网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Nat Neurosci:海马体如何在同一空间中切换不同的“潜在地图”?

0
分享至


认知神经科学前沿文献分享

基本信息

Title:Goal-directed hippocampal theta sweeps during memory-guided navigation

发表时间:2026-07-01

发表期刊:Nature Neuroscience

影响因子:20.3

获取原文:

1. 添加小助手:PSY-Brain-Frontier即可获取PDF版本


研究背景

当你走向常去的咖啡馆时,你的大脑是否在提前“探路”?在啮齿动物中,海马体的位置细胞会在脑电theta波的周期内快速按顺序放电,形成一种从动物当前位置向前方延伸的“轨迹扫描”(theta sweeps)。过去在直线跑道上的研究认为,这种时间压缩的序列代表了大脑对未来路径的规划与心理模拟。

然而,最近一项在开放环境中的研究却提出了截然不同的观点。该研究发现,theta sweeps仅仅是机械地在动物前方“左右交替”扫描,像雷达一样进行无差别的空间采样,完全独立于动物的经验和认知目标。这一发现引发了领域内的激烈争议:theta sweeps到底是大脑灵活的“导航仪”,还是死板的“探测雷达”?

为了解答这一问题,研究人员让大鼠在开放迷宫中分别执行随机觅食和目标导向的导航任务,并同步记录了海马体CA1区和前额叶皮层的大规模神经元集群活动。这项研究试图厘清,当动物真正需要依靠记忆去寻找远处的隐藏目标时,大脑的轨迹扫描究竟会呈现怎样的动态。

研究核心总结

一、除了左右交替,海马体还能生成预测未来的“目标导向”扫描

研究者发现,当大鼠在迷宫中漫无目的地觅食时,海马体的theta sweeps确实如前人所述,呈现出高度刻板的左右交替模式。然而,当大鼠需要依靠记忆寻找隐藏的奖励目标时,一种全新的扫描模式出现了:一部分theta sweeps不再左右摇摆,而是笔直地指向动物即将前往的目标。

更重要的是,这种“目标导向”的扫描并非天生,而是随着大鼠对目标位置的学习逐渐增强的。即使大鼠当前的头部并没有对准目标,这些扫描依然能准确预测它接下来真正会选择的路线。这表明海马体能够根据行为需求,灵活地在无偏差的空间采样和特定目标的轨迹规划之间切换。


Fig 1. 在目标导向导航任务中,海马体theta sweeps不仅保留了左右交替的采样模式,还演化出能够精准预测动物未来轨迹的目标导向扫描。
二、自我中心目标信号与局部抑制减弱共同驱动了目标扫描

为什么大脑能打破刻板的左右交替,生成指向目标的扫描?研究者在海马体CA1区发现了一类特殊的神经元,它们不关心动物具体在迷宫的哪个绝对位置,只关心“目标相对于动物自身在哪个方向”,即编码自我中心的目标方向信号。

在目标导向的theta sweeps期间,这类细胞的放电显著增加,尤其是在theta周期的晚期。结合连续吸引子网络计算模型和实验数据,研究者揭示了背后的机制:当这种自我中心的目标方向信号出现,并且海马体局部中间神经元对位置细胞的反馈抑制减弱时,原本左右摇摆的动态平衡被打破,从而生成了直指目标的theta sweeps。


Fig 2. CA1区存在编码自我中心目标方向的神经元,它们在目标导向的theta sweeps期间表现出特异性的放电增强。


Fig 3. 计算模型与实验证实,目标方向信号的输入与局部反馈抑制的减弱,是促使theta sweeps转向目标的关键机制。
三、目标导向的轨迹在休息期间被优先“重放”

在导航间隙的短暂休息时,海马体会通过尖波涟漪(SWRs)快速“重放”过去的经历,这被认为是记忆巩固的关键。大脑会平等地重放所有走过的路吗?

研究发现,重放的轨迹强烈偏向于那些通往目标的路线。更关键的是,这些重放事件与目标导向的theta sweeps在结构上高度相似,且那些编码目标方向的神经元在重放中参与度极高。这说明,目标导向的theta sweeps可能在标记哪些经验最重要,从而让大脑在休息时优先巩固这些通往目标的有效路径,而不是平均分配计算资源。


Fig 4. 休息期间的海马体记忆重放并非随机,而是优先再现了那些由目标导向theta sweeps所编码的通往奖励的轨迹。
四、跨脑区协同与基于任务上下文的“潜在地图”

目标导向的导航不仅需要海马体,还需要前额叶皮层(PFC)的参与。研究发现,在目标导向的theta sweeps期间,海马体与PFC的轨迹表征表现出高度的同步与协同,而左右交替扫描时则没有这种现象。

此外,当大鼠在同一个物理迷宫中学习两套不同的奖励位置时,海马体并没有在同一张地图上修修补补,而是为不同的任务上下文生成了完全独立的“潜在地图”(latent maps)。Theta sweeps正是在这些特定的潜在地图中进行心理探索,指导动物在相同物理空间中执行不同的灵活行为。


Fig 5. 相比于左右交替扫描,目标导向的theta sweeps与前额叶皮层(PFC)的活动展现出更强的跨脑区协同。


Fig 6. 海马体为同一物理空间中的不同任务构建了独立的潜在地图,theta sweeps在这些特定地图中进行轨迹演算。

研究意义

这项研究完美调和了领域内长期以来的争议,证明海马体的theta sweeps既包含了用于无偏差环境采样的左右交替扫描,也包含了用于灵活轨迹规划的目标导向扫描。

从理论意义上看,它揭示了海马体不仅是一张静态的物理空间地图,还能根据任务需求动态调用不同的潜在地图。同时,自我中心目标信号的发现,填补了大脑如何将远距离目标转化为局部导航指令的机制空白。这为我们理解大脑如何整合空间信息与内在目标、如何在复杂环境中进行心理模拟和决策,提供了全新的计算框架与生理学证据。

分享人:饭鸽儿

审核:PsyBrain 脑心前沿编辑部

你好,这里是「PsyBrain 脑心前沿」

专注追踪全球认知神经科学的最尖端突破

视野直击 Nature, Science, Cell 正刊 及核心子刊与顶级大刊

每日速递「深度解读」与「前沿快讯」

科研是一场探索未知的长跑,但你无需独行。欢迎加入PsyBrain 学术社群,和一群懂你的同行,共同丈量脑与心智的无垠前沿。

点击卡片进群,欢迎你的到来

一键关注,点亮星标 ⭐ 前沿不走丢!


一键分享,让更多人了解前沿

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
一场69岁同学聚会,我彻底看懂:月退休金8千以上的,是什么档次

一场69岁同学聚会,我彻底看懂:月退休金8千以上的,是什么档次

刘哥谈体育
2026-10-01 20:07:54
CCTV5直播!中国大满贯国乒参赛名单有变、奖金、积分赛程、直播时间表

CCTV5直播!中国大满贯国乒参赛名单有变、奖金、积分赛程、直播时间表

好乒乓
2026-10-01 17:31:25
全员“反向错峰”闹尴尬!上海网友:为避出行高峰,特意30日后半夜虹桥出发,结果凌晨抵达发现,大伙全是聪明人

全员“反向错峰”闹尴尬!上海网友:为避出行高峰,特意30日后半夜虹桥出发,结果凌晨抵达发现,大伙全是聪明人

火山詩话
2026-10-01 13:51:31
牡丹花下死!管不住“下半身”的张本智和,终为自己的荒唐买了单

牡丹花下死!管不住“下半身”的张本智和,终为自己的荒唐买了单

杰丝聊古今
2026-10-02 04:42:52
费迪南德:C罗出现前,葡萄牙队是什么水平?请尊重C罗

费迪南德:C罗出现前,葡萄牙队是什么水平?请尊重C罗

懂球帝
2026-10-02 03:34:08
葡萄牙记者:若热-热苏斯赛后公开向C罗道歉

葡萄牙记者:若热-热苏斯赛后公开向C罗道歉

懂球帝
2026-10-01 17:34:10
亚运会“省榜”出炉!国内各省队硬刚亚洲各国,浙江太强

亚运会“省榜”出炉!国内各省队硬刚亚洲各国,浙江太强

生活新鲜市
2026-10-02 01:01:00
江西小伙内蒙旅游误入蒙族婚宴,随礼2888,走前被新娘妹妹拦住

江西小伙内蒙旅游误入蒙族婚宴,随礼2888,走前被新娘妹妹拦住

故事秘栈
2025-06-21 18:56:16
媒体人:有CBA老总不满郭导执教水平 长时间征召球员成绩一塌糊涂

媒体人:有CBA老总不满郭导执教水平 长时间征召球员成绩一塌糊涂

狼叔评论
2026-10-01 23:44:12
中秋晚会主持翻车现场!全程躲避镜头:观众瞬间出戏,是字幕机安装错了?

中秋晚会主持翻车现场!全程躲避镜头:观众瞬间出戏,是字幕机安装错了?

乡野小珥
2026-09-29 10:30:54
张本智和性丑闻曝光!日本网友:运动员都瞄准女主播?照照镜子吧

张本智和性丑闻曝光!日本网友:运动员都瞄准女主播?照照镜子吧

念洲
2026-09-30 15:37:30
外媒赞叹华为新机:美国可以制裁华为,但无法阻止华为在科技领域的“疯狂创新”。如果没有制裁,华为将压倒苹果和三星。

外媒赞叹华为新机:美国可以制裁华为,但无法阻止华为在科技领域的“疯狂创新”。如果没有制裁,华为将压倒苹果和三星。

逍遥漠
2026-10-01 15:58:24
性,是压垮中年男人的最后一根稻草

性,是压垮中年男人的最后一根稻草

荷兰豆爱健康
2026-10-01 19:31:53
当年扬言"非千万富翁不嫁"的唐治萍,如今每天捆600只螃蟹

当年扬言"非千万富翁不嫁"的唐治萍,如今每天捆600只螃蟹

喜欢历史的阿繁
2026-10-01 01:08:50
彻底摊牌了!台积电重磅突破:不止2nm、3nm,硅芯片时代结束了?

彻底摊牌了!台积电重磅突破:不止2nm、3nm,硅芯片时代结束了?

疯狂小菠萝
2026-09-30 12:38:47
俄罗斯发出警告,北约回应

俄罗斯发出警告,北约回应

参考消息
2026-10-01 16:10:31
财政部确认了:10月1日起,我国将对居民购房实施贷款贴息,聚焦首套刚需,单户所购住房建筑面积不超过120平方米、购房价格不超过150万元

财政部确认了:10月1日起,我国将对居民购房实施贷款贴息,聚焦首套刚需,单户所购住房建筑面积不超过120平方米、购房价格不超过150万元

吉刻新闻
2026-09-29 20:35:46
人要活好,全靠自己想的开!这10句想开的人生,让你余生越活越顺

人要活好,全靠自己想的开!这10句想开的人生,让你余生越活越顺

周哥一影视
2026-09-28 03:46:51
三四名决赛还没开打,U23国足先迎来致命坏消息,亚运会季军悬了

三四名决赛还没开打,U23国足先迎来致命坏消息,亚运会季军悬了

零度眼看球
2026-10-02 07:08:06
中网生涯正赛首胜!商竣程2-1爆冷排名高199名对手 下轮战头号种子

中网生涯正赛首胜!商竣程2-1爆冷排名高199名对手 下轮战头号种子

醉卧浮生
2026-10-01 19:02:58
2026-10-02 08:43:00
PsyBrain脑心前沿
PsyBrain脑心前沿
追踪脑科学新动态,聚焦认知与神经新研究
685文章数 23关注度
往期回顾 全部

科技要闻

“分手”15天后,华为与赛力斯签约新五年

头条要闻

有关伊朗制裁问题 中国在联大投下反对票

头条要闻

有关伊朗制裁问题 中国在联大投下反对票

体育要闻

“今天的表现,我们可以昂首离开球场”

娱乐要闻

奚梦瑶晒四太豪礼!22只龙凤镯近300万

财经要闻

智谱发上亿Token 能挽回开发者信任吗?

汽车要闻

2027款极氪001将于明年一季度上市 现款猎装同步推新配色

态度原创

健康
房产
数码
旅游
公开课

刷酸祛痘,为什么有人翻车?

房产要闻

4000+/平!华侨城,直接把海口楼市的地板给掀了!

数码要闻

8月扫地机器人均价创年内低点!石头科技线上销额登顶

旅游要闻

在雄安,诗意双节踏秋来

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版