記憶的六邊形理論一

在我們的精神世界和物質世界之間有著一種奇異而又深刻的聯繫，尤其是在記憶方面。我們擅長記住地標和場景，如果把我們的記憶放在一個語境、一個上下文或者一個背景中，再現記憶就會變得更容易。為了記住長時間的演講，古希臘和古羅馬的演說家想像著漫遊在「記憶宮殿」中，那裡充滿了回憶。現代記憶大賽的冠軍仍然使用這種技術來「放置」長串的數字、名字和其他信息。

正如哲學家伊曼努爾·康德(Immanuel Kant)所言，空間的概念是我們感知和解釋世界的方法原則，即使是以抽象的方式。英國人工智慧公司DeepMind的神經學家金·斯塔肯菲爾德(Kim Stachenfeld)說:「我們的語言中充滿了用於推理和記憶的空間隱喻。」

這些隱喻可能在大腦中有物理基礎。大腦中海馬狀的小結構——海馬體，對記憶和定位功能都至關重要，有證據表明，同樣的編碼模式—— 一種基於網格的表現形式——可能是這兩種功能的基礎。最近的發現促使一些研究人員提出，這種編碼方式可以幫助我們瀏覽其他類型的信息，包括視覺、聲音和抽象概念。更加激進的科學家大膽地提出，這些網格代碼可能是理解大腦如何處理一般知識、知覺和記憶的所有細節的關鍵。

1953年9月1日，27歲的亨利·莫萊森，被世人稱為「病人H.M.」，是一名衰弱性癲癇患者，醫生對他進行了實驗性手術。神經外科醫生從他大腦深處移除了海馬體及其周圍組織，緩解了他部分癲癇癥狀，但意外地造成他永久的記憶缺失。半個多世紀後，H.M.去世了。在此之前，他無法對新的記憶進行編碼:無論是早餐吃了什麼，還是最近的新聞頭條，還是幾分鐘前剛剛認識的陌生人的名字。儘管莫萊森的故事很悲慘，但它徹底改變了科學家們對海馬體在大腦組織記憶過程中所起作用的認識。

多年後，另一場以海馬為中心的革命發生了，並為研究它的先驅者們贏得了諾貝爾獎:發現了兩種細胞，表明了海馬區域的基本功能不僅包括記憶，還包括空間定位和二維空間的展示。

第一種細胞的發現是在1971年，研究人員發現了「定位細胞」，它的電活動可以編碼一個人當前的位置。倫敦大學學院(University College London)的神經學家約翰·奧基夫(John O』keefe)和他的同事對籠子里自由活動的老鼠的大腦活動進行了監控，發現大腦中的一些神經元只在老鼠到達籠子的特定位置時活動；有些神經元在老鼠朝著籠子東北角時變得活躍，其他情況則保持靜息；其他一些神經元在老鼠位於籠子中心時活躍。也就是說，這些細胞編碼了位置感(「你在這裡」)，它們一起創建了整個空間的地圖。(當把老鼠放在不同的籠子或房間時，這些細胞會「重置地圖」，以編碼不同的空間環境。)

這些發現提示海馬體可能可以在空間地圖之上創建和存儲「認知地圖」，這個想法由心理學家愛德華·托爾曼(Edward Tolman)在20世紀40年代首次提出，用來解釋老鼠如何在迷宮中找出獲得食物的新捷徑。至少，海馬體似乎是一個尋找空間或認知地圖線索的很有希望的地方。

挪威科技大學(Norwegian University of Science and Technology)科學家梅布里特莫澤(May-Britt Moser)和愛德華莫澤(Edvard Moser)將他們的注意力轉移到海馬體旁邊的內嗅皮層。這一區域是海馬體重要的信息來源，同時也是阿爾茨海默氏症患者大腦中最先惡化的區域之一。阿爾茨海默氏症會影響定位和記憶。在那裡，研究人員發現了他們所謂的「網格細胞」，專家們現在認為這個部位最有可能是認知地圖繪製者。

與定位細胞不同，網格細胞並不表示特定的位置。相反，它們形成了一個獨立於空間位置的坐標系。(因此，它們通常被稱為大腦的GPS。) 每個網格細胞以規則間隔產生動作電位，形成一個六邊形圖案。想像一下，你卧室的地板是由相同大小的正六邊形平鋪的，每個六邊形被分成六個等邊三角形。當你穿過房間時，每當你到達任何一個三角形的頂點時，其中一個網格細胞就會激活。

不同的網格細胞組成不同的網格:具有較大或較小六邊形的網格、面向不同方向的網格、相互重疊的網格。網格細胞一起映射環境中的每個空間位置，任何特定的位置都由網格細胞的放電模式的獨特組合表示。不同網格相互重疊的點告訴大腦身體就在那裡。

這種網格細胞網路，構建了一種相比位置細胞更內化的空間感。雖然位置細胞提供了一種很好的定位方法，但只適用於在有外部空間的地標和其他有意義的位置時提供空間信息。但在沒有這些外部線索的情況下，網格細胞提供了一種很好的定位方法。事實上，研究人員認為網格細胞負責所謂的路徑整合，即一個人在蒙住眼睛的情況下，能夠跟蹤自己在空間中的位置的過程——從某個起點走了多遠，以及往哪個方向走。

不明白的點這裡：神經定位系統圖解

圖解：海馬及其周圍組織中的兩種特殊的神經元擁有空間定位功能。位置細胞編碼特定的空間位置，而網格細胞則通過一種大範圍的六邊形的坐標系統，在不藉助外部環境的地標的情況下在大腦中產生空間地圖並提供位置覺。研究人員認為，大腦運用相似的系統產生一個認知的地圖並將知識和記憶放在認知地圖中，便於重現。

圖左：一個點的空間定位：如果老鼠在房間一個位置不動，那麼只有一個對應的位置細胞被激活。但是網格細胞卻大範圍地以六邊形陣列激活。

圖右：一段路徑的空間定位：當老鼠開始移動，許多老鼠走過位置對應的位置細胞被激活，形成一條軌跡。網格細胞的活動則記錄了老鼠的移動在六邊形坐標里產生的激動的重疊部分。

「我們認為網格細胞提供的代碼信息可以作為某種度量或坐標系統，你基本上可以用這種代碼信息來測量距離。」 雅各布·貝蒙德(Jacob Bellmund)說道。他是萊比錫馬克斯·普朗克研究所(Max Planck Institute)和挪威卡維利系統神經科學研究所(Kavli Institute for Systems Neuroscience)的認知神經學家。此外，由於它採用的工作方式，編碼方案可以獨特而有效地表示大量信息。

不僅如此：因為網格網路是基於相對關係的，至少在理論上，它不僅可以代表很多信息，而且還可以代表很多不同類型的信息。紐約大學醫學院的神經學家Gyorgy Buzsaki說「網格細胞間的聯繫採取的是物理學上最穩定的動態實體——六邊形」 也許大自然找到了這樣一種解決方案，使大腦能夠使用網格細胞來表示任何結構化的關係，比如理解詞義或者制定未來計劃。

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