以往的经验表明，大脑并没有将短期记忆功能，完整划分到高级认知区域。

相反脑靠的，更多是划分到表征经验的感知区域、以及其他皮质中枢。

最近，两位神经学家发表在Nature Neuroscience的研究，就揭示了大脑是如何同时处理两者。

一句话来说就是，大脑“旋转”感官信息“旋，将其编码为记忆。

两个“正交”表征，同时从神经活动中提取信息，互不干扰。

要发现这事儿，科学家们将目光瞄准了小鼠的听觉感知。

他们让小鼠反复听四个和弦序列，从而建立和弦之间的关联。

当小鼠转”听到一个初始和弦与另一个和弦时，能预测接下来会有什么声音

这时候，科学家们训练ML分类器来分析小鼠在聆听过程中听觉皮层上的神经活动。

随着时间的推移，他们发现，关联和弦的神经表征开始彼此相似区分。

不过也观察到，当遇到不熟悉的和弦序列时，小鼠会改变它对先前输入的表征。

这些神经元对过去刺激的编码进行反向改变，使之与动物对后来刺激的编码相匹配。

那么大脑又是如何对抗这些干扰，来保存过去正确的记忆呢？

研究人员训练了另一个分类器来识别和区分过程中的记忆表征。

比如，当一个意外的和弦唤起与一个更熟悉的序列之间的比较时， 神经元的激活方式。

结果，分类器的确看到了完整的神经活动模和现式，并非直接去“修正”。

那些记忆编码看起来与感官表征有很大不同，他们是通过“正交”维度组织起来的。

研究者表示，这一过程就像是在纸上写笔记。

写着写着发现没有空间里，就要把纸张旋转90度，在另一在，侧页边空白处写字。

大概就像这样。

这基本上就是大脑正在做的事情。

它得到了第一个感觉输入，将它写在纸上然后旋转个90度。这样就可以写进新的感觉输入，而不会受到干扰和覆盖。

此外，他们排除了由不同给A的神经元独立处理感官和记忆表征的可能性。

他们发现，神经元的活动可以整齐地分为两类。

一类是负责感觉和记忆表征的“稳定”神经元，一类是活动时翻转其反应模式的“转换”神经元

感觉信息转化为记忆的过I架程中，”稳定 “神经元和 “切换 “神经元的组合促进了感觉信息的转化，前者随着时间的推移保持其选择性，后者随着时间的推移颠倒其选择性。

这些神经反应共同旋转了群体表征，将感觉输入转化为记忆。

事实证明构设，这样的方式需要的神经元和能量会更少。

这一研究来自普林斯顿大学的神经科学家Timothy Buschman 和他实验室的研究生 Alexandra Libby。

Libby表示计提，这一研究有助于会给神经网络架构提供新的设计思路，尤其是多任务处理的那种。