大脑神经元反应变化，科学家无法解释一现象

一份新研究发现，通过观察小鼠的大脑，每次闻到同一种味道、同一个声音信号，大脑神经元响应的组合都不一样。随着时间的推移，参与响应的神经元逐步变化，到最后变成由完全不同的另一组神经元进行响应。

大脑神经元示意图。

美国哥伦比亚大学（Columbia University）的研究组介绍说，这种现象叫做认知代表漂移（representational drift），他们现在的研究仅能从事实上确认大脑神经网络运作的这个特点。

在此之前大量的脑神经研究都显示，大脑神经网络对于某些事情的响应是精确、不变的，比如对肢体动作、肌肉的控制，每个一样的肌肉动作都是由相同的一组神经元激发进行控制。因此这份新研究观察到的情形让科学家很意外。

这个研究组在几天和几周的时间内一直给小鼠闻相同的几个味道，同时记录小鼠闻到这些味道的时候，脑部梨状皮质（piriform cortex）区域内，有哪些神经元被触发。梨状皮质是脑部一个负责分辨气味的区域。

结果发现，在同一个时间点，一种味道激发的一组神经元是一样的。可是几天后，同样的味道所激发的神经元开始出现变化。比如，有的神经元不再被激发，却有新的神经元参与进来被激发。更惊人的是，一个月后，这种味道激发的神经元组合，几乎和刚开始记录时候的神经元完全不相同。

这个研究组从2014年开展这方面的研究，为了保证所发现的这个现象不是由于观测的误差导致的，不断改进实验设备和记录数据的精确性。到了2018年，他们确信他们的实验方法能够准确地进行记录。

他们在6月9日发表于《自然》（Nature）期刊的研究揭示，梨状皮质区域内的某个神经元，在一个月后仍然能够被同一种味道激发的概率只有十五分之一。

研究还提到一些细节，如果每天都给小鼠闻这个味道（而不是隔几天），被激发的神经元的改变会慢一些，但是仍然会发生变化。

再者，研究人员还给有的味道搭配电击的经历，这是所谓的“学习”认知实验——观察脑部神经元对于想避开的情况的应对。结果显示，过一段时间之后，虽然小鼠闻到这个味道仍然有想逃避的认知，可是脑部被这个味道激发的神经元组合仍然完全不一样。

没有参与这份研究的同行以色列魏茨曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）的神经生物学家齐夫（Yaniv Ziv）说：“这个研究领域主流的观点一直认为，神经元对感官刺激的反应是稳定的，不会随着时间而改变，可是现在看来情况不是这样。”

研究人员还提到，虽然被激发的神经元个体出现了变化，但是对于同一种味道，被激发的神经元的总数是一样的。

认知代表漂移和星系运动的偏差

研究人员很好奇，既然被激发的神经元不断处于变化之中，那么当眼睛看见同一个物体、鼻子闻到同一种味道的时候，大脑如何判断这是同一种信息?

研究者猜测一种可能性是大脑还有一种校正这些变化的机制;另一种可能是比被激发的神经元更高层的机制是一样的;再一种可能性是，这是生物体构造上的优势，才能让感官持续接收新的信息，保持对信息的敏感度。其它研究组已经开始使用人工神经网络就此展开各种模拟和研究。

主要研究者哥伦比亚大学的神经学家斯库诺弗（Carl Schoonover）和芬克（Andrew Fink）告诉《大西洋》（The Atlantic）杂志，他们觉得大脑认知代表漂移现象的发现，和科学家刚发现宇宙中星系的运动模式与牛顿力学预测的不相符一样，是推动认知更新的契机。

上世纪70年代，天文学家鲁宾（Vera Rubin）发现，一些星系的运动规律并不符合牛顿力学。后来，科学更提出了暗物质理论，在此过程中天文学是也在不断地更新认知当中。

斯库诺弗表示，也许人们对大脑的认知比对天文的认知更少，至少当时鲁宾还能把星系的运动与一个很明确的牛顿理论进行对比，而现在科学家对大脑的了解，不论是动物还是人类的大脑，根本还没有一个地位和牛顿力学相当的神经学认知理论。