大脑皮层是哺乳动物大脑中最大的部分，从某些方面来看，也是最重要的部分。尤其是对人类来说，大多数事情都发生在大脑皮层，比如感知、思考、记忆储存和决策。

目前的一个假设认为，大脑皮层的主要作用是识别和编码从外界接收的新信息，并将其与预期发生的情况进行比较，从而预测未来会发生什么。

发表在《神经元》杂志上的一项研究朝着证明这一假设迈出了一大步。这篇论文的主要作者是 Rafael Yuste 教授实验室的博士后研究员 Yuriy Shymkiv。

“我们发现大脑皮层就像一台记忆机器，能编码新的经历并预测不久的将来的事情，”Shymkiv说。

尤斯特表示：“这项研究让我们对大脑皮层的作用以及像精神分裂症这样大脑皮层似乎出现功能障碍的疾病有了更多的了解。”他指出，这项研究还有助于阐明正常大脑中的重要过程。

“新奇感是指你预测的事情与实际发生的事情之间的差异。这项研究表明，大脑皮层不断检测新奇刺激，以改变和改善对未来的预测。新奇感检测对人类和其他动物来说是一项关键功能。”

研究团队首先设计了一项研究，以确定小鼠对熟悉和新奇感官刺激的反应。实验中的刺激是以不同音调播放的声音。在对小鼠的听觉皮层（大脑皮层中处理声音的部分）进行成像后，他们发现神经元群不仅对播放的声音有反应，而且对声音的新颖程度也有反应。

有趣的是，他们发现每种声音都会留下一串神经元活动，他们称之为“回声”，它会随着时间的推移追踪感官输入，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都会导致独特的反应，而且还有助于选择新的刺激，从而使这些反应变得更加强烈。

为了加深对这些发现的理解，研究小组建立了听觉皮层的神经网络模型，并训练它检测新的刺激。它复制了他们在老鼠身上看到的情况，表明神经元网络也使用活动“回声”来存储环境模型，并用它来检测变化。

他们得出结论，大脑皮层的连接方式，即连接神经元的环路，使得新颖性检测成为网络的一个自动出现的特性。

尤斯特表示：“这是对大脑如何如此出色地检测新奇事物的一次飞跃。”他指出，希姆基夫创建的模型以约翰·霍普菲尔德的思想为基础，霍普菲尔德因建立神经网络模型和开创人工智能而于 2024 年获得诺贝尔奖。

这项研究还为大脑皮层在精神分裂症中发挥的主要作用提供了新的见解。临床医生多年来都知道，精神分裂症患者不善于区分新信息和旧信息。

科学家试图通过解释单个神经元的行为来解释这些发现，但最终遇到了困难。这篇论文的主要见解之一是发现新颖性检测不是单个神经元的工作，而是神经网络的工作。

尤斯特说：“我们非常高兴这些发现能够加深我们对大脑这一关键部分的理解，并可能为了解这些功能出现问题的情况及其解决方法提供重要见解。”