摘要

一项新研究表明，大脑皮层充当“记忆机器”，通过不断检测新刺激来优化其对未来的预测。通过对小鼠听觉皮层的成像，研究人员发现神经元会随时间追踪感官输入，形成“回声”以帮助区分新信息。

神经网络模型复制了这些发现，表明大脑的连接方式自然支持新异检测。这一功能对感知、学习和决策至关重要，并可能解释为何精神分裂症患者难以区分新旧信息。

研究结果强调了神经网络（而非单个神经元）在新异检测中的作用。这项研究推进了对正常大脑功能以及预测处理失常相关疾病的理解。

关键事实

1. 神经回声：大脑皮层通过过去刺激的“回声”追踪感官输入，帮助形成短期记忆。

2. 自动新异检测：神经网络（而非单个神经元）基于其连接方式自然检测新刺激。

3. 精神分裂症启示：研究结果可能解释为何精神分裂症患者难以区分新旧信息。

4. 来源：哥伦比亚大学

研究背景

大脑皮层是哺乳动物大脑中最大的部分，也是最重要的部分之一。在人类中，它主要负责感知、思考、记忆存储和决策等功能。当前的一种假说认为，大脑皮层的主要作用是通过识别和编码从外界接收的新信息，并将其与预期结果进行比较，从而预测未来可能发生的事情。

研究方法

研究团队设计了一项实验，以观察小鼠对熟悉和新异感官刺激的反应。实验中使用的刺激是不同音高的声音。通过对小鼠听觉皮层（大脑皮层中处理声音的部分）进行成像，研究人员发现，神经元群不仅对播放的声音作出反应，还对新异性作出反应。

研究发现

研究发现，每个声音都会在神经元活动中留下“回声”，这些回声追踪感官输入的时间变化，并形成近期输入的短期记忆。这些活动回声不仅确保每个传入刺激引发独特的反应，还用于选择新刺激，从而使这些反应变得更加强烈。

为了进一步理解这些发现，研究团队构建了一个听觉皮层的神经网络模型，并训练其检测新刺激。模型复制了在小鼠中观察到的现象，表明神经网络也使用活动“回声”来存储环境模型，并利用其检测变化。研究得出结论：大脑皮层的连接方式（即神经元之间的循环连接）使新异检测成为网络的自动涌现特性。

研究意义

这项研究不仅揭示了大脑皮层在预测未来中的关键作用，还为理解精神分裂症等疾病提供了新的视角。临床医生多年来已知，精神分裂症患者难以区分新旧信息。科学家曾试图通过解释单个神经元的行为来解释这些发现，但遇到了困难。本研究的核心发现是，新异检测并非单个神经元的工作，而是神经网络的功能。

未来展望

研究团队表示，这些发现不仅加深了对大脑关键部分功能的理解，还可能为相关功能失常的疾病（如精神分裂症）提供重要见解，并探索修复这些功能的方法。

关于本研究

• 作者：Christopher Shea

• 来源：哥伦比亚大学

• 原始研究：开放获取。“Slow cortical dynamics generate context processing and novelty detection” by Yuriy Shymkiv et al. Neuron