神经科学研究揭示大脑适应性与稳定性之间的最新平衡

神经科学研究揭示大脑适应性与稳定性之间的最新平衡

麻省理工学院（MIT）麦戈文脑研究所的神经科学家马克·哈内特（Mark Harnett）及其团队于2024年9月16日在《细胞报告》期刊上发表的一项研究，深入探讨了大脑神经元如何在不断变化的环境中保持学习和记忆的能力。这项研究不仅为理解大脑的学习和记忆机制提供了新的视角，也为未来的人工智能发展指明了方向。

哈内特的研究聚焦于金字塔神经元的突触，这些突触通过数千个连接点接收来自其他神经元的输入。研究发现，某些突触在视觉信息处理中心形成了一个稳定的突触区域，称为顶端斜树突域。这一发现表明，尽管神经元的突触在早期生命阶段非常可塑，但一些突触在小动物不到一个月大的时候就会失去灵活性。哈内特指出，这些稳定突触的存在对于大脑识别基本视觉特征至关重要，因为它们提供了高保真度的视觉信息输出，而不受其他突触活动的影响。

在这项研究中，哈内特和他的团队通过观察小鼠大脑中的金字塔神经元，发现这些神经元能够同时保持对基本视觉特征的理解，同时具备适应变化的灵活性。这一发现与Luis M. Franco和Michael J. Goard在《自然通讯》上发表的研究相呼应，后者探讨了小鼠后脾叶皮层（RSC）中任务变量表征的稳定性。研究表明，尽管不同的神经元在不同时间尺度上存储信息，但在同一脑区内，信息的稳定性也存在显著差异。这种稳定性可能与RSC在处理环境上下文和运动选择时的功能连接有关。

此外，哈内特的研究还揭示了NMDA受体在学习和记忆中的重要性。NMDA受体通常与学习和记忆的可塑性相关，而哈内特的研究发现，某些稳定突触缺乏NMDA受体，这一发现为理解大脑如何在灵活性与稳定性之间取得平衡提供了新的视角。最新研究表明，NMDA受体的功能减退与认知能力的下降密切相关，尤其是在老年人群中。2023年的一项研究指出，NMDA受体的活性降低与老年人群体的认知功能下降之间存在显著关联，这强调了NMDA受体在维持认知能力方面的重要性【1】。因此，理解NMDA受体在学习和记忆中的作用，对于开发新的治疗策略至关重要。

在探讨大脑的适应性与稳定性时，值得注意的是，视觉经验对突触稳定性的影响。麻省理工学院（2025USNews美国大学排名：2）的一项研究揭示了期望如何影响我们的感知，表明人的感知不仅受到当前感官输入的影响，还受到以往经验和期望的深刻影响。这种现象被称为“贝叶斯整合”。贝叶斯整合是一种认知过程，指的是个体在面对不确定性时，如何将先前的经验与当前的感官输入结合起来，以形成更为准确的判断和决策。研究表明，贝叶斯整合能够帮助个体在复杂环境中更有效地处理信息，从而提高决策的准确性。

研究团队通过训练动物进行时间间隔重现的实验，发现动物在执行任务时会根据先前的经验调整其反应。这一发现进一步验证了先前经验在神经活动中的关键作用。随着神经科学研究的深入，人工智能的发展也受到了启发。哈内特指出，人工神经网络在学习新任务时常常会出现“灾难性遗忘”，而通过理解真实大脑的工作机制，研究人员希望能够改善这一问题。近年来，神经科学与人工智能之间的交叉研究逐渐增多，许多学者开始探讨如何将神经科学的发现应用于人工智能的开发中。例如，耶鲁大学的研究者们揭示了大脑皮层神经元在视觉刺激编码中的新机制，强调了神经元群体的激活与抑制在信息编码中的重要性。这些研究为理解大脑如何处理视觉信息提供了新的视角，也为未来的神经科学研究提供了新的思路。

在未来的研究中，神经科学与人工智能的结合将继续推动科学的进步。随着对大脑工作机制的深入理解，研究人员将能够开发出更为智能的机器，进而提升人类的生活质量。总之，哈内特的研究不仅为理解大脑的学习和记忆机制提供了新的视角，也为未来的人工智能发展指明了方向。通过深入探讨适应性与稳定性之间的平衡，科学家们将能够更好地理解大脑的复杂性，并为相关领域的应用提供重要的理论基础。

参考资料：

[1] 最新研究表明NMDA受体与认知能力的关系.