神经科学家发现了一种他们无法解释的现象

Carl Schoonover和Andrew Fink很困惑。作为神经科学家，他们知道大脑必须是灵活的但不太灵活。它必须面对新的经验，但也必须始终代表外部世界的特征。如何？在神经科学教科书中发现的相对简单的解释是，当他们的主人闻到玫瑰时，特定的神经元群可靠地解雇，看到日落，或听到铃铛。这些表示 - 这些神经发射的这些模式 - 可能与下一个时刻保持相同。但作为施冬叶，污水和其他人发现了，他们有时候没有。他们改变 - 令人困惑和意外的程度。

Schoonover，Fink和他们的同事们从哥伦比亚大学允许老鼠在几天和几周内嗅出同样的气味，并记录了啮齿动物痔疮皮层的神经元的活性，所述蠕动症患者识别味道。在给定的时刻，每个气味引起这个地区的独特的神经元群着火。但随着时间的推移，这些组的化妆慢慢改变。一些神经元停止响应嗅觉;其他人开始了。一个月后，每组几乎完全不同。如此：在5月份代表苹果的气味的神经元和那些代表着6月份相同的气味的神经元彼此不同，因为那些在任何时候代表苹果和草的气味。

当然，这只是一个脑区的一项研究，在小鼠中。但其他科学家们表明，除了梨状皮层之外，叫做代表性漂移的同样现象发生在各种脑区中。它存在很清楚;其他一切都是一个谜。 Schoonover和Fink告诉我，他们不知道为什么会发生这种方式，这意味着什么，大脑如何应对，或者大脑的表现如何。如果他们对这个世界的神经反应不断在助焊剂中，动物可能会对世界的任何持久感？如果这种助焊剂很常见，“大脑中必须有机制是未被发现的，甚至不想到的，甚至允许它可以跟上，”Schoonover说。 “科学家们意味着知道发生了什么，但在这种特殊情况下，我们深感困惑。我们希望它需要多年来熨烫。“

它已经花了多年的Schoonover和Fink甚至证实了梨状皮质中存在的代表漂移。它们需要开发用于将电极植入小鼠的大脑中的手术技术，并且至关重要地将它们保持在适当的时间内。只有这样，他们才能确定他们目睹的漂移是由于神经元的变化而不是电极本身的小运动。他们开始在2014年开始工作。到2018年，他们相信他们可以获得稳定的录音。然后它们允许植入的小鼠定期吸气不同的气味。

该团队表明，如果梨形皮质中的神经元对特定的气味反应，那么它仍然会这样做的可能性在一个月内只有一个。在任何时候，相同数量的神经元响应每种气味射击，但那些神经元的身份变化。每日嗅探可以减缓该漂移的速度，但它们不会消除它。学习也不是，学习：如果小鼠与轻度电击有轻微的呼吸，那么即使小鼠继续避免避免它，表示这种香味的神经元仍然会完全改变。 “该领域的普遍概念一直是感觉地区的神经元反应随着时间的推移是稳定的，”Weizmann科学研究所的神经病理学家yaniv Ziv说，他们没有参与新的研究。 “这表明这不是这种情况。”

Schoonover告诉我，在大脑的许多部分，“至少有15年来的提示至少为15年”。例如，海马帮助动物导航周围环境。它包含当所有者进入特定位置时选择性地射击的地方细胞神经元。从你的床上散步到你的前门，不同的地方细胞会发射。但这些偏好不是固定的：ziv和其他人现在表明，这些细胞被调整的位置也可以随时间漂移。

在另一个实验中，Laura Driscoll是一个现在在斯坦福的神经科学家，放在虚拟T形迷宫中的小鼠，并训练他们离开或右边。这项简单的任务取决于后部皮质皮质，一个涉及空间推理的大脑区域。 Driscoll和她的同事发现该地区的活动也漂移：当小鼠逐渐发生迷宫时发射的神经元即使啮齿动物的选择仍然相同。

这些结果令人惊讶，但没有过于如此。海马也参与了学习和短期记忆。你希望它覆盖自己，从而不断漂移。 “到目前为止，观察表演漂移被限制在我们可以容忍它的脑区，”Schoonover说。痔疮皮质不同。这是一个感觉枢纽 - 一个允许大脑在它周围的刺激感的区域。它应该是稳定的：否则闻到尚未熟悉？如果在芯片皮质中可能发生代表漂移，则在整个大脑中可能是常见的。

它在其他感觉枢纽中可能不太常见，例如视觉皮质，从而从眼睛处理信息。回应草味的神经元可能从一个月到一个月变化，但是回应草地的镜头似乎大多保持不变的那些。这可能是因为Visual Cortex高度组织。相邻的神经元组倾向于代表我们面前的视觉空间的相邻部分，并且这种有序的映射可以限制从漂移的神经响应太远。但这可能是真实的，只有简单的视觉刺激，例如线条或酒吧。即使在Visual Cortex中，Ziv发现了在多天内观看相同的电影时代表漂移的证据。

“我们有一个亨希，这应该是规则而不是例外，”Schoonover说。 “Onus现在成为发现它不会发生的地方。”在它确实发生的地方，“这是三个F's，”Fink补充道。 “它有多快？它有多远？ ......它有多糟糕？“

大脑如何知道鼻子闻到嗅到或眼睛的眼睛是什么，如果神经反应闻到嗅觉和景点是不断变化的？一种可能性是它以某种方式纠正漂移。例如，连接到梨形皮层的大脑的部分可能能够逐步更新他们对梨形神经活动的意义的理解。整个系统发生了变化，但它在一起。

另一种可能性是，即使特定的活性神经元变化，烧制神经元的一些高级特征也保持不变。作为一个简单的类比，“人口中的个人可以在剑桥大学的神经科学家蒂莫西·奥尔（Timothy O'Leary）同时改变主意，”剑桥大学的神经科学家告诉我。 “在大人物中代表相同信号的方式也是大的，因此有神经码的空间可以移动。”虽然一些研究人员在大脑的其他艰苦部分中发现了这些稳定，高级模式的迹象，但是当Schoonover和Fink试图在痔疮皮层中这样做时，他们不能。他们和他们的同事都不能得出结论大脑如何与代表性漂移。他们也不确定为什么它发生了。

漂移可能只是一个紧张的系统错误 - 要解决的问题。 “脑的许多部分中的连接正在连续形成和分解，每个神经元本身都是不断回收的细胞材料，”奥里斯说。也许像这样的系统 - 灰色，忒修忒o的岩石版本的船舶 - 注定要随着时间的推移漂移。但是这个想法“有点弱，”奥尼斯告诉我。神经系统可以保持精确和有针对性的连接，例如肌肉和控制它们的神经之间的连接。漂移看起来不可避免。

或者，漂移可能是有益的。通过不断改变现有信息的存储方式，神经系统可能更好地包含新材料。 “没有持续有用的信息被遗忘，而继续有用的信息会随着漂移而更新，”Driscoll说，谁现在使用人造网络测试这个想法。 “我越多，关于漂移的越多，它就越有意义，这是我们在大脑中看到的东西。” Schoonover也喜欢这个想法：“我们赞成的解释是漂移是学习的表现，”他告诉我。 “这不是学习本身;这是学习的烟雾。“

Schoonover和Fink比较了Astronomer Vera Rubin的作品的代表漂移的发现。在20世纪70年代，鲁宾和她的同事们福特注意到一些星系以意想不到的方式旋转，似乎违反了牛顿的议案定律。她对该数据的分析为暗物质提供了第一个直接证据，这弥补了宇宙中的大部分事情，但从未被观察过。同样，漂移表明，引擎盖下还有其他事情，我们不知道这是什么，“Schoonover说。

但漂移和鲁宾的纺纱星系之间的比较以一种重要的方式失败。鲁宾知道她是奇怪的东西，因为她可以将她的数据与牛顿力学的数据进行比较 - 一种坚实的物理学理论。神经科学中没有这种理论存在。该领域非常清楚地了解单个神经元如何工作，但是当涉及到神经网络，整个大脑或整个动物的行为时，它会变得如此模糊。

考虑到烧制神经元的特定模式的想法可以代表不同的嗅觉，瞄准器或声音。这种连接似乎足够简单 - 从实验者的角度来看，他将动物暴露于刺激，然后在其大脑中寻找活性神经元。但是大脑本身必须只能使用那个方程的一半，这是一堆活跃的神经元，以了解可能引发的活动。 “仅仅因为我们可以解码那种信息并不意味着大脑这样做，”约翰霍普金斯大学的神经科学家John Krakauer说。

出于这个原因，克拉科尔说，Schoonover和Fink的研究虽然“技术巡回赛，”也“非常略有稻草”。他说，漂移的想法，只有在与非专业教科书造影的对比时，才令人惊讶和令人兴奋，这从来没有理论上的声音，并且已经受到质疑。他告诉我，这对整个领域来说是一个更广泛的问题。 “主流神经科学依赖于采取非常具体的方法和结果，并将它们包装在一个模糊的概念中，这些概念只有该领域几乎没有商定，”他说。 “在很多神经科学中，房屋仍未审视，但其他一切都是无可挑剔的。”

FICK同意稳定表示的想法从来都不是一个理论 - 更多的“默契假设”，他说，并一个“因为它很简单”。这不怎么样？好吧，它不是。那么现在怎么办？

“对于新想法的领域来说，这是一个真正的饥饿感，”福思告诉我，这就是为什么，他认为，他和肖奥弗尚未面对具有教条数据的科学家们倾向于遇到的那种恶毒的推动。 “人们真的非常绝望的理论。该领域在概念上是如此不成熟，我们仍然处于收集事实的观点，我们并没有真正统治任何东西的位置。“神经科学的大脑的自己的表现仍然有足够的空间来漂移。